DE2701167A1

DE2701167A1 - Nahtloses rohrfoermiges filterelement und verfahren zur herstellung eines derartigen filterelements

Info

Publication number: DE2701167A1
Application number: DE19772701167
Authority: DE
Inventors: David B Pall
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1976-01-14
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1977-07-28
Also published as: ZA7769B; FI770092A; IL51212A; PT66070A; FI65170C; GB1539331A; AT360766B; NZ183077A; BR7700241A; NO149491C; PT66070B; JPS52107677A; CH619375A5; SE430758B; FR2338341B1; IL51212A0; NO149491B; BE850368A; FR2338341A1; SE7700278L

Description

PoWonwölHT Dipl.-Ing. P. WirtK

Or. V. Schmied- Kowarzüc

Dipt -l.ifi· O. Dannenberg

0·- f¹ V,-m . .. \ί Dr D Gudel

Da/Rb/g 12.1.1977

PALL CORPORATION
Glen Cove, New York, V.St.A.

Nahtloses rohrförmiges Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Filterelements

Zylinderförmige Filterelemente werden normalerweise aus ebenem Bahnenmaterial hergestellt, das um sich selbst in eine zylinderförmige Gestalt gelegt wird, wobei die sich überlappenden Kanten zusammengeführt werden und dann in einer Seltennahtverbindung miteinander verbunden werden» Das Bahnenmaterial kann mit Wellungen oder Riffelungen versehen werden, um die brauchbare Fläche des Filters innerhalb eines begrenzten Raums zu erhöhen. Zur Herstellung der Naht werden gewöhnlich die beiden Außenflächen der Enden des Bahnenmaterials zusammen gebracht. Eine der beiden sich gegenüberstehenden Oberflächen wird mit einem Klebstoff beschichtet, und die Verbindung wird dann unter Wärmeanwendung durchgeführt, um den Klebstoff zu aktivieren. Es wird

709830/0664

_a 270Ί167

eine Naht gebildet, bei der eine Klebstoffschicht sich von einem Ende zum anderen Ende der Naht und von der äusseren Oberfläche durch die Naht hindurch zur inneren Oberfläche erstreckt, und diese Klebstoffschicht wird an den Enden der Oberfläche des Filterelements aufgetragen. Derjenige Bereich des Filterelements» der mit einer Klebstoffschicht der Naht belegt ist, ist selbstverständlich nicht porös, wodurch die verfügbare Oberfläche des Filters verringert wird.

Um diese Probleme zu vermeiden, wurden verschiedene Verbindungsverfahren und Faltverfahren für die Seitenkanten des Filtermaterials an der Verbindung vorgeschlagen, keines der bekannten Verfahren arbeitet jedoch voll zufriedenstellend. In dem kanadischen Patent 7 42 053, das am 6. September 1966 veröffentlicht wurde, wird eine umgekehrt oder verkehrt überlappte Seitennahtverbindung angegeben, bei der die äusseren Oberflächen benachbarter Filtermaterialteile in sich gegenüberliegender Position zusammengebracht werden, wobei ein selbsttragendes Band eines Verbindungsstoffes dazwischen liegt und die Filterteile miteinander in einer lecksicheren Verbindung verbindet. Bei einer derartigen Naht erzeugt jedoch der Verbindungsstoff ebenfalls eine Fläche aus einem nicht porösen Material, die eich von der inneren Oberfläche zur äusseren Oberfläche des Filtermaterials erstreckt.

Bei der Herstellung zylinderförmiger Filterelemente mit sehr feinen Abtragsraten 1st es häufig vorteilhaft, ein sehr dünnes Filtermaterial zu verwenden, da ein solches einen kleineren Widerstand dem Fluidfluß entgegensetzt als ein dickes Material. Dünne Bahnen sind leicht zerbrechlich, und es ist daher wünschenswert, die dünne Bahn gegen Bruchbeanspruchung, die aufgrund des in beiden Richtungen wirkenden Druckes vorhanden ist, und gegen mechanische Beschädigungen zu verstärken, die während und nach der Herstellung möglich ist, indem das Filtermaterial mit relativ dickeren und festeren Schichten aus offenerem Bahnenmaterial umgeben wird, Die resultierenden Mehrschichtenanordnungen mit im allgemeinen sich allmählich oder

709830/0664

schrittweise verengenden Poren lassen sich besonders schwer in einer zylindrischen Form miteinander verbinden, da ein Klebstoff mit genügend niederer und zur Durchdringung der kräftigen Schichten geeigneten Viskosität im allgemeinen durch die feinere Kapillarität der feineren Schichten weggezogen wird, mit dem Ergebnis, daß die gröberen Schichten an Klebstoff verarmen und nur unvollkommen miteinanderverbunden werden. Aus diesem Grund sind derartige Verbindungen nicht sehr sicher, sie gestatten vielmehr den Durchgang von Feststoffen durch die Filterelemente, wenn ein Durchfluß kantenweise durch die zwischengefügten gröberen Schichten an der Verbindung erfolgt.

Eine weitere Schwierigkeit bei zylindrischen Filterelementen mit Seitennahtverbindungen besteht in der Anbringung von Endkappen an die offenen Enden des Zylinders. Die Klebstoff systeme, die zur Anbringung von Endkappen an die Enden der mit einer Seitennaht versehenen Anordnung verwendet werden, kleben im allgemeinen sehr gut mit den Schichten der Filtermedia, da diese porös sind und folglich einen Teil des Klebstoffes absorbieren und aurch eine gute Verbindung schaffen. Dies gilt jedoch nicht bezüglich der Klebstoff schicht, die die Seitennahtver bindung schafft. In verschiedenen Systemen ist zwischen dem Klebstoffsystem der Endkappen und dem Klebstoff in der Seitennahtverbindung überhaupt keine Klebeverbindung herstellbar. Es geschieht daher häufig, daß an der Stelle der Klebeschicht eine schlechte Verbindung hergestellt wird, mit dem Ergebnis, daß durch das Filterelement unter Fluiddruck ein Leckpfad ausbildbar ist. Da sich der Klebstoff von, der äusseren Oberfläche

materials zur inneren Oberfläche des Filter/ längs der Naht erstreckt, ergibt sich ein möglicher Bypass für dasjenige Fluid, das nicht durch das Filter hindurchfliesst.

Ein möglicher Leckpfad dieser Art kann bei zylindrischen Filterelementen nicht hingenommen werden, bei denen das Filtermaterial eine derartige Porengröße besitzt, daß das Filter zur Ausfilterung gefährlicher Mikroorganismen, wie z.B. Hefekeime oder

709830/0664

Bakterien, verwendet werden kann. Die Herausbildung eines derartigen Leckpfades beim Einsatz mit unter hohem Druck stehenden Fluiden bewirkt, daß diese Organismen das Filter umgehen, wodurch sich möglicherweise schwerwiegende Folgen einstellen.

Bei zylindrischen Filterelementen aus Bahnenmaterial ist es sehr schwierig, eine Filterhülse mit einer Dicke zu schaffen, die eine Tiefenfiltration (in-depth filtration) ermöglicht, wobei diese Eigenschaft besonders beim Filtern einiger Feststoffe aus Fluiden wünschenswert ist. Im allgemeinen läßt sich sagen, daß die Chancen, suspendiertes Material aufzufangen, das klein genug ist, um in die Filterporen einzudringen, mit der Länge und den Umwegen des Pfades wachsen, die das Fluid beim Durchlauf durch das Filter passieren muß. Dies hat seine Ursache darin, daß derartiges Material sich bevorzugt in"R*itzen, kleinen Überständen und Vertiefungen längs der Poren absetzt, obwohl das Material durch die Poren durchtreten kann. Je langer und umwegreicher die Poren sind, desto mehr Ritzen, Spitzen und Winkelräume bestehen längs ihrer Länge, und um so höher ist die Auffangrate für derartige Partikel.

Als Material zur Tiefenfiltration werden bevorzugt nicht-gewebte faserige Matten und Lagen verwendet. Derartige Materialien lassen sich nicht leicht in zylindrische Filterelemente umarbeiten, die hohen differentiellen Drucken widerstehen können, da derartige Materialien eine geringe Zug- und Bruchfestigkeit besitzen. Insbesondere ist es schwierig, die Kanten einer Bahn aus nichtgewebtem faserigen Material in einer Seitennahtverbindung miteinander zu verbinden. Aus diesem Grund werden derartige Materialien im allgemeinen in zylinderförmigen Filterelementen nur in Verbindung mit Stützfilterbahnen herkömmlicher Art verwendet, die mittels einer Seitennahtverbindung miteinander verbindbar sind, um den Durchgang von Partikeln zu vermeiden, die durch die Filtermatte oder Filterlage zur Tiefenfiltration hindurchdringen. Sofern ein Rückfluß möglich ist, erfordern derartige Matten außerdem eine äussere Halterung, so daß die Matte

709830/0664

tatsächlich zwischen konzentrischen Materialien begrenzt ist, von denen eines oder beide als Filterbahn ausbildbar sein können. Die Notwendigkeit, einen Stutzfilter vorzusehen, erhöht die Kosten derartiger Elemente und erhöht außerdem die Schwierigkeiten, die beim Verbinden der Mehrlagenanordnung mit Endkappen entstehen, wobei diese Verbindung leckfrei sein soll.

Ferner ist es schwierig, die Dichte und Porosität nichtgewebter faseriger Matten und Lagen zu steuern und kontrollieren. Die Porengröße zwischen den Fasern hängt von dem Abstand der Fasern untereinander ab, der wiederum von der Dichte oder dem Kompressionsgrad der Schicht abhängig ist. Sofern die Schicht zwischen zwei festen Oberflächen zu liegen kommt, ist es möglich, die Schicht zusammenzupressen und dabei eine gewisse Kontrolle und Steuerungsmöglichkeit über die Dichte zu besitzen, es ist jedoch auf diese Weise nicht einfach, die Porosität hinsichtlich ihrer Gleichförmigkeit von Filterelement zu Filterelement zu überwa chen.

Es ist außerdem bekannt, zylinderförmige Filterelemente dadurch herzustellen, daß Fasern oder Garn in entgegengesetzt gerichteten spiralförmigen oder schraubenförmigen Lagen um einen Kern herumgewickelt werden, um ein in der Fachwelt als "gewickeltes¹¹ oder "honeycomb"-Element bezeichnetes Filter zu erhalten. Der Ausdruck "honeycomb" wird deshalb verwendet, da die auf diese Weise erzeugten Filter dadurch gekennzeichnet sind, daß niedere oder offene Flächen bei den Zwischenräumen zwischen den Fasern und Flächen mit hoher Faserdichte oder sogenannte geschlossene Flächen, in denen sich die Fasern überlappen und kreuzen, ab wechseln und durch die Dicke des gesamten Elements erstrecken. Aus diesem Grund sind derartige Filter nicht sehr wirkungsvoll, da die offenen Flächen große Partikel hindurchlassen und die < in Perioden schwankender Durchflüsse>angesammelten Fest stoffevwieder abgeben, während die dichteren Flächen eine klei nere Permeabilität besitzen und daher einen geringeren Durch fluß des zu filternden Fluids erfassen. Die für derartige Elemente verwendeten Fasern oder Garne werden aus relativ groben

709830/0664

Fasern gesponnen. Im Handel sind keine Hülsen dieser Art erhältlich mit Fasern von einem Durchmesser, der kleiner als 12 Mikrometer ist, wobei die Fasern meistens einen Durchmesser von 20 Mikrometer oder mehr besitzen. Die Fasern im Garn sind parallel oder nahezu parallel zueinander ausgerichtet. Diese Orientierung ist für Filtrierzwecke sehr ineffektiv.

