DE2535630B2 - Filterkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Filterkörper mit einer Packung aus im wesentlichen kugelförmigen, aus Kunststoff bestehenden Einzelkörpern, die durch einen Epoxidharzkleber fest miteinander verbunden sind; ferner ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bei einem bekannten Filterkörper der genannten Art (DE-PS 8 13 992 - DE-GM 7148 225) bestehen die Einzelkörper aus einem Kunstharzgranulat, wobei ais Kunstharzkleber ein Epoxydharz verwendet wird. Das Gewicht eines Filterkörpers aus Kunstharzgranulat beträgt etwa ein Drittel bis ein Halb des Gewichtes eines Filters aus Quarzkies. Der Materialpreis für Kunstharzgranulat pro Volumeneinheit liegt jedoch wesentlich über dem Preis für Quarzkies.

Die bekannten Filterkörper finden insbesondere als Rohrfilter für die Wassergewinnung aus Tiefbrunnen Verwendung. Bei dieser Anwendung hat das Gewicht des Rohrfilters eine erhebliche Bedeutung, da durch das Filtergewichl der mit dem Filter abzusenkende Rohrstrang, der normalerweise aus Kunststoffrohren besteht, an den Verbindungsstellen der Einzelrohre, die im wesentlichen als Gewindeverbindungen ausgebildet sind, in erheblichem Maße belastet wird.

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Filterkörpers, bei dem Einzelkörper aus gekörntem Kunstharz mit Bindemitteln getränkt, anschließend durch Abrütteln von überschüssigem Bindemittel befreit und im Zustand der lockersten Lagerung der Verfestigung ausgesetzt wird (DE-PS 8 13 992).

Bekannt <st weiter ein Filtereinsatz zur Absorption von öl oder sonstigen Fetten aus Flüssigkeiten, der aus einer Schicht Kunststoffperlen auf Polystyrolbasis mit mikroporöser Struktur besteht, die in einem Netzwerk aus stabilisierten Kunststoffasern eingebunden sind (DE-AS 11 94 374). Bei einem solchen Filtereinsatz wird die mikroporöse Struktur der Kunststoffperlen ausgenutzt. Gemäß der Erfindung erhalten die Kunststoffperlen dagegen einen geschlossenen Überzug aus dem Epoxidharzkleber.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Filterkörper der oben genannten Art zu schaffen, der mit wesentlich niedrigeren Raumgewichten herstellbar ist, wobei das Raumgewicht entsprechend den jeweiligen Anforderungen in weiten Grenzen variabel ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einzelkörper aus einem kugelförmigen Polystyrolschaum bestehen und einen geschlossenen Überzug aus dem mit einem pulverförmigen Füller versetzten Epoxidharzkleber aufweisen und an den gegenseitigen Berührungspunkten ihrer Überzüge direkt ohne zusätzlichen Kleber miteinander verbunden sind.

Der Filterkörper enthält vorzugsweise wenigstens 8 Gewichtsprozent Quarzkies in im wesentlichen gleicher Verteilung.

Der Filterkörper kann in bekannter Weise aus Schichten unterschiedlicher Korngröße bestehen.
Bei durch hohen Druck belasteten Rohrfiltern kann

der Filterkörper außen eine Schicht mit einem Quarzkiesanteil aufweisen, der ausreicht, ein die Hartschaumkörper einschließendes Stützgerüst zu bilden.

Der Filterkörper kann in bekannter Weise in rohrförmiger Ausbildung um ein Schlitzrohr herum ausgebildet sein. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, den Filterkörper bei einem Rohrfilter aus zwei miteinander verklebten Halbschalen zusammenzusetzen.

