DE2600228B2

DE2600228B2 - Rohrförmiges Filterelement

Info

Publication number: DE2600228B2
Application number: DE2600228A
Authority: DE
Inventors: David B. Roslyn Estates N.Y. Pall
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1975-01-06
Filing date: 1976-01-05
Publication date: 1981-05-07
Also published as: FR2296451B1; DE2600228A1; FR2296451A1; AU499965B2; SE7600026L; NL7600022A; BE837323A; CA1045050A; AU1004976A; GB1526448A; IT1053283B; JPS5190072A

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Filterelement, bestehend aus einem gewellten, in sich geschlossenen Filterbogen, der an einer Seite von einem Stützbogen mit größeren Durchtrittsöffnungen hinterlegt ist, wobei das Filterelement an beiden Stirnseiten durch Endkappen abgeschlossen ist, von denen wenigstens eine eine Öffnung für ein zu filterndes Medium aufweist

Ein derartiges Filterelement beschreibt die US-PS 34 753. Durch den Stützbogen wird der Filterbogen in gewissem Maße gestützt, so daß zur Aufnahme der im Betrieb entstehenden Druckdifferenzen bis zu einer gewissen Grenze ein Filterbogen aus Papiermaterial genügen mag.

Der Prospekt »Selecta-Filtrier-Papiere«, 1967, Seiten bis 9, beschreibt verschiedene Filtrierpapiere und kennzeichnet diese durch das in Gramm pro Quadratmeter ausgedrückte Flächengewicht das zwischen 60 und 670 g/m² üblich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Filterelement dahingehend weiterzubilden, daß bei Vergrößerung seiner Filterkapazität und Erhöhung seiner Lebensdauer das Filterelement infolge einer Erhöhung der Faltenfestigkeit des Filterelements einer noch größeren Druckdifferenz standhalten kann, ohne in seinem strukturellen Aufbau Schaden zu nehmen.

Ausgehend von einem Filterelement der eingangs genannten Art gelingt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß der Filterbogen aus mehreren übereinander gelegten und nicht miteinander verbundenen Teilbögen unterschiedlicher Porengröße besteht, die in Strömungsrichtung mit abnehmender Porengröße angeordnet sind und die nur aus Zellulosefasern bestehen und im wesentlichen ohne Bindemittel hergestellt sind, und zwar in einer Dicke zwischen etwa 0,025 und 0,508 mm und einer Dichte zwischen etwa 0,1 und 0,75 g/cm³.

Weil die Filterbogen nicht miteinander verbunden sind und im wesentlichen jeweils auch ohne Bindemittel hergestellt sind, werden keinerlei Filterflächen durch ein Bindemittel abgedeckt

Auch der Stützbogen liegt ohne Bindemittel am Filterbogen an. Es können auch zwei Stützbogen, jeweils ?ußen und innen, vorgesehen sein. Der Filterbogen behält also seine maximale Strömungskapazität bei und das Filtervolumen kann daher kleiner sein als bei herkömmlichen Filterelementen derselben Kapazität.

Weil der Filterbogen aus verschiedenen Teilbögen unterschiedlicher Porengröße besteht, die in Strömungsrichtung mit abnehmender Porengröße angeordnet sind, wird eine vergrößerte Filterfläche für das Medium zur Verfügung gestellt und damit auch eine größere Verschmutzungskapazität bei gegebenem Volumen. Durch die angegebene Anordnung der Teilbögen in Strömungsrichtung werden die Verunreinigungen der Größe nach gefiltert, wodurch ebenfalls eine vergrößerte Abscheidungskapazität mit vsrgrößerter Fläche erzeugt wird, verbunden mit einer höheren Faltenfestigkeit.