Eine weitere Ausführungsform, nach der im Handel erhältliche Filterelemente hergestellt werden, besteht darin, eine vorgeformte nichtgewebte Bahn aus gesponnenen Glasfasern mit Harzverbindung um einen mit Löchern versehenen Kern in einen Zylinder zu bringen. In dem US-PS 3 268 442 vom 23. August 1966 ist vorgeschlagen, die Dichte der nichtgewebten Bahnen dadurch zu steuern und zu überwachen, daß die Bahn in einen spiralförmig gewickelten Zylinder mit zwei odir mehr Schichten» sich unterscheidender Dichten und Durchmesser gebracht wird, wobei in den Spiralen Fasern unterschiedlicher Durchmesser verwendet werden. Derartige Elemente können eine abgestufte Dichte besitzen, sie besitzen jedoch den Nachteil, daß ein wesentlicher Anteil an Harzbinder zur Verankerung der Glasfasern hinzugefügt werden muß; darUberhinaus erfolgt tatsächlich eine "Mediumswanderuj%" (media migration, d.h. eine Abgabe von Fasern stromabwärts) selbst dann, wenn Harzbinder verwendet werden, wobei teilweise die brüchige Natur der Glasfasern die Ursache hierfür ist. Die Verwendung eines Harzbinders begrenzt die Nützlichkeit derartiger Elemente, da die für diesen Zweck einsetzbaren Harze durch verschiedene Reagenzien angegriffen werden.

Bei allen bekannten Verfahren zur Herstellung zylinderförmiger Filterhülsen wird als Ausgangsmaterial Bahnenmaterial verwendet, und die Abmessungen der Hülse werden folglich durch die Abmessungen des Ausgangsmaterials gegeben. Wird eine Filterhülse hoher Durchflußkapazität und großer Oberfläche benötigt, so läßt /sich nur äußerst schwierig durch eine Erhöhung der Filterabmessungen verwirklichen. Es läßt sich nicht einfach die Länge der Hülse vergrößern, da es schwierig ist, Bahnmaterial einer

709830/0664

derartigen Länge aufzufinden, und langes Bahnenmaterial in Hülsenform zu bringen. Aus diesem Grund ist es in der Fachwelt üblich, Filterhülsen mit relativ standardisierten Längen zu verwenden und diese Hülsen Ende an Ende aneinander zu bringen und an den Enden miteinander zu verbinden, um eine Filterhülse herzustellen, die langer ist als eine Standardlänge. Das stumpfe Aneinanderstoßen mehrerer Hülsen löst die genannten Schwierigkeiten in mancher Hinsicht zufriedenstellend, die Verbindungen stellen jedoch zusätzliche Leckpfade dar, die Ursache von Be triebsstörungen der zusammengesetzten Anordnung sein können.

Aus der US-PS 3 801 400, patentiert am 2. April 1974, ist ein Verfahren bekannt, bei dem Polypropylen oder ein anderes faserbildendes Polymer aus der Schmelze in einen kontinuierlichen geschmolzenen Strom extrudiert wird,* der durch mehrere Gasströmungen in eine feine Faser abgeschwächt und auf eine rotierende Sammeloberfläche, z.B. einen Dorn, aufgetragen wird. Während dem Sammelvorgang wird ein- oder mehrmals mindestens eine der Größen (i) Temperatur des faserbildenden Materials, oder (ii) die Geschwindigkeit der Extrusion oder (iii) die Drehgeschwindigkeit des Sammlers (Kollektors) oder (iv) die Entfernung zwischen Extruder und Sammler oder (v) das Gewicht einer Hilfsrolle auf dem Sammler geändert, um eine kreisförmige Schicht zu erzeugen, deren Dichte bezüglich der unmittelbar vorausgegangenen Schicht sich relativ unterscheidet.

Die resultierende zylinderförmige, eigen-verbundene und nichtgewebte Struktur wird vom Dorn abgezogen und ist ausreichend steif, um nach dem Abziehen selbsttragend zu sein. Der Zylinder lässt sich dann auf eine geeignete Länge schneiden und besitzt ein vorgegebenes Dicht?iprof il. Zur Verwendung für Filtrati ons zwecke tritt das zu filternde Fluid von der Seite geringerer Dichte ein, so daß sich die Feststoffe durch das ganze Filter hindurch mehr oder weniger gleichförmig ablagern und sich nicht vor der zuerst berührten Schicht stauen, die daurch verstopft würde, bevor im Rest des Filters Feststoffe in bemerkenswertem Umfang

709830/0664

abgeschieden wären.

Ergebnis dieses bekannten Verfahrens ist ein fester Zylinder, der aus kontinuierlichen Fasern oder Faserbündeln aufgebaut ist, die ohne Unterbrechung oder Pause um den Dorn herumge wickelt werden und Durchmesser im Bereich zwischen 0,5 bis 50 Mikrometer besitzen. Die Dichte der Hülse beträgt in einem beliebigem Bereich weniger als 50 % der Dichte des Polymer Substrats und ist in der Außenschicht kleiner als in der Innenschicht bzw. in der Außenschicht größer als in der Innenschicht, oder sie verändert sich von Lage zu Lage. Ferner ändert sich auch der Durchmesser der Fasern, dies ist wohl auf die sich ändernden Abschwächungsraten und Verfahrensparameter zurückzu führen.

Venn Kunststoffasera aus einer Spinndüse gesponnen werden, wie das in Naval Resehrch Laboratory Report No. 111,437 mit dem Titel "Manufacture of Superfine Organic Fibers", erschienen am 15. April 1974joder in der US-PS 3 825 380 beschrieben ist, und wenn die aus der Spinndüse austretenden Fasern unter Verwendung von Luftströmen mit hoher Geschwindigkeit abgeschwächt werden, ergeben sich sehr dünne Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 6 Mikrometer bis hinunter zu einem halben Mikrometer. Wenn eine Spinndüse diesen Typs hergestellt wird, die ein kontinuierliches Feld von Spinnöffnungen enthält von mehreren Zoll bis mehreren Fuss Länge, und wenn die Fasern auf einem löchrigen, sich bewegenden Gurt oder Riemen gesammelt werden, so werden durch die Turbulenzen der Luftströme die Fasern untereinander in gleichförmiger Weise in einem derartigen Ausmaß untereinander verschlungen, daß ein Gewebe erzeugt wird, das stark genug ist, um als Filter, Kleidungszwischenschicht, Wischmaterial etc. eingesetzt zu werden. Der kleine Durchmesser der Fasern und die Gleichförmigkeit ihrer Orientierung ergibt für das erzeugte Gewebe ausgezeichnete Filtereigenschaften, sehr gute thermische Isolationseigenschaften und eine hervorragende

709830/0664

270Ί167 Λ

Absorption für Flüssigkeiten, wenn das Gewebe als Wischmaterial und in ähnlichen Anwendungsformen verwendet wird (vorausgesetzt, daß der verwendete Kunststoff durch die Flüssigkeit benetzt wird, oder daß der Kunststoff so behandelt ist, daß er von der Flüssigkeit benetzbar ist).

Unabhängig von der Länge der verwendeten Düse ist es ein Kennzeichen dieser Düse, daß sie lokaler Verstopfung unterworfen ist, die womöglich durch den Durchtritt von Harzgels durch die Grenzschicht und die Verstopfung der feinen öffnungen durch derartige Gels hervorgerufen wird; Wenn eine derartige lokale Verstopfung auftritt, so ist das Gewebeerzeugnis, das unter Verwendung eines herkömmlichen Endlosriemens erzeugt wird, mit kontinuierlichen längs gerichteten Flächen versehen, die ein geringeres Gewicht pro Einheitsfläche besitzen, und'die dünner und schwächer sind und schlechtere Filterwirkungsgrade als die übrigen Bereiche des Gewebes besitzen. Obwohl dadurch die Verringerung des gesamten Harzdurchsatzes klein ist, z.B. etwa 1 % beträgt, muß die Düse entfernt und auseinandergenommen und gereinigt werden, wodurch ein hoher Arbeitsaufwand und ein großer Ausfall an Produktionszeit entsteht.

Die durch Verstopfung hervorgerufenen Probleme sind im wesent liehen durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt, bei dem das Gewebe auf einem rotierenden Dorn aufgesammelt und kontinuierlich als glattes flexibles Rohr von dem Dorn abgezogen wird. Durch eine gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit sehr schnelle ... . Drehbewegung des Doms, die so gewählt wird, daß z.B. die Steigung der Spirale, in der ein Element des Gewebes während des Herstellungsvorganges läuft, kleiner als 6,2 mm bis 1,3 cm beträgt, wird ein gleichförmiges Gewebe selbst dann erzielt, wenn sich ein Teil der Düse in einem nichtbetriebsfähigen Zustand befindet; dadurch kann die Herstellung so lange fortgesetzt werden» bis der nichtarbeitende Teil der Düse beträchtlich hoch wird, z.B. 1o bis 30 % oder mehr beträgt.

709830/0664

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Filterelements in Modulbauweise aus einem thermoplastischen Fasermaterial angegeben, das in nahtloser Zylinderform und mit modularer oder kontinuierlicher Länge herstellbar ist, wobei die von einer Spinndüse aus der Schmelze gesponnenen Fasern direkt auf einen rohrförmigen inneren Kern des Filter elements aufgewickelt werden , der als Dorn und als permanente Innere Halterung für das Filterelement dient, und wobei die Herstellung in kontinuierlichen oder modular genormten Längen fasriger Zylinder erfolgt, die der Kernlänge entspricht. Ein derartiger nahtloser Zylinder lässt sich in beliebiger Dicke und beliebiger Länge aus irgendeinem thermoplastischen und faser bildenden Polymer herstellen. Durch Steuerung und Überwachung der Dichte der gewickelten Hülse während ihrer Herstellung wird die Porosität der erzeugten Zylinders gesteuert und überwacht. Die Hülse benötigt keine Endkappen, sofern überstehende Endteile vorgesehen sind, die auf dem Kern an einem oder beiden Enden uragefaltet werden können. Die umgefalteten Teile dienen als Dichtungsmittel gegenüber dem Gehäuse, in das das Filter eingebaut wird.

Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, daß sich sehr dünne Fasern niederlegen lassen, die zur Erzeugung von Filterelementen mit sehr kleinen Poren und einem hohen Anteil an offener Fläche bevorzugt werden. Derartig feine Fasern bilden Gewebe, die sehr schwach und damit unpraktisch bei ihrer Handhabung sind, die Erzeugung direkt auf den Kern vermeidet jedoch dieses Problem. Fasern von weniger als 1Ou Durchmesser, deren Durchmesser im Bereich von 0,5 bis zu 0,1 u liegen kann, lassen sich spinnen und auf dem rotierenden Rohrkern ablegen.

Gemäß der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Filterelements dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzenes thermoplastisches Material in Form einer Vielzahl von Fasern gesponnen wird, daß diese Fasern unmittelbar auf einem rotierenden rohrförmigen Kern für das Filterelement gesammelt und

709830/0664

aufgewickelt werden, um auf dem Kern eine gewickelte Schicht aus zufallsorientierten und heterogen verschlungenen gesponnenen Fasern gewünschter Tiefe und Dichte zu erzeugen, die eine poröse Filterstruktur für das Filterelement darstellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird geschmolzenes thermoplastisches Harz durch eine Düse mit vielen Öffnungen gesponnen.