Der Filterkörper kann auch platten- oder topfförmig ausgebildet sein, wobei die Filterkörper vorzugsweise einseitig mit einem mit Schlitzen versehenen Filterblech verbunden sind.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Filterkörpers, bei dem die Einzelkörper, von denen wenigstens ein Teil Quarzkies ist, mit einem Epoxidharzkleber benetzt, gerüttelt und in die gewünschte Filterkörperform gebracht und verfestigt werden, ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß kugelförmiger Polystyrolschaum der gewünschten Körnung mit etwa 8 Gew.-°/o Quarzkies in der vorbestimmten Korngröße bzw. Korngrößenzusammensetzung und mit dem mit einem pulverförmigen Füller und einem Härter versetzten Epoxidharzkleber gemischt werden, wobei durch den Füller die Viskosität des Epoxidharzklebers so eingestellt ist, daß durch die Oberflächenspannung ein geschlossener Überzug aus Epoxidharz gebildet und bis zum Aushärten aufrechterhalten wird, und daß das Gemisch in eine Form gegossen und in vorzugsweise senkrechter Richtung bis zur direkten Verbindung der Überzüge gerüttelt wird.

Der Qaurzkiesanteil von 8 Gewichtsprozent — vorzugsweise 10 Gewichtsprozent — ist dabei erforderlich, um während des Rütteins die gewünschte Verdichtung der Einzelkörper in der Form zu erreichen. Nach dem Rütteln sind die Hartschaumkugeln am Umfang ihrer Kunstharzschichten im wesentlichen punktförmig miteinander verklebt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Ausschnitt aus einem Rohrfilter mit einem Filterkörper gemäß der Erfindung und einem inneren Schlitzrohr.

F i g. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch einige miteinander verbundene Einzelkörper des Filterkörpers.

F i g. 3 zeigt einen Filterkörper aus zwei Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Der Rohrfilter, von dem in Fig. 1 ein Ausschnitt dargestellt ist, entspricht in seinem Aufbau im wesentlichen bekannten Rohrfiltern mit einem inneren Filterrohr 2, das mit achsparallelen oder in Umfangsrichtung liegenden Filterschlitzen 4 versehen ist. Das Filterrohr 2 besteht normalerweise aus einem Kunststoff. Um das Rohr 2 herum ist ein ringförmiger Filterkörper 6 angeordnet mit einer Dicke d. Der ringförmige Filterkörper 6 ist aus in großer Annäherung kugelförmigen Einzelkörpern 8 zusammengesetzt. Die Körnung ist entsprechend den jeweiligen Anforderungen an den Filter gewählt. Die Kornzusammensetzungen und Kornbereiche in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einsatz des Filters sind in der Filtertechnik bekannt.

Bei dem erfindungsgemäßen Filterelement bestehen die Einzelkörper 8 aus kugelförmigem Kunststoffhartschaum, insbesondere Polystyrolhartschaum. Hartschaumkugeln haben außen einen Überzug 10 aus einem mit einem Füller versetzten Epoxydharz, über den gleichzeitig die Verklebung der Kügelchen miteinander erfolgt. Durch den Überzug wird die Festigkeit der Hartschaumkügelchen wesentlich erhöht. Durch den Überzug erhalten die Kügelchen weiter eine sehr glatte Oberfläche, die sich für den Durchströmungswiderstand günstig auswirkt. Filterkörper gemäß der Erfindung lassen sich mit einer Körnung im Bereich von 0,2 bis

ίο 0,8 mm als Schwebstoffe abscheidende Feinfilter herstellen. Für Brunnenfilter wird eine Körnung zwischen 1 und 2 mm verwendeL