Trotz dieser insgesamt verbesserten Daten ist das neuartige Filterelement bei gegebener Filterkapazität relativ klein, weil Filter-Teilbögen in der angegebenen Dicke und Dichte verwendet werden. Beispielsweise beanspruchen drei dieser Teilbögen lediglich einen Raum wie ein einziger Filterbogen aus Harz-imprägniertem Papierwerkstoff wie beim Stand der Technik. Weil praktisch kein Bindemittel verwendet wird und der Filterbogen nur aus Zellulosefasern besteht, kann das Filterelement auch in Zusammenhang mit hochempfindliehen Produkten verwendet werden, beispielsweise Lebensmitteln, Medikamenten, Arzneimitteln, Blut und dergleichen, welche Medien ansonsten mit dem Bindemittel oder dem Material des Filterbogens reagieren würden oder dadurch verunreinigt würden.

Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen des neuartigen Filterelementes an.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 perspektivisch, teilweise im Schnitt und mit weggebrochenen Teilen ein Schichtmaterial aus mehreren Filterbögen gemäß der Erfindung mit porösen Stütz- und Dränageelementen auf beiden Seiten des Schichtmaterials;

26 OO

F i g. 2 eine Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, von einem Filterrohr, das ein Schichtmaterial gemäß F i g. 1 enthält und

Fig.3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig.2.

Das in F i g. 1 bis 3 gezeigte Filterelement ist aus zwei Filterbögen 1 und 2 gemäß dem nachsiehenden Beispiel 1 zusammengesetzt, wobei der relativ gröber poröse Papierbogen 2 (Typ A) auf der Außenseite und ein Papierbogen 1 von feinerer Porosität (Typ B) au.' der κ) Innenseite üegt Die Filterbögen 1 und 2 sind zwischen innere und äußere Schichten 5 und 7 aus gewebtem Netzwerk aus Polypropylen eingebettet

Die Filterbögen 1 und 2 liegen dicht in Berührung gegeneinander an, aber sind nicht miteinander verklebt, , obwohl sie verklebt sein können.

Dieses Schichtwerk aus vier Lagen gemäß Beispiel 1 wird gefaltet und gewellt, um einen Zylinder 10 zu bilden, dessen Enden überlappt und versiegelt werden, worauf der Zylinder 10 über einen porösen zylindrisehen Kern 14 gezogen wird, der mit öffnungen 15 für Strömung in das offene Innere des Kerns 14 versehen ist, und die Enden des Zylinders tragen Endkappen 16 und 17 aus Polypropylen-Kunstharz.

Die Endkappen 16 und 17 sind durch Schmelzung mit den Enden des Filterzylinders 10 versiegelt und schließen das Innere gegenüber dem Äußeren des Filterelements ab. Die Strömung kann daher von der Außenseite zum Inneren des Filterelements über die Bögen 2,1 in dieser Reihenfolge gehen, weil das Innere und das Äußere vollständig durch das Filterelement getrennt sind, das durch die Endkappen 16 und 17 versiegelt ist Die Endkappen 16 und 17 haben je eine zentrale öffnung 18 bzw. 19 und einen Umfangsflasch 20 bzw. 21.

Die Flansche der Endkappen sind standardisiert und ergeben zweckmäßige Verbindungen zu Endkappen anderer gleicher Filter 25, so daß Filter mit ihren Flanschen stumpf gegeneinander gesetzt und dann in geeigneter Weise verbunden werden könnnen, wie etwa durch Verschmelzen, Lösungsmittelverbindung, Schweißverfahren oder ein Klebmittel.

Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung.

Beispiel 1

Ein Hanffaserbogen, der durch regenerierte Zellulose geringer Dichte gebunden ist und hier als Typ A bezeichnet wird, wurde auf einem Fourdinier-Sieb mit folgenden Eigenschaften hergestellt:

Grundgewicht 48,4 g/m²

Dicke 0,228 mm

Dichte 0,21 g/cm³

Flüssigkeitsverdrängung und das Glasperlendurchsatzverfahren wurden verwendet, um die Porengröße zu messen, die bestimmt wurde zu:

50

55

Durchschnittliche Porengröße 40 μΐη

Maximale durchgehende

Partikaigröße 90 μΐη

Ein zweiter Hanffaserbogen, Typ B, wurde wie der vorstehende Typ A, aber mit höherer Dichte, hergestellt:

Grundgewicht

Dicke

Dichte

48,4 g/m²
0,178 mm
0,27 g/cm³

Die Porengröße wurde bestimmt zu:
Durchschnittliche Porengröße 28 μπι

Maximale durchgehende
Partikelgröße 65 μιη

Die beiden Bögen wurden dann auf 241 mm Breite geschnitten und zusammengefügt mit einer Schicht von 457 χ 356 χ 0,228 mm gewebtem Gitter aus Polypropylen auf jeder Seite. Dieses Schichtwerk wurde mit 85 Wellungen gewellt, von denen jede 11,4 mm tief war, dann mit einem Kern zusammengebaut und durch Schmelzung mit Endkappen aus Polypropylen in der in US-PS 34 57 339 beschriebenen und in F i g. 1 bis 3 gezeigten Weise verbunden.

Die Anordnung war so, daß der Bogen Typ A gegenüber dem Bogen Typ B außen lag und die Strömung von außen nach innen, also zuerst durch die gröbere Schicht Typ A verlief.

Das so gebildete Filterelement hatte die folgenden Eigenschaften:

Maximale durchgehende
Partikelgröße 55 μπι

Filterkapazität bei einer Druckdifferenz von 3,51 Kp/cm²,
bestimmt nach MIL-F-5504 A in
Wasser bei einem Durchgang von
10 l/Minute 185 g

Diese Eigenschaften stellen eine erhebliche Verbesserung gegenüber denjenigen üblicher kunstharzimprägnierter, genuteter Papierelemente von gleichem Oberflächenbereich dar, weiche folgende Werte ergeben:

45 Maximale durchgehende

Partikelgröße

Schmutzkapazität

80μηι
155 g

Beispiel 2

Regenerierte, zellulose-gebundene Holzfaserbögen, die durch einen Luftstrom auf einer porösen Unterlage abgelegt wurden, wurden mit Eigenschaften hergestellt, wie sie in der unten stehenden Tabelle unter Typ C und D ausgeführt sind. Ein dritter Bogen, aufgeführt unter Typ E, wurde nach nassem Fourdrinier-Verfahren hergestellt, wobei gemischte Holz- und Baumwollfasern mit 2% eines naßfesten Kunstharzes aus Melamin-formaldehyd verwendet wurden.

Typ	Grund	Dicke	Dichte	Durch-	Maximale
	gewicht			schnittl.	durchgehende
				Porengröße	Partikelgröße
	(g/m²)	(mm)	(g/cm³)	(μιη)	(μπι)
C	49,5	0,18	0,28	32	25
D	50,6	0,15	0,32	21	70
E	64.6	0.20	0.31	16	26

Die drei Bögen C, D, E wurden zusammengelegt zwischen zwei Bögen aus Polypropylen-Netzwerk an der inneren und äußeren Oberfläche, dann gewellt und dann zu einem Zylinder mit seitlicher Dichtungsnaht geformt und die offenen Enden wie b beim Beispiel 1 mit Polypropylen-Endkappen bedeckt.

Das so gebildete Filterelement hatte die folgenden Eigenschaften:

Maximale durchgehende
Partikelgröße
Filterkapazität bei Druckdifferenz von 3,51 Kp/cm²

20 μπι
85 g

Diese Eigenschaften sind zu vergleichen mit denen eines üblichen mit Kunstharz imprägnierten Filterelements von gleichem Oberflächenbereich, nämlich:

28μπι
62 g

Beispiel 3

Ein Filterelement wurde genau wie bei Beispiel 2 hergestellt lediglich mit der Ausnahme, daß die Schicht des Typs E durch eine Schicht des Typs F mit nachstehenden Eigenschaften ersetzt wurde:

Grundgewicht	753 g/m*
Dicke	0,18 mm
Dichte	0,42 g/cm³
Durchschnittliche Porengröße	8μηι
Maximale durchgehende
Partikelgröße	Hum

Die drei Bögen wurden vereinigt und zwischen zwei Bögen aus Polypropylen-Netzwerk auf den äußeren Oberflächen eingelegt, gewellt und dann zu einem Zylinder mit seitlicher Dichtnaht geformt, dessen offene Enden durch Kappen aus Polypropylen wie in Beispiel 1 bedeckt wurden.