Als ein weiteres Merkmal der Erfindxing findet ein Gasgebläse an den öffnungen der Spinndüse Verwendung, das im allgemeinen in die Richtung des Austritts der Fasern aus den Öffnungen gerichtet ist und die Fasern/vor oder während dem Ablegen auf dem rohrförmigen Kern/schwächt und^bei bestimmten diskreten Längen un terbricht. Es lassen sich jedoch beliebige andere alternative Verfahren anwenden, so z.B. das mechanische Ziehen oder Strecken der weichen Fasern, v/ährend diese noch verformbar sind.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Fasern auf einem rohrförmigen Kern abgelegt werden, der in ausgewählten Modullängen vorgeformt ist. Derartige Kerne lassen sich in einem intermittierenden oder einem Chargenverfahren einzeln oder in einer Gruppe belegen, oder sie lassen sich in einem kontinuierlichen Verfahren belegen, bei dem die Kerne Ende an Ende angeordnet sind und die Gruppe während des Ablegschrittes kontinuierlich fortschreitet. Bei einer derartigen Gruppe lassen sich die Kernenden so ausbilden, daß sie ineinandergreifen und während des Ablegschrittes die Drehbewegung gemeinsam ausführen. Die Kerne lassen sich außerdem in situ, d.h. an Ort und Stelle unmittelbar vor dem Ablegeschritt herstellen. In all diesen Fällen wird eine ausgewählte Modullänge der rohrförmigen Filterelemente erhalten.

Sofern die Kerne vorgeformt sind und Ende an Ende liegen, lassen sich die Kernlängen im Anschluß an den Ablegeschritt dadurch trennen, daß die fasrige Schicht durchschnitten wird. Die Enden

709830/0664

lassen sich dann rait Endkappen versehen. Die faserige Schicht wird bevorzugt so geschnitten, daß sie sich über den Kern hinaus erstreckt. Sofern ein überstehendes Endteil vorhanden ist, lassen sich die rohrförmigen Filterelemente in eine Filteranordnung einfügen und dort mit den Enden dichtend verbinden, da dann keine Endkappe erforderlich ist. Die umgeschlagenen Endteile dienen als ausreichende Sicherheitsmaßnahme gegen eine Leckage des ungefilterten Fluids, da die aufgrund eines Lecks durch die umgeschlagenen Teile durchtretende Flüssigkeit gefiltert ist.

Sofern erwünscht, lassen sich die umgeschlagenen Teile an einem oder an beiden Enden durch Verkleben oder durch ·

eine Presspassung mit Endkappen versehen, um eine leckfreie Dichtung zu verwirklichen.

Um überstehende Endteile bei jedem Längenstück zu erhalten, lassen sich die Kernteilstücke'durch Abstandshalter voneinander trennen, die die doppelte Länge der gewünschten Endteile besitzen, wobei dann die Filterelement-Längenstücke an einer Stelle etwa in der Mitte der Abstandslänge abgeschnitten werden.

Sofern der Kern in situ, d.h. an der Verarbeitungsstelle hergestellt wird, lassen sich kontinuierliche endlose Längen herstellen, die bei jeder gewählten Einheitslänge abgeschnitten werden können.

Die Steuerung und Überwachung der Dichte des resultierenden Zylinders lässt sich dadurch erreichen, daß die öffnungen der Spinndüse in unterschiedlichen Entfernungen von dem rotierenden Kern beabstandet sind, und daß die Fasern vor der Ablagerung auf dem Kern geschwächt werden. Eine Spinndüse besitzt selbstverständlich eine Vielzahl derartiger öffnungen. Sofern die Fläche der Spinndüse, in der die öffnungen enthalten sind, in einem bestimmten Winkel gegen den Kern angeordnet ist, werden einige öffnungen einen grösseren Abstand von dem Kern als andere öffnungen besitzen. Als Ergebnis folgt daraus, daß einige Fasern .

709830/0664

über eine grössere Entfernung als andere Fasern transportiert werden, bevor sie auf dem Kern gesammelt werden. Je kürzer die zurückzulegende Entfernung der Fasern zwischen der öffnung und dem Kern ist, um so größer ist die Dichte der vom Kern aufgenommenen Schicht. Wird die Anordnung folglich so getroffen, daß diejenigen Fasern aus dem dem Kern zunächst liegenden öffnungen zuerst abgelegt werden, so ist die Dichte der dem Kern zunächst liegenden Schicht größer als die Dichte derjenigen Bereiche, in denen sich Fasern ablagern, die von Öffnungen mit einem größeren Abstand zum Kern stammen. Alternativ lassen sich ebenso die Fasern aus denjenigen Öffnungen, die den größten Abstand zum Kern besitzen, zuerst ablegen. Auf diese Weise ist es < möglich, einen Zylinder abzulegen, der eine größere oder kleinere Dichte in der Nachbarschaft seines Zentrums besitzt, wobei die Dichte allmählich oder abrupt'gegen die äussere Oberfläche des Zylinders ab- oder zunimmt.

Das Verfahren besitzt eine unbegrenzte Flexibilität bezüglich der Abmessungen und der Anzahl der Öffnungen sowie bezüglich der Abstände der Öffnungen in der Spinndüse. Kontinuierliche Düsen mit großen Abmessungen sind schwierig herzustellen, und bestimmte Abmessungsbeschränkungen lassen sich praktisch nicht überschreiten, das erfindungsgemäße Verfahren begrenzt jedoch nicht die Anzahl und die Stellung der Spinndüsen. Da jedes einzelne Element des simultan rotierenden und achsial translatierenden Kerns gleichermaßen von jedem Teil der einzelnen verwendeten Düsen unab hängig von ihrer Stellung getroffen wird, lassen sich die Düsen in einer beliebigen Anordnung und Orientierung um den Kern herum anordnen, um die Ablagerung einer beliebigen gewünschten Anzahl von Fasern pro Zeitintervall zu ermöglichen. Es lassen sich z.B. mehrere schmale Mehrfachdüsen einsetzen, die leichter und billiger herstellbar sind, um Filterelemente beliebiger gewünschter Größe und Produktionsgeschwindigkeit herzustellen.

Der Einsatz von Mehrfach-Spinndüsen ermöglichst die Ablagerung verschiedener Fasern in vorgegebener Folge. So lassen sich z.B. Fasern verschiedener Erweichungspunkte ablagern und anschlies-

709830/0664

send miteinander verbinden, oder es läßt sich ein Gewebe mit einem anderen oder mehreren anderen Geweben dadurch verbinden, daß die Fasern mit dem niedereren Erweichungspunkt erweicht v/erden, oder es lassen sich Fasern verschiedener Lösungsmittel-Suszeptibilität ablagern, um die Oberfläche der einen,jedoch nicht der anderen Art durch das Lösungsmittel klebrig zu ma -chen, oder es lassen sich Fasern verschiedener Zugfestigkeit ablagern, um den Zylinder zu verstärken, oder es lassen sich z.B. Fasern verschiedener Durchmesser ablagern etc. Das Faserherstellungsverfahren lässt sich so einstellen, daß sehr feine Fasern entstehen, die z.B. einen Durchmesser von unter 1 bis 1,5 Mikrometer besitzen. Derartige Fasern sind jedoch im allgemeinen sehr kurz, weshalb das durch derartige Fasern hergestellte Gewebe sehr schwach ist. Durch Verwendung von Mehrfach-Moduldüsen lassen sich die feineren Fasern auf eine relativ feste und •grobe Basis (z.B. 2 bis 5 Mikrometer) legen, und diese Schicht lässt sich, sofern erwünscht, wiederum durch ein starkes und grobes Fasergewebe bedecken.

Der fertige Zylinder aus nichtgewebtem faserigen Bahnenmaterial lässt sich in Längenstücke gemäß der Kernlänge und dor Länge der gewünschten Filterelemente schneiden. Dies lässt sich kontinuierlich während des Spinnens der Fasern vornehmen, so daß der Filterzylinder kontinuierlich an einem Ende hergestellt und kontinuierlich am anderen Ende abgezogen wird, während der Kern rotiert. Wenn das Längenstück des Kerns vorgeformt ist, ist es nur erforderlich, die Schicht aus faserigem Bahnenmaterial auf dem Kern abzuschneiden. Der Kern selbst kann~auf einem Dorn gehalten werden, der sich zumindest über die Ablagerzone für die Fasern erstreckt. Nachdem das Filterelement-Längenstück abge schnitten ist, kann der Kern dann abgezogen werden.

Es ist nicht erforderlich, ein Bindemittel oder einen Klebstoff aufzubringen, um die Fasern in dem resultierenden nichtgewebten faserigen Gewebe zusammenzuhalten.
Die Fasern verwachsen bzw. verflechten sich

709830/0664

während der Ablagerung auf dem Kern und werden aufgrund dieser Verwachsung in dieser Anlagerung im Gewebe gehalten. Wenn die Fasern gleichzeitig weich und klebrig sind während sie den Kern berühren, gehen sie möglicherweise untereinander an ihren Kreuzungspunkten während des Aufwickeins auf dem Kern eine Verbindung ein. Dieser Prozeß lässt sich jedoch so steuern, daß die Fasern, die während ihres Austritts aus den Öffnungen der Spinndüse geschmolzen sind, aushärten und sich verfestigen und dann beim Erreichen des Kerns und bei dem Aufwickelschritt nicht mehr klebrig sind. Derartige Fasern besitzen feste Abmessungen, sobald die Filterhülse geformt ist. Auf diese Weise ist eine bessere Steuerung der Porengröße erzielbar, da die Fasern während des Aufwickelverfahrens wenig oder keine Neigung besitzen, sich in zufälliger Weise verbiegen, verwerfen oder sich deformieren zu lassen.

Der durch das erfindungsgeraäße Verfahren erzeugte nahtlose Zylinder lässt sich in gewünschter Weise behandeln und wird dann in vorgegebene Längenstücke geschnitten, wenn der Kern und die faserige Schicht relativ steif sind und die zylindrische Form behalten. Die Längenstücke lassen sich dann mit oder ohne An Wendung von externen Trägern und Endkappen in Filterhülsen verwandeln, wenn herkömmliche Verfahren verwendet v/erden. Zylinder, die nicht steif sind, lassen sich mit internen oder externen Trägeranordnungen versehen oder sie lassen sich flach legen und spiralförmig aufwickeln, oder sie lassen sich öffnen und als Taschen mit einem Durchfluß von der Innenseite nach außen, mit einem oder zwei offenen Enden verwenden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein nahtloses Filterelement, das in zylindirscher oder in Bahnenform oder in beliebiger anderer Form durch Formung und Abwandlung dieser beiden Grundformen erzeugbar ist, und das eine Schicht aus zufallsorientiert und heterogen verschlungenen gesponnenen Fasern mit einem Durchmesser von unter 10 μ und bevorzugt mit einem Durchmesser von weniger als 5 ρ enthält, die jede beliebige Tiefe und Dichte

709830/0684

besitzt und ein Porenvolumen (voids volume) von mindestens % und bevorzugt von mindestens 85 % besitzt und um einen permanenten Kern gewickelt ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung zylindrischer Filterelemente auf einer sich drehenden Gruppe von'untereinander verbundenen, vorgeformten rohrförmigen Kernen in Modullängen, wobei der faserige Belag zur Bildung von Filterelement-Teilstücken durchgeschnitten wird und Endkappen an beiden Enden jedes Längenstücks angebracht werden;

Fig. 1A eine Detailansicht in vergrößertem Maßstab einer Anordnung mit zwei Kernen und einem Abstandshalter, die an der Stelle 1A in Figur 1 gezeigt ist;

Fig. 1B einen Querschnitt längs der Linie 1B-1B der Fig.1;

Fig. 1C eine Detailansicht eines Filterzylinders, der nach dem Verfahren nach Fig. 1 hergestellt ist, der Endkappen zur Bedeckung der Zylinderenden enthält;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Öffnung einer Spinndüse der Fig. 1, die eine Gruppe von öffnungen enthält, die von Düsen für ein Gasgebläse umgeben sind, das zur Abschwächung und Unterbrechung der geschmolzenen Fäden dient, die durch die öffnungen gesponnen werden;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Spinndüse nach

Fig. 2;