Da der Filterkörper im wesentlichen aus Hartschaum besteht, zeichnen sich die erfindungsgemäßen Filterkörper durch ein im Verhältnis zu bekannten Filterkörpern vergleichbarer Art extrem niedriges Raumgewicht aus, das um eine Größenordnung unter dem Raumgewicht bekannter Filter mit einer Körnung aus Quarzkies oder Kunststoffgranulat liegt. Die erfindungsgemäßen Filterkörper sind mit einem Raumgewicht von etwa 120 kg/m³ herstellbar. Die erfindungsgemäßen Filterkörper haben eine Druckfestigkeit, die für den Einsatz in Tiefbohrungen in 200 bis 300 m Tiefe ausreichend sind. Die Filterkörper haben darüber hinaus eine hohe Biegefestigkeit. In Verbindung mit dem geringen Raumgewicht lassen sich damit selbsttragende Filterplatten mit einer Fläche von mehreren m² herstellen. So lassen sich mit erfindungsgemäß ausgebildeten Filterkcrpern Filteranlagen konstruieren, die mitgroßvolumigen Schüttbettkiesfiltern in Konkurrenz treten können mit dem Vorteil, daß die leichten Filterkörper aus den Filterräumen leicht herausnehmbar und außerhalb des Filters leicht zu reinigen sind.

Filterkörper gemäß der Erfindung lassen sich in jeder beliebigen und denkbaren Raumfonn herstellen, wobei wegen der hohen Biegesteifigkeit und des geringen Gewichtes auch freitragende Vorsprünge realisiert werden können. Zur Vergrößerung der Oberfläche eines Plattenfilters kann der Plattenfilter beispielsweise im Querschnitt in einer oder mehreren Richtungen gewellt sein, wobei die Wellenhöhe ohne weiteres ein Mehrfaches der Plattendicke betragen kann. Es lassen sich auch ohne weiteres topfförmige Filter mit großer Grundfläche herstellen. Aufgrund der hohen Eigenfestigkeit kann dabei die Wandstärke ausschließlich den Erfordernissen der Filtrierung angepaßt werden.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Füterkörper wird vorzugsweise Polystyrolhartschaum verwendet, der in weitgehend angenäherter Kugelform in den für die Filterherstellung erforderlichen Körnungen zwischen 0,2 und 3 mm handelsüblich beziehbar ist.

Für die Herstellung eines Filterelementes wird das erforderliche Volumen an kugeligem Hartschaum in der gewünschten Körnung in einen Zwangsmischer eingefüllt. Hinzugefügt wird ein mit einem Härter auf die für den Verarbeitungsgang erforderliche Topfzeit eingestellter Epoxydharzkleber, der mit einem Füller versehen ist, der im wesentlichen das gleiche spezifische Gewicht hat wie der Kleber, so daß der Füller, vorzugsweise Talkum, in dem Kleber in Suspension gehalten wird. Der Kleber wird in einer Menge zugegeben, die ausreicht, die Hartschaumkügelchen vollständig mit einer Kleberschicht zu überziehen. Durch den Füller, vorzugsweise Talkum, wird die Viskosität des Klebers so eingestellt, daß dieser eine Oberflächenspannung erhält, die ein Ablaufen des Kleberüberzuges von den Körnern verhindert und eine im wesentlichen gleichmäßig dicke Schicht des Klebers

auf den Einzelkörnern gewährleistet. Für eine Körnung 1 bis 2 mm wird dieser Überzug ohne wesentlichen Rest an freiem Kleber erreicht durch die Zugabe von etwa 100 kg Kleber auf einen Kubikmeter Hartschaumkörnung, wobei der Kleber etwa 58% Epoxydharz mit Härter und 42% Füller (Talkum) enthält.

In den Zwangsmischer wird weiter Quarzkies 9 mit einer der Körnung entsprechend der Körnung der Hartschaumkörnung zugesetzt, und zwar in einer Menge von wenigstens 8 bis 10 Gewichtsprozent, gegebenenfalls auch Kunstharzgranulat in äquivalenter Menge.