Das so erstellte Filterelement hatte die folgenden Eigenschaften:

10 μπι
47 g

Diese Eigenschaften sind mit den nachstehenden eines üblichen genuteten Elements aus Zellulosefaser mit einer einzigen Schicht und von gleichem Flächenbereich mit annähernd gleicher Gesamtdicke des Filtermaterials zu vergleichen:

Maximale durchgehende
Partikelgröße 17 μπι

Filterkapazität bei Druckdifferenz von 3,51 Kp/cm² 38 g

Beispiel 4

Ein Filterelement wurde ähnlich den Beispielen 2 und 3 hergestellt, jedoch mit drei Papierlagen wie folgt:

Dicke

(mm)

Dichte

(g/cm-¹)

Maximale

durchgehende

Psrtike!°röß£

TypC
Typ E
Typ F

0,18
0,20
0,18

0,28
0,31
0,42

125
26
14

Das so gebildete Filterelement hatte eine maximale durchgehende Partikelgröße von 9 Mikron und eine Schmutzkapazität von 38 g und ist damit üblichen einschichtigen, genuteten Filterelementen des gleichen Oberflächenbereichs überlegen.

Beispiel 5

Ein Mehrschichten-Filtermedium wurde auf einem Fourdrinier-Sieb unter Verwendung mehrerer Kopfkästen wie folgt hergestellt:

Drei Mengen von Zellulosefaser-Suspensionen wurden vorbereitet und dabei Faserart und Zerkleinerungsgrad so eingestellt, um Handbögen mit Eigenschaften entsprechend den Typen B, E und F der voraufgehenden Beispiele zu erhalten. Diese Suspensionen wurden dann auf dem Fourdrinier-Sieb abgelegt, und zwar übereinander in der Reihenfolge B-E-F. Der so erhaltene Zellulosefaserbogen war 0,559 mm dick und ergab eine maximale durchgehende Partikelgröße von 9 μπι.

Ein gewelltes Filterelement wurde durch Wellung dieses Bogens mit einer Lage in der Größe von 460 χ 356 χ 0,2 mm Propylen-Gitterwerk auf jeder Seite hergestellt Die Eigenschaften eines so hergestellten Filterelements zeigten keine Unterschiede gegenüber denen des Beispiels 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

26 OO Patentansprüche:

1. Rohrförmiges Filterelement, bestehend aus einem gewellten, in sich geschlossenen Filterbogen, der an einer Seite von einem Stützbogen mit größeren Durchtrittsöffnungen hinterlegt ist, wobei das Filterelement an beiden Stirnseiten durch Endkappen abgeschlossen ist, von denen wenigstens eine eine Öffnung für ein zu filterndes Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterbogen aus mehreren übereinander gelegten und nicht miteinander verbundenen Teilbögen (1, 2) unterschiedlicher Porengröße besteht, die in Strömungsrichtung mit abnehmender Porengröße angeordnet sind und die nur aus Zellulosefasern bestehen und im wesentlichen ohne Bindemittel hergestellt sind, und zwar in einer Dicke zwischen etwa 0,025 und 0,508 mm und einer Dichte zwischen etwa 0,1 und 0,75 g/cm³.

2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützbogen (5, 7) ein Netzwerk aus Kunststoffasern ist

3. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützbogen (5, 7) ein Drahtgitter ist

4. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbögen (1,2) ausschließlich Zellulosefasern enthalten, die aus Holz hergestellt sind.

5. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbögen (1,2) ausschließlich aus Zellulosefasern bestehen, die aus Baumwolle hergestellt sind.

6. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbögen (1, 2) eine Dichte im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,6 g/cm³ haben.

7. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,'daß die Teilbögen (1, 2) eine Dichte im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0,5 g/cm³ haben.

8. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbögen eine Dicke im Bereich von etwa 0,025 bis 0,254 mm haben.