709830/0664

Fig. 4 eine weitere Ausführungsforra des Verfahrens, bei der die zylinderförmige faserige Schicht auf einem rohrförmigen, mit Löchern versehenen Kern abgelegt ist, der ebenfalls kontinuierlich aus einer Düse extrudiert wird und als permanenter Kern für die herzustellenden Filterelemente dient, die entsprechend in Filterelemente-Längenstücke geschnitten und durch Aufsetzen von Endkappen vervollständigt werden;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein gemäß dem Verfahren nach Fig. 4 erhaltenen Filterelement;

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 5 ;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Verfahrens, bei der eine zylinderförmige faserige Schicht auf einem rohrförmigen, mit Löchern versehenen Kerns abgelegt wird, der durch Extrusion oder ein anderes Formverfahren vorgeformt ist und als permanenter Kern für die herzustellenden Filterelemente dient;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein flachgelegtes und spiralförmig aufgewickeltes Filterelement, das gemäß dem Verfahren nach Fig. 7 hergestellt ist und als Filterhülse ausgebildet ist, die auf einem inneren Kern getragen wird ;

Fig. 9 einen Querschnitt längs der Linie 9-9 der in Fig. 8 gezeigten Filterhülse;

Fig. 10 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine zylinderförmige faserige Schicht auf einem rohrförmigen, mit Löchern versehenen und vorgeformten Kern abgelegt wird, wobei zu jedem Zeitpunkt in einen intermittierenden oder Chargenbetrieb ein Zylinder mit Überlappungen an

709830/066A

den Enden des resultierenden Filterzylinders hergestellt wird;

Fig. 1OA das Verfahren, nach dem die Endkappen auf die Enden Filterzylinders ohne Bindemittel oder Verbindungs stoff aufgesetzt werden und dabei eine leckfreie Dichtung erzielt wird;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch einen gemäß dem in Fig. 10 dargestellten Verfahren gewonnenen Zylinder, der als Filterhülse ausgebildet ist und von Endkappen um schlossen ist und auf einem inneren Kern, auf dem die , faserige Schicht abgelegt ist, getragen wird; und

Fig. 12 einen Querschnitt längs* der Linie 12-12 der in Fig. 11 dargestellten Filterhülse.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit einem beliebigen thermoplastischen Harzmaterial durchführen, das sich durch öffnungen einer Spinndüse oder einer Mehrlochdüse zu einer Faserbahn verspinnen lässt. Die beispielsweise verwendbaren thermoplastischen Harzmaterialien umfassen Polyamide, Polyacrylnitril, lineare Polyester wie z.B. Ester aus Äthylenglycol und Terephthalsäure, und aus 1,4 - Butandiol und Diraethylterephthalsäure oder Terephthalsäure, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylbutyral, Polyvinylacetat, Polystyren, lineare Polyurethan-Harze, Polypropylen, Polyäthylen, Polysulfon, Polymethylpenten, Polycarbonat Und Polyisobutylen. Innerhalb dieser Kategorie liegen außerdem thermoplastische Zellulosederivate wie z.B. Zelluloseacetat, ZeI-lulosepropionat, Zelluloseacetat-Propionat, Zelluloseacetat - butyrat und Zellulosebutyrat. Nicht aus Harz bestehende Materialien wie z.B. Glas lassen sich in ähnlicher Weise verarbeiten.

In dem Verfahren werden feine Fasern verarbeitet. Grobe Fasern besitzen Durchmesser von 1Ou bis 50 oder 100 μ oder mit noch größeren Werten. Feine Fasern besitzen Durchmesser unter 6 u,

709830/0664

und bevorzugt zwischen h ja und 0,5 μ oder noch geringere Werte. Feine Fäden ergeben ein flexibles nichtgewebtes Gespinst mit kleineren Porengrößen und einer v/eichen Oberfläche, während grobe Fäden im allgemeinen ein weniger flexibles nichtgewebtes Gespinst mit größeren Porenabmessungen und rauher Ober fläche ergeben. Feine Fäden besitzen eine bessere thermische Isolation und selbst bei relativ großer Dicke eine weiche Handhabbarkeit, sie lassen sich daher bevorzugt als Kleidungszwischenlagen und für andere thermische Isolationsanwendungen einsetzen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich irgendeine bekannte Spinndüse oder Mehrfachdüse verwenden. Derartige Düsen sind frei erhältlich und in der Faserspinntechnik bekannt. Der Begriff "Spinndüse" soll beliebige Spinndüsen, Mehrfachdüsen, Reservoirs mit einer Abschlußplatte, die mehrere Öffnungen beliebiger Maße und Anordnung enthält, und Zentrifugen oder Rotoren umfassen, die an ihrer Periferie mehrere Öffnungen be sitzen, durch die die Fasern durch die Zentrifugalkraft gesponnen werden. Fasererzeuger (fiberizer), drehende Scheiben oder Räder und ähnliche Vorrichtungen sollen ebenfalls vom Begriff "Spinndüse" umfasst werden.

Eine bevorzugte Form einer Spinndüse besitzt Auslässe, die um die einzelnen Öffnungen herum oder um die Gruppen der Öffnungen herum angeordnet sind, und aus denen Gas mit hoher aber gesteuerter Geschwindigkeit längs der Zentralachse der Öffnungen ausströmt. Das Gasgebläse schwächt die Fasern ab und will die Fasern unterbrechen, so daß die Fasern in diskrete Längenstücke gebrochen werden, deren Länge gemäß der Geschwindigkeit und dem Volumen des ausströmenden Gases einstellbar ist. Sofern ein Zentrifugalrotor verwendet wird, können die Auslaßöffnungen für den Gasaustritt sich ringförmig um den Rotor anordnen. Werden mehrere Spinnöffnungen oder Spinndüsen verwendet, so kann die Gasströmung aus Düsen austreten, die um den Umfang der einzelnen Spinnöffnungen oder -düsen herum angeordnet sind.

709830/0664

Für den Fall, daß eine Spinndüse mit mehreren Öffnungen in einer Platte verwendet wird, kann die Gasströmung an der Peripherie der Spinndüse austreten. Eine typische Anordnung ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt, die eine Spinndüse zeigen.

Der Gasstrom kann erwärmt werden, um die Abkühlung der Fasern zu verzögern. Der Gasstrom kann jedoch auch als kalter Strom eingesetzt sein, um die Abkühlung der Fasern und dabei ihre Erstarrgeschwindigkeit zu erhöhen. Durch Verwendung eines Gasgebläses lässt sich also das Zeitintervall steuern, indem die Fasern aushärten und fest werden. Bleiben die Fasern länger heiß, so wird ihre Abschwächung erhöht, kühlen die Fasern dagegen schneller ab, so wird die Abschwächung der Fasern verringert. Auf diese Weise wird daher auch eine gewisse Steuerung der Faserlänge erzielt. ·'*

Das polymere Material, aus dem die Fasern gesponnen v/erden, wird während des Spinnvorganges in geschmolzenem Zustand gehalten. Die Temperatur der Schmelze wird so eingestellt, daß ein geschmolzenes Material gewünschter Viskosität zu dem Zeitpunkt erreicht wird, in dem das Material aus den Öffnungen austritt. Dadurch wird ebenfalls eine gewisse Steuerung des Ab Schwächungsgrades und der Faserlänge erzielt, da ein stärker viskoses Material zäher ist und sich vom Gasstrom weniger abschwächen lässt, und da ein derartiges Material im allgemeinen bei niedereren Temperaturen liegt, kühlt es schneller ab und härtet in kürzerer Zeit aus, wodurch sich ein relativ größerer Faserndurchmesser ergibt.

Die Entfernung zwischen den öffnungen der Spinndüse vom rotierenden Kern wird derart gesteuert, daß die Fasern beim Auftreffen auf dem Kern genügend abgekühlt sind und ihre Form behalten. Die Fasern können noch weich und daher klebrig sein, so daß sie an ihren Kreuzungspunkten zusammenhaften. Die Fasern können jedoch auch schon voll ausgehärtet sein, so daß sie nicht mehr zusammenkleben, wobei sie dann ihre Form besser behalten.

709830/0664

Die Fasern werden in einer zufallsorientiert heterogen verschlungenen Anordnung auf dem. Kern aufgesammelt, da über den Pfad, den die Fasern zv/isehen Spinndüse und Kern zurücklegen, praktischkeine Steuerung ausgeübt wird. Wenn die Fasern den Kern erreichen, sind sie entweder schon abgebrochen oder in diskontinuierliche Längen gebrochen, oder sie stehen noch über einen noch geschmolzenen Teil mit der Öffnung in Verbindung, aus der sie ausgesponnen wurden. Im zuletzt genannten Fall läuft die Faser kontinuierlich.

Die Abschwächungsluft tritt mit einer nur gering unter der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit aus, die viel größer als die Umfangsgeschwindigkeit der aufsammelnden Oberfläche oder des Kern-s ist. Aus diesem Grund findet nur eine sehr geringe Abschwächung der Fasern durch die Drehbewegung des Kernes statt. Mit mechanischer Abschwächung lassen sich die feinen Fasern nach der Erfindung nicht erzeugen, mechanische Abschwächung wird daher im erfindungsgemäßen Verfahren nicht eingesetzt.

Das auf dem sich drehenden Kern oder einer Röhre aufgesammelte faserige Material strebt danach, sich in lanilarer Form abzulagern, wobei das während aufeinanderfolgender Umdrehungen aufgesammelte Material einzelne Schichten oder Wicklungen erzeugt. Sofern der Abstand zwischen Spinndüse und der Sammeloberfläche auf dem Kern oder dem Rohr klein ist, d.h. zwischen 7 cm und etwa 15cm liegt, verwachsen die Fasern in einander benachbarten Schichten fost miteinander, so daß es schwierig oder unmöglich ist, einzelne Schichten zu unterscheiden. Ist dagegen der Abstand zwischen Spinndüse und Sammelaberflache relativ groß, z.B.zwischen 30 cm bis 45 cm, so lassen sich die Schichten voneinander ablösen; der Zusammenhalt reicht jedoch aus, um das Erzeugnis vorteilhaft bei verschiedenen Filtrieranwendungen einzu setzen. Die Dicke der einzelnen Schichten innerhalb des geschichteten Gewebes oder Gespinstes hängt von der Drehgeschwindigkeit des Kernes ab, die in praktischer Hinsicht zwischen weiten Bereichen keine kritische Größe ist. Als Regel lässt sich sagen,

709830/066A

270Π67

daß eine Drehgeschwindigkeit des Kernes wünschenswert ist, bei der jeder Teil des aufgesammalten rohrförmigen Gespinstes 1Cbis 20 oder mehr Schichten enthält, es lassen sich jedoch auch Gespinste mit einer oder zwei Schichten herstellen.

Wenn der Abstand zwischen den Öffnungen der Spinndüse und der rohrförmigen Sammelοbarfläche relativ groß ist und die Öffnungen relativ dicht liegen, kann eine "Seilbildung" (Verschlingen oder spiralförmiges Verdrillen von Fäden, um ein schweres Garn oder Seil zu erzeugen) der Fäden aus benachbarten Öffnungen vor der Ablagerung stattfinden. Eine gewisse "Seilbildung" kann ohne wesentlich nachteilige Änderung der Eigenschaften der Hülr· se hingenommen werden. Sofern jedoch die "Seilbildung¹¹ zunimmt, nimmt die erzeugte Röhre oder Hülse die Eigenschaften einer "honeycomb"-Röhre oder Hülse an·,'was unerwünscht sein kann.

Bei einem Abstand zwischen 7 bis 10 cm findet eine "Seilbildung" nicht statt, während bei Abständen über 30 era die "Seilbildung" gravierend wird. Im Bereich der dazwischen liegenden Abstände, d.h. zwischen 10 cm und 3o cm, fängt die "Seilbildung" an und wird zunehmend schwerwiegender. Die Entfernung kann also so eingestellt werden, wie erforderlich ist, um eine Steuerung des Umfangs der "Seilbildung" (roping) zu ermöglichen oder Seilbildung zu vermeiden.