Nach intensiver Mischung wird die gemischte Körnung in eine Form eingegossen, in der die Mischung durch Rütteln verdichtet wird. Das Gewicht der mit dem Kleber überzogenen Hartschaumkügelchen ist im Verhältnis zu den durch die Oberflächenspannung der Kleberschicht erzeugten Haltekräften so gering, daß durch Rütteln nicht die zur Vermeidung von Hohlräumen erforderliche Verdichtung erreichbar ist. Die erforderliche Verdichtung wird erreicht durch den erwähnten Zusatz von Quarzkies. Durch die Zwangsmischung liegen die Quarzkieskörner im wesentlichen gelichmäßig in der Masse verteilt in der Form. Aufgrund der wesentlich höheren Dichte der Quarzkörnung wirken die Quarzkörner beim Rütteln als Sekundärrüttler, wodurch die erforderliche Verdichtung der Masse bis zur punktförmigen Berührung aller Hartschaumkügelchen erreicht wird, bis die Durchgänge gleichen Querschnitt haben. Nach Aushärten des Klebers wird der fertige Filterkörper dann der Form entnommen.

Bei der Herstellung von Brunnenfiltern nach Fig. 1 dient das innere Filterrohr 2 als innere Formwandung. Für die Herstellung von ebenen, plattenförmigen Filtern wird das im Zwangsmischer hergestellte Gemisch auf eine Platte entsprechender Größe in einer der gewünschten Filterdicke entsprechenden Höhe aufgegossen und anschließend wieder gerüttelt. Soweit Formkörper, beispielsweise der oben erwähnten Art, gegossen werden sollen, sind entsprechend ausgebildete, geschlossene Formen vorzusehen.

Plattenförmige Filterkörper können einseitig mit einem mit Schlitzen versehenen Filterblech aus Kunststoff versehen werden, analog dem Filterrohr bei Rohrfiltern. Ein solches Blech kann bei einem Plattenfilter dann den Boden der Gießform bilden. Soweit die Filterkörper, wie oben beschrieben, als Raumkörper ausgebildet sind, kann ein solches Filterblech leicht durch Vakuumtiefziehen entsprechend vorgeformt werden.

Für bestimmte Anwendungsfälle kann das Raumgewicht eines in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Filterkörpers zu niedrig sein. Das gewünschte Raumgewicht kann leicht in engen Grenzen dadurch eingestellt werden, daß über den für die Verdichtung notwendigen Anteil an Quarzkies weiterer Quarzkies zugegeben wird. Auf diese Weise läßt sich das Raumgewicht des Filterkörpers in weiten Grenzen anwendungsspezifisch einstellen.

Die Quarzkieskörnung braucht dabei nicht gleichmäßig über den ganzen Filterkörper verteilt zu sein. Bei einem Rohrfilter kann die zur Erhöhung des Raumgewichtes zuzusetzende Quarzkieskörnung beispielsweise

to in bestimmten Schichten konzentriert werden. Beispielsweise läßt sich zunächst eine Schicht mit erhöhtem Quarzkiesanteil aufbringen und darüber der weitere Filterkörper in der oben beschriebenen Zusammensetzung. Gegebenenfalls kann auch eine obere Schicht mit erhöhtem Quarzkiesanteil vorgesehen werden. Es ist schließlich auch möglich, zur Erhöhung des Raumgewichles Schichten mit reiner Quarzkieskörnung in den Filter einzubauen.

Bei Rohrfiltern ist es weiter möglich, den Filterkörper auf seinem äußeren Umfang mit einer Schicht mit erhöhtem Quarzkiesanteil auszubilden. Durch Konzentration des zur Erhöhung des Raumgewichtes erforderlichen Anteiles an Quarzkieskörnung auf den äußeren Umfang des Filterkörpers kann in der Außenschicht 12 — F i g. 3 — des Filterkörpers 14 ein aus Quarzkieskörnung 16 bestehendes Stützgerüst gebildet werden, durch das eine erhöhte Druckfestigkeit erzielt wird und das eine Beschädigung des Filterkörpers auch unter extremen Bodenbedingungen verhindert.

Ein erfindungsgemäßer Filterkörper kann schließlich in Durchströmungsrichtung aus mehreren Schichten aus Hartschaumkörnung unterschiedlicher Korngröße oder Siebkennlinie aufgebaut werden.