Zur Filtrierung von Flüssigkeiten ist die Gleichförmigkeit der Ablagerung wichtig, als Abstand wird daher bevorzugt ein Wert zwischen 7 bis .13 cm gewählt. Beim Filtern von Gasen ist es wünschenswert, -ein großes Porenvolumen (voids volume) zu er zielen, um den Druckabfall über das nichtgewebte Gespinst zu reduzieren. Der Abstand wird daher bevorzugt zwischen 17 cm und 25 cm gewählt, um eine geringere Ablagerungsdichte mit ei nem kleinen Anteil "verseilter" Fäden zu erzielen.

Eine weitere Möglichkeit, die "Seilbildung" zu steuern und über wachen, besteht darin, den Zwischenraum zwischen den Öffnungen der Spinndüse zu erhöhen. Bei herkömmlichen Spinndüsen liegen

709830/0664

die Öffnungen ziemlich nahe beieinander, üblich sind etwa 20 bis 50 Öffnungen auf einer linearen Strecke von etwa 2,5 cm. Diese Anordnung führt zu schv/erwiegender "Seilbildung" bei Abständen über 30 cm.

Eine Erhöhung des Zwischenraums zwischen den Öffnungen derart, daß lediglich 10 bis hinunter zu einer Öffnung auf einer linearen Strecke von 2,5 cm vorgesehen wird, schliesst im wesentlichen die "Seilbildung" aus, sofern sie daurch nicht vollständig eliminiert wird. Obwohl dadurch die Abmessungen und Länge der Spinndüse oder der Spinndüsen erhöht wird, wodurch bei konventiellen Verfahren in Maschinenrichtung Streifenbildung erzeugt würde, ist dies beim erfindungsgemäßen Verfahren vollständig hinnehmbar.

Wird die Spinndüse oder die Kombination mehrerer Spinndüsen so angeordnet, daß alle Öffnungen denselben Abstand von dem äusseren Umfang des rotierenden Kernes, d.h. von der Sammeloberfläche besitzen, und werden die Fasern vor ihrer Ablagerung durch einen Gasstrom oder andere Abschwächungseinrichtungen abgeschwächt, so ist es möglich, eine gleichförmige Dichte der Matte oder des Gespinstes auf dem Kern zu erhalten. Der Abstand zwischen den Öffnungen und der Sammeloberfläche bestimmt die Dichte der Matte: Je kleiner der Abstand, desto höher ist die Dichte der Matte. Wird daher der Abstand verändert, die Spinndüse jedoch parallel zur Sammeloberfläche gehalten, wie das in den Figuren dargestellt ist, so lässt sich die Dichte der erzeugten Matte leicht steuern.

Zylindrische "Gespinste oder Schläuche lassen sich in einem kontinuierlichen Verfahren erzeugen.

Bei einem Kern, der vorgeformt und auf gewählte Längen vorgeschnitten ist, wird ein intermittierendes Verfahren verwendet. Der Kern rotiert solange im Faserstrom, der aus der Faserdüse austritt, bis ein Zylinder einer gewünschten Dicke erzeugt ist. Der auf diese V/eise geformte Zylinder wird dann mit dem Kern aus dem Faser-

709830/0664

strom genommen. Anschliessend wird ein neuer Zylinder auf demselben oder einem ersetzten Kern aufgebaut.

Die Enden des auf diese Weise erzeugten Schlauches lassen sich dann abrichten. Sofern der Schlauch dann hinreichend dick ist und selbsttragend ist, stellt er ein verwendbares Filterelement dar. Ist der Schlauch relativ dünnwandig ausgebildet, so lässt er sich dann als fertiges Filterelement verwenden, sofern er vor oder nach seiner Herstellung mit einem mit Löchern versehenen Innenkern oder einem Außenträger versehen ist.

Die kontinuierliche Betriebsweise arbeitet entweder mit einer Gruppe aus vorgeformten Kernen oder mit einem Kern, der unmittelbar vor der Ablagerung der Fasern z.B. durch Extrusion geformt wird. Der auf dem Kern ausgebildete Zylinder wird kontinuierlich von der rotierenden Halterung abgezogen. Auf diese Weise lassen sich Zylinder beliebiger Länge herstellen.

Die Dicke des abgelegten Gewebes oder Gespinntes auf dem Kern wird bei intermittierender Betriebsweise durch die Drehgeschwindigkeit und den Durchmesser des Kernes, durch die Extrusionr.geschwindigkeit der Fasern, die Dichte der aufgesammelten faserigen Struktur und die zur Ablagerung verfügbare Zeit eingestellt. In der kontinuierlichen Betriebsweise wird die Dicke durch die Drehgeschwindigkeit und den Kerndurchmesser, die Extrusionsgeschv/indigkeit der Fasern, die Dichte der aufgesammelten faserigen Struktur und die Geschwindigkeit eingestellt, mit der der Zylinder von der Ablagerungszone abgezogen wird.

Der rotierende Kern, auf dem die Hatte abgelagert wird, kann in einer festen Stellung rotiert werden, wobei dann der fertige Zylinder von dem Ende der rotierenden Halterung z.B. mittels zweier Zugrollen abgezogen wird, vergleiche Figur 1, oder wobei der Zylinder flach gerollt v/ird, vergleiche Figur 7. Um das Abgleiten der Hülse von der Halterung zu erleichtern, kann die Halterung kegelförmig ausgebildet sein, wobei ihr Durchmesser gegen

709830/0664

dasjenige Ende, an dem die Hülse abgezogen wird, sich verringert.

Werden relativ dickwandige Schläuche hergestellt, die z.B. eine Wanddicke von über 0,6 cm oder 1,2 cm besitzen, so werden die Fasern erweicht, da sie dem heißen Gasstrom lange ausgesetzt sind. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Abstand zwischen Spinndüse und Sammeloberfläche klein ist und z.B. weniger als 10 cm bis 18 cm beträgt. Um die daraus resultierende Verdichtung und Schrumpfung zu vermeiden, ist es oftmals wünschenswert, eine Kühlung vorzusehen, die mittels verschiedener Ein richtungen durchführbar ist. So ist z.B. eine interne Kühlung der Sammeloberfläche mittels einer Strömung aus kaltem Wasser möglich, oder es lässt sich die faserige Masse dadurch kühlen, daß kalte oderRaumtemperaturluftgegen und durch diese faserige Masse aus der der Spinndüse gegenüberstehenden Richtung geblasen wird, oder daß kalte Luft durch den mit Löchern versehenen Kern geblasen wird.

Der fertige Zylinder kann auf verschiedene Wege weiter bearbeitet werden. Der Zylinder kann z.B. mit einem Harzbinder oder einem Imprägniermittel imprägniert werden, um eine festere und steifere Struktur oder eine Verringerung der Porosität zu erzielen. Dem Harzbinder oder Imprägniermittel können außerdem Zusätze beigemischt werden. Wird z.B. eine Hülse zur Behandlung von Wasser eingesetzt, so kann diese Hülse mit einem Bakterizid oder einem .Fungizid oder einem das Wasser behandelndem Material imprägniert werden, das beim Durchfluß des V/assers aufgelöst wird.

Zusätze lassen sich außerdem in dem aus den öffnungen der Spinn düsen austretenden Faserstrom vor dessen Ablagerung beifügen. Derartige Zusätze umfassen aktivierte Kohle, Kieselgur, das oder andere organische oder inorganische Fasern, oberflä chenaktive Agentien, Füllmaterialien wie z.B. Siliconharze, Polytetraiburoäthylen, wasserabstoßende Kieselerden und ähnliche Stoffe und Binderharze in fester oder in Tröpfchenform.

709830/0664

Der Zylinder lässt sich in Längenstücke schneiden und anschliessend in zylindrische Filterelemente weiter verarbeiten. Diese Weiterverarbeitung kann den Einsatz eines Innenkernes und eines äusseren blattförmigen Trägers, die Anbringung von Endkappen

an die offenen Enden des Zylinders enthalten, wobei diese am Kern, Zylinder und Träger mit oder ohne Klebstoff befestigt sein können. Die Endkappen Werden so ausgebildet, daß sie in die Filteran Ordnung passen, in der das resultierende Filterelement verwendet wird.

Die in den Figuren 1 bis "5 gezeigte Vorrichtung enthält eine Spinndüse 1, deren Frontfläche 2 eine Gruppe von öffnungen 3 enthält, vergleiche Figuren 2 und 3. Die Spinndüse 1 wird mit einem geschmolzenen thermoplastischen Polymermaterial, wie 2.B.Polypropylen,aus einem Behälter 4 versorgt, das durch die Eingabeleitung 5 geschickt wird, die geschmolzenes thermoplastisches Polymerraaterial aus einem Extruder oder einer anderen Versorgungsquelle (nicht dargestellt) zugeführt erhält. Die Spinndüse 1 wird ausserdem mit komprimierter Luft oder unter Druck stehendem Dampf versorgt, der ausreicht, das Harz von den öffnungen der Düse zu treiben und dabei eine Vielzahl geschmolzener Fasern 10 zu erzeugen.

Die Fasern durchqueren einen kurzen Luftraum 11, bei dessen Durchquerung sie abgeschwächt und verfestigt werden, sie werden anschliessend auf einer sich drehenden Gruppe untereinander verbundener rohförmiger Kerne 12 aufgesammelt, wobei die Kerne 12 miteinander verbunden und drehfest mit Abstandshaltern 13 versehen sind, unddie gesamte Kernanordnung selbsttragend ist. Die Kernanordnung wird zwischen 2 Gruppen aus 3 ver schwenkten Rollen 20, 21 gehalten, die von einem elektrischen Motor (nicht dargestellt) gleichzeitig und mit gleicher Ge schwindigkeit angetrieben werden und die Anordnung der Kerne 12 und der Abstandshalter 13 mit relativ langsamer Geschwindigkeit, z.B. ungefähr 1 bis 2 m/s in Drehung versetzen. Die Fasern werden zufallsorientiert und heterogen verschlungen,

709830/0664

während sie auf dem Kern aufgewickelt werden und bilden eine im allgemeinen spiralförmig gewickelte Schicht aus nichtgewebtera faserigen Material 15, das als poröse Filterschicht für ein Filterelement dient.

Die Spinndüse ist parallel zu den Kernen 12 angeordnet, so daß die Öffnungen am unteren Ende 7 denselben Abstand von den Kernen wie die Öffnungen am oberen Ende 8 besitzen. Folglich besitzt der Teil bei 16 der nicht gewebten faserigen Matte, die aus Fasern der am Ende 7 liegenden Öffnungen hergestellt ist, die-, selbe Dichte wie der Teil_bei 17 der Matte, die aus Fasern der am Ende 8 liegenden öffnungen erzeugt ist.

Der Zylinder 15 wird während seiner Drehung und kontinuierlichen Herstellung außerdem kontinuierlich von den verschwenkten Rollen 20 und 21 nach rechts gezogen. Im Zeitpunkt, in dem ein Element des Zylinders den Punkt 17 erreicht, hat das Element ebenfalls die Enddicke erreicht.

Die Kerne 12 mit Einheitslänge sind in vorgeformten und vorgewählten Längen verfügbar und besitzen mehrere am Umfang der Oberfläche umlaufende Wulste 9a, die die faserige Schicht 15 von den im Kern vorgesehenen Schlitzen 9b und den öffnungen 9c an der Basis der Schlitze 9b entfernt halten, damit Flüssigkeit von dem offenen Innenraum 28 der Kerne durch den Kern in den Außenraum fHessen kann.

Alle Kern-Längenstücke 12 besitzen ein mit Zinken/ versehenes Ende, das in ein Ende des Abstandhalters 13 ein greift, wobei das andere Ende des Abstandshalters 13 über Zinken mit dem nächsten benachbarten Kern-Längenstück 12 verbunden ist. Auf. diese Weise werden die Kernteilstücke fest miteinander verbunden, so daß sie sich gemeinsam drehen, und sie lasen sich ebenfalls kontinuierlich nach rechts ziehen. Jedes Kernteilstück 12 lässt sich jedoch auch achsial von dem Abstandshalter 13 abziehen, wie im folgenden gezeigt wird.

709830/0664

Der Filterzylinder ist nun soweit fertig und lässt sich abnehmen und nähert sich dabei dem Schneidrad 22, mittels dem die faserige Schicht 15 etwa in der Mitte des Abstandshalters 13 durchschnitten wird, wobei ein Überstand 15a an beiden Enden des Kerns 12 übersteht, wodurch es möglich ist, das FiI-ter-Längenstück 23 dadurch abzunehmen, daß der Kernteil vom nächstfolgenden Abstandshalter 13 abgezogen wird.

Das resultierende Zylinder-Längenstück 23 lässt sich als Filterhülse verwenden, indemdas Filterelement in eine äussere Schicht 25 eingeschlossen und dann mit Endkappen 26 und 27 versehen wird.

Die Endkappen 26, 27, vergleiche insbesondere die Figur 1C, besitzen schmale umlaufende Schl'i'tze 26a und 27a mit parallelen Seitenwänden und einer Breite, die so gewählt ist, daß das faserige Gewebe 15 nach innen gefaltet wird, wenn die Endkappe auf das Ende des Kernstückes 12 aufgesetzt wird, wobei das Gewebe auf etwa 1/4 bis 3/4 seiner vollen Dicke zusammengedrückt wird. Eine Endkappe 26 besitzt eine zentrale Öffnung 24, die andere Endkappe 27 ist geschlossen. Die Schicht 15 ist nach dem Abschneiden langer als der Kern 12, und der überstand 15a wird über das Ende des Kerns 12 gelegt und in das offene Zentrum 28 des Kernes eingeschlagen. Die Endkappen 26 und 27 werden dann so aufgesetzt, daß die Schlitze 26a, 27a den umgelegten Bereich des Überstands 15a aufnehmen, wobei die Schicht 15 auf etwa 3/4 oder einen geringeren Wert der normalen Dicke zusammengedrückt wird, so daß eine dichte Verbindung ohne Verwendung eines Bindemittels entsteht (obwohl ein Bindemittel verwendet werden kann, sofern dies erwünscht ist). Die Porosität des zusammengedrückten Teils ist kleiner als in der sonstigen Schicht 15, was dem Zwecke der Abdichtung an den Endkappen adäquat ist. Die Filterhülse ist dann fertig.

Bei dem in ,F ₁J.gur, 4^ dargestellten Verfahren ist der Kern 51 des Filterelements aus einem thermoplastischen Polymermaterial

709830/0664

hergestellt, das Material braucht jedoch nicht faserbildende Eigenschaften zu besitzen, es wird kontinuierlich in Schlauchform Äit einem offenen Zentraldurchgang 52 in kontinuierlicher Länge ebenso wie der Filterzylinder extrudiert, der darauf abgelegt wird.

Die Vorrichtung enthält eine drehbare, rohrförmige Extrusionsdüse 53, die mit einem thermoplastischen und extrudierbaren Polymermaterial 54, wie z.B. Polypropylen durch den Einlaß 55 versorgt wird, und aus der der kontinuierlich sich drehende feste rohrförmige Kern 51 kontinuierlich in eine solche Position extrudiert v/ird, daß er die durch die öffnungen 57 der Spinndüse 58 gesponnen Fasern 56 aufnimmt. Vor der Aufnahme der , Fasern wird der Kern 51 durch Schneidmittel 59 mit Löchern oder Schlitzen versehen, um mehrere Durchgänge 60 für den Durchtritt von Flüssigkeit in den Zentraldurchgang 52 des Kerns.zu ermöglichen.

Als extrudierbares Polymermaterial lassen sich neben den zur Herstellung der Fasern verwendeten thermoplastischen Materialien außerdem solche Materialien wie Polycarbonate, Polyoxymethylen, Polytetrafluoroäthylen, Polychlorotrifluoroäthylen, Phenol-Formaldehyd, Ureaformaldehyd, Melamin-Formaldehyd, Ep oxy-und Polyvinylfluoridpolymere verwenden.

Die Fasern 56 v/erden auf diesen Dorn 51 in der gleichen Weise auf gesponnen, wie das in Figur 1 dargestellt ist, und die aus Kern und Filterelement 65 zusammengesetzte Anordnung wird durch die verschwenkten Rollen 61 und 62 vorwärts gezogen. Ausgewählte LängenstUcke 66 des Filterelements lassen sich mittels des Schneidrades 67 abschneiden. Die resultierende Filterhülse läßt sich mit einer äußeren Schicht 68 und Endkappen 69 und 70 versehen, wodurch dann das in den Figuren 5 und 6 dargestellte Filterelement fertig ist. Die Endkappe 69 besitzt eine zentrale öffnung 71 in Fluidflußverbindung mit dem Zentraldurchgang 52 . des Kerns 51, während die Endkappe 70 keine öffnung besitzt. Der in den Zentraldurchgang 52 eintretende Fluidfluß muss daher

709830/0664

durch die Filterschicht hindurchlaufen, wenn das Filterelement in eine Filteranordnung eingefügt ist.

Bei dem in Figur 7 dargestellten Verfahren wird der vorgeformte Kern 71 des resultierenden Filterelements in Form eines Netzes mit diagonal offenen Maschen aus thermoplastischem Polymermaterial extrudiert. Da bei der Herstellung das Netz kontinuierlich extrudiert wird, ist es in sehr langen Längen verfügbar. Das Netz besitzt eine Schlauchform mit mehreren öffnungen 73 für den Durchtritt des Fluids in den Zentraldurchgang 74 des Netzes. Das Netz 71 wird kontinuierlich zwischen den verschwenkten Rollen 79 und 80 geordert und auf einem Dorn 83 getragen, der an seinem entfernten Ende auf dem Kern der Extrusionsdüse 8o sitzt. Das Netz 71 bewegt sich in die Stellung, in der es die aus den öffnungen 77 der Spinndüse 78 gesponnen Fasern 76 aufnimmt.

Als extrudierbares Polymermaterial lassen sich neben den bei der Faserherstellung verwendbaren thermoplastischen Netzraa terialien zusätzlich solche Materialien wie Polycarbonate, Polyoxymethylen, Polytetrafluoroäthylen, Polychlorotrifluoroäthylen, Phenol-Formaldehyd, Urea-Formaldehyd, Melamin-Formaldehyd, Epoxy-und Polyvinylfluoridpolymere verwenden.

Die Fasern 76 werden auf den Dorn 71 in derselben Weise aufgesponnen, wie das in Figur 1 dargestellt ist, die aus Kern und Filterelement 75 bestehende Anordnung auf dem Dorn wird durch Rollen 81 und 82 nach vorn gezogen und flach gewalzt, die resultierende zweilagige Schicht 84 mit einem inneren zweilagigen Netz 71 wird dann auf einen Vorratsballen 85 aufgewikkelt.

Die Figuren 8 und 9. zeigen ein spiralförmig gewickeltes Filterelement, das aus einem zweilagigen, zusammengedrückten schlauchförmigen Schichtmaterial 84,71 besteht, das mittels der Vor richtung nach Figur 7 gewonnen wird. Der Schlauch besitzt zwei

709830/066A

Lagen 4O und 41, die an ihren Kanten aufgrund der schlauchförmigen Natur der Schicht aneinandergefügt sind.

Die zweilagige schlauchförmige Schicht 84,81 ist spiralförmig um einen zylindrischen Kern 42 gewickelt, der mit einem Längsschlitz 43 versehen ist. Ein Ende 44 des Schlauches 84 wird im Schlitz befestigt, und anschliessend wird das Schlauchmaterial mehrere Windungen um den Kern gewickelt, wobei dazwischen ein weiterer Streifen 45 aus Netzmaterial angeordnet ist,der als externer Abstandshalter für den Fluidfluß dient. Das innere Netz 71 dient als ein innerer Abstandshalter für den Fluidfluß. Das äußere Ende 46 der schlauchförmigen Schicht ist abgedichtet. Das längs der Kante des dazwischenliegenden externen Streifens 45 fliessende Fluid fliesst dann durch die Schlauchwände 4o und 41 in den Außenraum des Schlauche's 84 längs des Netzes 71 in den Schlitz 43 und damit in den offenen Innenraum 47 des Kerns 42, der an einem Ende 48 geschlossen ist, so daß das gesamte Fluid durch die Öffnung 49 am anderen Ende austritt. Der Kern besitzt eine O-Ringdichtung 50 zur abdichtenden Befestigung in einer Filteranordnung (nicht dargestellt).

In einer alternativen Ausbildungsform lassen sich Streifen aus flachem schlauchartigem Gewebe mit dem inneren Schlauch aus flachem schlauchförmigem Netz an einem Ende schliessen, das andere Ende wird dann an einer schlauchförmigen Bahn befestigt, so daß mehrere derartige Schläuche zu einem einzigen Auslaß verbunden sind und ein großflächiges "Parallelplatten"-Filter schaffen.

u.10A

Die in Figur 10/dargestellte Vorrichtung arbeitet in einem intermittierenden oder Chargenbetrieb, wobei eine zylindrische faserige Schicht auf einen oder gleichzeitig auf mehrere rohrförmige und mit Löchern versehene Kerne aufgebracht wird, wobei sich der Kern lediglich dreht und während des Ablagerungsvorganges nicht verschiebt. Der Kern 32 ist vorgeformt und aus Kunststoff material, wie z.B. Polypropylen

709830/0664

hergestellt und besitzt mehrere sich auf der Oberfläche um den Umfang erstreckende Wulste 39a, die die auf dem Kern abgelegte faserige Schicht von Schlitzen 39b zwischen den Wulsten und von Öffnungen 39c an der Basis der Schlitze 39b entfernt halten, damit der Flüssigkeitsfluß zum oder aus dem offe-3 en Innenraura 38 des Kernes durch den Kern hindurch aus oder zu em .
/Außenraum stattfinden kann. Abstandshalter 37 sind an beiden Enden des Kernes 32 eingefügt und unterstützen einen Überstand 15b, der über den Kern an beiden Enden übersteht.

Die Spinndüse 30 ist in dem dargestellten Fall parallel zum Kern angeordnet, der während des Ablagerungsvorganges auf einem Dorn 34 sitzt, so daß alle Öffnungen 31 am unteren Ende der Düse denselben Abstand vom Kern besitzen. Die aus dem Ende 33 austretenden Fasern müssen daher alle dieselbe Entfernung zurücklegen, bevor sie den Kern 32 erreichen. Es ergibt sich daher eine auf dem Kern abgelegte faserige Schicht mit gleichförmiger Dichte von oben nach unten und von einem zum anderen /aes aus der Schicht geformten Filterzylinders 32a.

Die Länge der Spinndüse 30 entspricht der Länge des gewünschten Filterzylinders 32a plus den Überständen 15b an beiden Enden; der Ablagerungsvorgang wird so lange fortgesetzt, bis eine faserige Schicht 15 c und die Überstände 15b gewünschter Dicke auf den Kern aufgetragen sind.