Bei der Verwendung von Rohrfiltern mit erfindungsgemäß ausgebildeten Filterkörpern beim Brunnenbau lassen sich die Anforderungen an eine optimale Filterwirkung kombinieren mit den mechanischen Anforderungen bei der Brunnenherstellung. So läßt sich das Raumgewicht ohne Schwierigkeiten so einstellen, daß beim Absenken des Rohrfilters eine wesentliche mechanische Entlastung des Rohrstranges der Brunnenverrohrung erreicht wird, wodurch wiederum die Gefahr eines Abreißens des Rohrstranges wesentlich verringert wird.

Bei üblichen Brunnenfiltern ist der Versand der Filter im wesentlichen ein Gewichtsproblem. Wegen des geringen Gewichtes der erfindungsgemäßen Filterkörper kann der Versand zu einem Raumproblem werden. Um dabei eine möglichst große Packungsdichte zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, Filterkörper und Schlitzrohr zu trennen und den Filterkörper in zwei Halbschalen herzustellen, die auf der Baustelle miteinander und mit dem Schlitzrohr verklebt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Filterkörper mit einer Packung aus im wesentlichen kugelförmigen, aus Kunststoff bestehenden Einzelkörpern, die durch einen Epoxidharzkleber fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkörper aus einem kugelförmigen Polystyrolschaum bestehen und einen geschlossenen Überzug aus dem mit einem pulverförmigen Füller versetzten Epoxidharzkleber aufweisen und an den gegenseitigen Berührungspunkten ihrer Überzüge direkt ohne zusätzlichen Kleber miteinander verbunden sind.

2. Filterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens 8 Gewichtsprozent Quarzkies, vorzugsweise in der Körnung der Hartschaumkörper, in im wesentlichen gleicher Verteilung über den Filterkörper enthält.

3. Filterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper in Durchströmungsrichtung aus Schichten unterschiedlicher Korngröße besteht.

4. Filterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei rohrförmig ausgebildeten Filterkörpern außen eine Schicht (12) mit einem Quarzkiesanteil (16) vorgesehen ist, der ausreicht, ein die Hartschaumkörper einschließendes Stützgerüst zu bilden.

5. Filterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Rohrfilter mit einem ringförmigen Filterkörper ausgebildet ist, der auf seinem inneren Umfang mit einem Schlitzrohr verbunden ist.

6. Filterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper bei einem Rohrfilter aus zwei miteinander verklebten Halbschalen zusammergesetzt ist.

7. Filterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper plattenförmig ausgebildet ist.

8. Filterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper topfförmig ausgebildet ist.

9. Filterkörper nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper einseitig mit einem mit Schlitzen versehenen Filterblech verbunden ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Filterkörpers nach Anspruch 2, bei dem die Einzelkörper, von denen wenigstens ein Teil Quarzkies ist, mit einem Epoxidharzkleber benetzt, gerüttelt und in die gewünschte Filterkörperform gebracht und verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß kugelförmiger Polystyrolschaum der gewünschten Körnung mit etwa 8 Gew.-°/o Quarzkies in der vorbestimmten Korngröße bzw. Korngrößenzusammensetzung und mit dem mit einem pulverförmigen Füller und einem Härter versetzten Epoxidharzkleber gemischt werden, wobei durch den Füller die Viskosität des Epoxidharzklebers so eingestellt ist, daß durch die Oberflächenspannung ein geschlossener Überzug aus Epoxidharz gebildet und bis zum Aushärten aufrechterhalten wird, und daß das Gemisch in eine Form gegossen und in vorzugsweise senkrechter Richtung bis zur direkten Verbindung der Überzüge gerüttelt wird.

U. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Polystyrolschaumkörnung Kleber in einer Mischung von 58% Epoxidharz mit Härter und 42% Füller zugesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Polystyrolschaumkörnung Kleber in einem Anteil von etwa 100 kg pro Kubikmeter Körnung zugesetzt wird.