Da die Spinndüse dieselbe Länge besitzt wie der Kern plus die Abstandshalter, wird nicht nur die volle Länge des Kernes belegt, sondern ebenfalls eine bestimmte Strecke über die Kernenden hinaus, wie sich am besten aus ,Figur 11 ergibt, wobei dann ein Überstand 15b erzeugt wird. Aufgrund dieser überstände 15b ist es möglich, die Endkappen 26' und 27' auf den resultierenden Zylinder ohne Verwendung von Dichtungsmitteln oder Ver- - bindungsstoffen aufzusetzen und auf diese Weise eine lecksi chere Dichtung zu schaffen. Sofern erwünscht, lassen sich die Überstände auf eine derartige Länge abrichten, daß eine saubere Form des Innenraums des Elements ohne überstehendes Gewebe

709830/0664

HO

entsteht.

Nach Beendigung des Ablagerungsschrittes wird der fertige Filterzylinder vom Dorn 34 abgezogen und ein neuer Kern auf den Dorn aufgebracht, auf dem dann das Verfahren wiederholt wird·

Die Endkappen 26' und 27' der in Figur 11 dargestellten Ausführungsforra des Filterelements werden dann auf die Enden des Filterzylinders aufgebracht. Beide Endkappen besitzen an der Innenfläche einen spitz zulaufenden Schlitz 26a· und 27a', der zwischen Ansätzen 26b¹ und 27b' und 26c¹ und 27c» liegt. Bei Anbringung der Endkappen auf den Filterzylinder werden die Über^ stände 15b um sich selbst umgeschlagen, wobei die Kante in den Innenraum 38 des.Kerns um das Ende des Kerns gelegt wird. Da der Schlitz spitz zuläuft, wird-das poröse Material in dem spitz zulaufenden Teil beim Aufsetzen der Endkappen derart zusammengedrückt, daß die Porosität der Schicht 15c kleiner ist als in anderen Bereichen der Schicht, was dem Zwecke einer Abdichtung entspricht. Weil sich das Ende der faserigen Schicht auf der Innenseite des Kernes befindet und in dem spitzen Bereich ausreichend zusammengedrückt ist, daß das Filter nicht von größeren Partikeln umgangen wird, als sie vom Filtermedium am Ende des Zylinders abgefangen werden, sind die Enden wirkungsvoll abgedichtet. Da das Filterelement in einer Filteranordnung durch achsial gerichtete Klemmeinrichtungen an den Endkappen gehalten wird, besteht nicht die Gefahr, daß die Endkappen während des Betriebs sich aus ihrem Sitz wegbewegen. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, abdichtende Stoffverbindungen oder Bindemittel einzusetzen. Derartige Bindemittel sind in der in den Figuren 11 und 12 dargestellten Ausführungsform auch nicht verwendet, obwohl/selbstverständlich*) die Herstellung der Dichtung auch dadurch ausgeführt werden kann, daß ein oder mehr Teile mit oder ohne Druck erweicht werden.

'verwendet werden können, oder

Die folgenden Beispiele geben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wieder.

709830/0664

Beispiel 1

Drei Polyjpr^nyLenröhren dienen als Kerne, die einen Außendurchmesser von/(etwa 6,35cm und eine Länge von etwa 7»6 cm besitzen und eine bestimmte Anzahl von Umfangswulsten mit je einer Weite von 1,27 mm besitzen und die vier gleichmäßig beabstandete öffnungen mit einem Durchmesser von 1,6 mm an der Basis der zwischen den Wulsten etwa 2,26 mm breiten Schlitze· besitzen. Diese drei Kerne sind auf einen Dorn der in Figur 10 dargestellten Vorrichtung aufgebracht und befinden sich ungefähr 12,7 cm von den Düsen einer etwa 101 cm breiten Extrusionsdüse oder eines Fasererzeugers entfernt, der mit 20 öffnungen oder Düsen mit einem Durchmesser von 0,038 mm je lineare Strecke von 2,5 cm versehen ist. Diese öffnungen oder Düsen sind von heiseer Luft umgeben, die aus oberhalb und um die Düsen herum angeoidneten Schlitzen austritt. Die Polypropylenröhren besitzen schräg zulauf ende Flansche an beiden Enden, vergleiche Figuren 10 bis 12, die zwischen den Röhren etwa 1,2 cm Zwischenraum lassen. Durch die öffnungen wird mit einer Rate von etwa 11 χ 0,453 kg pro Stunde Polypropylenharz extrudiert, und der Luftfluß wurde so eingestellt, daß eine Abschwächung der Fasern auf einen Durchmesser von 4 Mikrometern erzielt wurde. Das PoIypropylenrohr wurde mit etwa 40 Umdrehungen pro Minute gedreht, und der Ablagerungsvorgang wurde solange durchgeführt, bis ein etwa 0,4 mm dickes Gewebe aus untereinander verschlugenen Fasern auf dem Kern abgelagert war. Der resultierende Zylinder aus einer faserigen Schicht auf dem Kern wurde anschliessend .

(exwa 6.43 era)· vom Dorn abgenommen. Der_oAußßndui!chmessen betrug 2 17/32 Zoll/

2 ι /«+ Z.OXX ^etwa

der Innendurchmesser betrug/5,7 cm)L Die überstände des Zylinders an den Enden der Schicht wurden über die Enden des Rohres in den Innenraum des Rohres mittels Endkappen gelegt, die die in Figur 11 abgebildete Form besaßen. Die Endkappen wurden an die Zylinderenden durch Zusammendrücken des Filtermediums angedichtet, so daß kein Bindemittel erforderlich war. Das Filterelement war fest und steif. Während eine Untersuchung der abge-

709830/0664

schnittenen Ende eine laminare Gestalt zeigte, war es nicht möglich, die faserige Schicht dadurch abzuwickeln, daß am letzten überstand mit den Fingernägeln angegriffen wurde. Eine mikroskopische Untersuchung zeigte einen sehr gleichförmigen Porendurchmesser von ungefähr 15 Mikrometer, Die Fähigkeit, Partikel auszuscheiden, wurde dadurch untersucht, daß eine Lösung mit Glaspartikeln durch die Filteranordnung gegeben wurde, wodurch sich der größte Porendurchmesser mit etwa 9»5 Mikrometer herausstellte. Das Filterelement eignete sich zum Filtern von Gasen oder Flüssigkeiten.

Beispiel 2

Nach dem in Figur 4 dargestellten Verfahren wird ein schlauchförmiger Kern aus Polypropylen mit einem Innendurchmesser von ■2,54 cm und einem Außendurchmesser von 3,3 cm extrudiert und kontinuierlich beim Austritt aus der Düse perforiert. Polypropylenpolymer wird bei 630⁰F mit einer Rate von 11 χ 0,45 kg pro Stunde auf diesen Kern auf gesponnen, der sich mit 135 Umdrehungen pro Minute dreht. Der Filterzylinder aus Polypropylenfasern wird bei einem Außendurchraesser von etwa 7 cm abgezogen. Der auf dem Kern sitzende Filterzylinder wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,38 m pro Minute vorwärts gezogen und in Längenstücke von 24,4 cm geschnitten, die dann mit Endkappen verbunden werden, um Filterhülsen zu erzeugen, die sich sowohl zum Filtern von Gasen und Flüssigkeiten einsetzen lassen.

Beispiel 3

Nach dem in Figur 7 dargestellten Verfahren wird ein schlauchförmiger Kern aus einem Polypropylennetz extrudiert, der eine steife offenmaschige Struktur mit rautenförmigen öffnungen von ungefähr 0,3 x 0,3 cm besitzt. Das Netz besitzt einen Innendurchmesser von 2,5 cm und einen Außendurchraesser von etwa 3,2 cm. Polypropylenpyolymer wird bei 625°F mit einer Rate von 11 χ 0,45 kg pro Stunde auf diesen Dorn auf gesponnen, der mit 135 Drehungen

709830/0664

pro Minute rotiert. Der Filterzylinder aus Polypropylenfasern besitzt einen Außendurchmesser von 5,08 cm. Der auf dem Kern ■_L, sitzende Filterzylinder wird mit einer Geschwindigkeit von et-" wa 0176 m pro Minute vorwärts gezogen und in Längenstücke von etwa 24,4 cm geschnitten, die dann m± Endkappen versehen sind, um eine gemäß den Figuren 8 und 9 dargestellte Filterhülse zu erzeugen. Diese Filterhülsen eignen sich sowohl zur Filterung von Gasen und Flüssigkeiten.

Beispiel 4

Eine Gruppe aus Polypropylenrohren dient als Kerne, die alle einen Außendurchmesser von 6,35cm und eine Länge von etwa 7_t6 cm besitzen, wobei die kammfprmigen Enden mit Abstandshaltern ineinandergreif en. Auf der Oberfläche der Kerne sind sich um den Umfang erstreckende Wulste von 0,13 cm Breite vorgesehen, die 4 Öffnungen an der Basis der zwischen den Wulsten liegenden Schlitze enthalten, wobei die Öffnungen 90° von einander am Umfang verteilt sind und einen Durchmesser von 1,6 mm besitzen, und wobei die Schlitze eine Breite von 0,23 cm besitzen. Derartige Kerne werden gemäß Figur 1 zu einer Gruppe zusammengefügt und als Gruppe kontinuierlich gedreht und durch die verschwenkten Rollen 20 und 21 bewegt, die etwa im Abstand von 12,7 cm von den Düsen des Fasererzeugers angeordnet sind. Nachdem die fertigen Zylinder am rechten Ende entfernt wurden, werden frische Kerne am linken Ende hinzugefügt, so daß der Ablagerungsvorgang kontinuierlich durchführbar ist und die Gruppe aus Kernen tatsächlich endlos ist.

Der Fasererzeuger besitzt eine Länge von etwa 102 cm und enthält 20 Spinnöffnungen mit einem Durchmesser von 0,38 mm auf einer linearen Strecke von etwa 2,5 οτη, wobei diese Öffnungen von heißer Luft umgeben sind, die aus Schlitzen austritt, die oberhalb und um die Düsen herum angeordnet sind. Die Abstandshalter legen zwischen den Röhren einen Abstand von etwa 1,2 cm fest.

709830/0664

Durch die Öffnungen wurde Polypropylenharz mit einer Rate von etwa 11 χ 0,45 kg pro Stunde extrudiert. Der Luftfluß wurde so eingestellt, daß die gesponnenen Fasern auf einen Durchmesser von 4 Mikrometer abgeschwächt wurden. Die Gruppe aus Polypropylenrohren und Abstandshalter wurde mit etwa 40 Umdrehungen pro Minute gedreht, und der Ablagerungsvorgang wurde solange fortgesetzt, bis eine etwa 0,4 ram dicke Gewebeschicht aus untereinander verschlungenen Fasern sich auf den Kernen angesammelt hatte. Die resultierenden Zylinder aus faserigen Schichten auf den Kernen wurden anschliessend von der der Anordnung aus Röhren und Abstandshaltern entfernt, nachdem sie den Walzenspalt zwischen den Rollen 21 verlassen hatten und von dem Schneidrad 22 abgeschnitten wurden.

Der Außendurchmesser dieser Zylinder betrug etwa 6,43cm, der Innendurchmesser betrug etwa 5,7 cm. Die Bereiche der Schicht, die sich über die Abstandshalter erstreckten, waren etwa 0,64 cm lang und wurden um die Enden des Rohrkernes in den Innenraum des Rohrkernes umgelegt, anschliessend wurden Endkappen auf die Enden gepresst, wodurch der umgelegte Bereich in den Umfangsschlitzen der Endkappen zusammengepresst wurde. Es wurde kein Bindemittel verwendet, und die sich ergebende Filteranordnung war steif und fest. Eine mikroskopische Untersuchung zeigte einen sehr gleichförmigen Porendurchmesser von etwa 15 Mikrometer.

Die Festigkeit der Dichtung zwischen dem Filterzylinder und den Endkappen wurde untersucht, indem die mit Endkappen versehenen Filterelemente dem in der US-PS 3 007 334 beschriebenen Blasen test unterzogen wurde. Die erste Blase zeigte sich auf dem Zylinder und nicht an der Endkappe. Dies bedeutet, daß die Porosität der Endkappen kleiner als diejenige des Zylinders war. Die Endkappendichtung war daher ausreichend dicht. Außerdem wurde die Fähigkeit, Partikel aufzufangen, dadurch überprüft, daß eine Glaspartikel enthaltende LU sung durch das Filterelement gegeben wurde, wodurch sich der größte Porendurchmesser zu etwa

709830/0664

9»5 Mikrometer ergab. Das Filterelement war zur Filterung von Gasen und Flüssigkeiten verwendbar.

Beispiel 5

Als Kern wurde ein Polypropylenrohr mit etwa 6,35cm Außendurchmesser und einer Länge von 7,6 cm verwendet, das mehrere um den Umfang verlaufende Wulste mit einer Breite von 1,27mm und vier gleichmäßig beabstandete Öffnungen mit einem Durchmesser von 1,6 nun an der Basis von zwischen den Wulsten angeordneten Schlitzen enthält, wobei die Schlitze 2,26 mm breit sind. Ein derartiges Rohr wurde an den beiden Enden mit je einem Abstandshalter ver-⁴ sehen und auf einen Dorn der Vorrichtung nach Figur 1o etwa 12,7 cm von den Düsen einer Extrusionsdüse oder eines Faserer- zeugers entfernt aufgebracht, wobei die Extrusionsdüse oder der Fasererzeuger etwa 102 cm breit war und 20 Spinnöffnungen oder -düsen mit einem Durchmesser von 0,38 mm auf eine lineare Strecke von etwa 2,5 cm enthält. Diese Spinnöffnungen oder -düsen sind von Heißluft umgeben, die aus Schlitzen austritt, die oberhalb und um die Düsen herum angeordnet sind. Das Poly propylenrohr besitzt schräg zulaufende Flansche an beiden Enden, vergleiche Figur 10.

Polypropylenharz wurde durch die Spinnöffnungen mit einer Rate von ungefähr 2 χ 0,45 kg pro Stunde extrudiert, und der Luft -fluß war so eingestellt, dass die gesponnenen Fasern auf einen Durchmesser von 4 Mikrometer abgeschwächt wurden. Das Polfpropylenrohr wurde mit etwa 4o Umdrehungen pro Minute gedreht, und der Ablagerungsvorgang wurde solange fortgesetzt, bis ein etwa Q ,4 mm dickes Gewebe von untereinander verschlungenen Fasern sich auf dem Kern angesammelt hatte. Der resultierende Zy linder und die aufgesetzten Abstandshalter wurden dann mit der auf dem Kern und den Abstandshaltern vorhandenen faserigen Schicht von dem Dorn abgenommen, und der Überstand an beiden Enden wurde auf etwa 9,5 mm abgerichtet. Anschliessend wurden die Abstandshalter abgezogen, die dann einen abgerichteten Überstand

709830/0664

an beiden Enden zurückließen. Der Außendurchmesser des Zylinders betrug etwa 6,43cm, der Innendurchmesser betrug 5,7 cm. Die Überstände wurden von den Endkappen über die Enden des Kernes in den Innenraum des Kernes gedrückt, wobei die Endkappen gemäß Fig. 11 ausgebildet waren. Die Endkappen wurden auf das Filtermedium durch Kompression dicht aufgesetzt, so daß kein Bindemittel erforderlich war', Das Filterelement war stark und steif. Obwohl eine Untersuchung der überstehenden Enden einen laminaren Aufbau zeigte, war es nicht möglich, die faserige Schicht dadurch abzuwickeln, daß an dein letzten Überstand mit den Fingernägeln gezogen wurde. Eine mikroskopische Untersuchung zeigte einen sehr gleichförmigen Porendurchmesser von etwa 15 Mikrometern. Die Fähigkeit, Partikel aufzusammeln wurde mittels einer Glaspartikel enthaltenden Lösung untersucht, die durch die Filteranordnung gegeben wurde. Hieraus' ergab sich der größte Porendurchmesser von etwa 9,5 !Aerometer. Das Filterelement eignete sich zur Filterung von Gasen und Flüssigkeiten.

Die Festigkeit der Dichtung zwischen Filterzylinder und den Endkappen wurde dadurch getestet, daß die Filterelemente dem Blasenpunkttest nach der US-PS 3 007 334, patentiert am 3o.11. 1956, unterzogen wurden. Die erste Blase zeigte sich auf dem Zylinder und nicht auf der Endkappe. Diesem Ergebnis lässt sich entnehmen, daß die Porosität der Endkappen kleiner war als diejenige des Zylinders. Die Endkappendichtung war also ausreichend fest und dicht. Die Fähigkeit, Partikel abzusondern, wurde darüberhinaus dadurch überprüft, daß eine Glaspartikel enthaltende Lösung durch das Filterelement gegeben wurde. Auf diese Weise wurde der größte Porendurchmesser zu 9,5 Mikrometer festgestellt. Das Filterelement eignete sich sowohl zur Filterung von Gasen als auch von Flüssigkeiten.

Bevorzugte Ausführungsformen der Spinndüsen sind beschrieben : (1) in dem Bericht "Manufacture of Superfine Organic Fibers¹·, U.S. Departement of Commerce, Office of Technical Services, des Naval Research Laboratory j (2) in dem Artikel von Van A.Wente,

709830/0664

Ind..& Eng. Chem., Bd. 48, Nr. 8, pp. 1342-1346, August 1956; una/in dem Bericht "An Improved Device for the Formation of Superfine Thermoplastic Fibers" von Lawrence, Lucas & Young, U.S. Naval Research Laboratory, vom 11. Februar 1959. Durch diese Bezugnahme wird der Inhalt dieser drei Berichte ebenfalls im Rahmen dieser Anmeldung einbezogen. Eine Ausführungsform der in diesen Berichten beschriebenen Spinndüsen ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt.

709830/0664

Leerseite

Claims

PALLCORPORATION ... ° . ' '.' '.\,V Da/Rb/g

μ >· Γ) 12.1.1977

■ . ■■ ■■· . >de!

Patentansprüche - ^: 2701167

Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Modul-Filterelements aus einem thermoplastischen Fasermaterial in nahtloser Zylinderbauform mit ausgewählten Längen,.

gekennzeichnet durch Das Spinnen geschmolzenen thermoplastischen Materials in Form mehrerer Fasern,

das unmittelbare Aufsammeln und Aufwickeln der Fasern auf einen rotierenden Rohrkern, um eine gewickelte zylindrische Schicht aus zufallsorientiert und heterogen verschlungenen gesponnenen Fasern zu erzeugen, das Durchschneiden der Schicht,

und das Abtrennen einer bestimmten Länge des Filterrohrs, um ein rohrförmiges Filterelement zu erzeugen, das auf dem Kern sitzt.

Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrom an den Öffnungen der Spinndüse im allgemeinen in Richtung der aus den Öffnungen austretenden Fasern gerichtet ist, der die Fasern abschwächt und in diskrete Längen teilt.

Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung und Überwachung der Dichte des resultierenden Zylinders durch unterschiedlichen Abstand der öffnungen der Spinndüse vom rotierenden Dorn erfolgt»

Verfahren'nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die die Öffnungen der Spinndüse enthaltende Frontfläche in einem Winkel zum Dorn angeordnet ist, so daß einige öffnungen einen größeren Abstand vom Dorn als

709830/0664 ORIGINAL INSPECTED

andere Öffnungen besitzen, wobei einige Fasern vor dem Aufsammeln auf dem Dorn eine größere Entfernung als andere Fasern zurücklegen.

5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen und der Dorn so zueinander angeordnet sind, daß zuerst die aus den dem Dorn am nächsten liegenden Öffnungen austretenden Fasern abgelagert werden, wobei demjenigen Bereich der abgelagerten Schicht eine größere Dichte zugeordnet wird, die dem Dorn am nächsten liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungen und Dorn zueinander so angeordnet sind, daß zuerst diejenigen Fasern aus den Öffnungen abgelagert werden, die vom Dorn am weitesten entfernt sind, wodurch derjenige Bereich der Schicht, der dem Dom am nächsten liegt, die geringste Dichte aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkern vorgeformt und in ausgewählten Längen vorgeschnitten ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Kern-Längenstücke lösbar untereinander verbunden werden und gemeinsam in einer Gruppe gedreht werden und sich aus der Gruppe lösen lassen, wenn die faserige Schicht abgeschnitten ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Kern-Längenstücke in der Gruppen-

709830/0664

anordnung voneinander so beabstandet sind, daß die Enden der faserigen Schicht nach dem Abschneiden über den Kern überstehen und sich umbiegen lassen, wenn Endkappen aufgesetzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkern vorgeformt und kontinuierlich geformt wird, während die Fasern gesponnen werden, und daß der Kern und die faserige Schicht beide kontinuierlich an einem Ende ausgebildet werden und am anderen Ende abgeschnitten und abgezogen werden, während der Kern sich dreht.

11. Verfahren nach Anspruch ,V,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Fasern im Zeitpunkt der Berührung mit dem Dorn

weich und klebrig sind und sich an ihren Kreuzungs -

punkten während des Aufwickelns auf den Dorn urtereinander verbinden.

12· Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern sich verfestigen und beim Auftreffen auf den Dorn und während des Aufwickelns nicht klebrig sind.

13· Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem Löcher enthaltendem Schlauch eines thermoplastischen Polymerniaterials besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, ·

dadurch gekennzeichnet, daß der Kern kontinuierlich durch eine Düse extrudiert wird.

709830/0664

15. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die faserige Schicht derart abgeschnitten wird, daß sie über den Kern übersteht, und daß das überstehende Ende um das Kernende umgebogen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15»
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende an dem umgebogenen Bereich eine Endkappe befestigt wird, um eine leckfreie Dichtung zu bilden.

17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch geke-nnzeichnet, daß die Endkappe mittels einer Verklebung befestigt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17»
dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappe durch einen Preßsitz befestigt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 15»
dadurch gekennzeichnet, daß die Kernstücke durch Abstandshalter voneinander beabstandet sind, und daß die Abstandshalter eine,Länge besitzen, die die doppelte Länge der gewünschten Überstände beträgt, und daß die Filtereleraent-Längenstücke an einer Stelle in der Mitte der Abstandshalter abgeschnitten werden.

20. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Endkappen auf das Ende des Filterrohres aufgesetzt werden, um ein rohrförmiges Filterelement auszubilden.

21. Nahtloses rohrförmiges Filterelement,

709830/0664

dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Löchern (9c) versehener Kern (12) vorgesehen ist, auf dem eine zylindrische gewickelte Schicht (15) aus zufallsorientiert und heterogen verschlungenen gesponnenen Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 1Ou mit einem offenen Bereich von mindestens 60 % vorgesehen ist, daß Endkappen (26,27) an beiden Enden des Zylinders (15) vorgesehen sind, daß die Endkappen (26,27) Umfangsschlitze (26a, 27a j 26a·, 27a¹) an der Peripherie ihrer inneren Stirnseite besitzen, daß die Schicht (15) an beiden Enden einen Überstand (15a; 15*>) über das Ende des Kerns (12) besitzt, der um das Ende des Kerns (12) gefaltet ist, und daß der umgefaltete Teil (15a; 15b) der Schicht (15) abdichtend in den Schlitz"(27a; 27a¹) gepreßt ist und dabei/den Endkappen (26,27; 26', 27') in einer leckfreien Dichtung befestigt sind.

22. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser unter 1 u besitzen.

23. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der of fene Bereich mindestens 85 % beträgt.

24· Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 21, d a du rch gekennzeichnet, daß der Kern (12), die faserige Schicht (15) und die Endkappen (26,27) alle aus demselben synthischen Polymer bestehen.

25· Nahtloses rohrförraiges Filterelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12), die faserige Schicht (15) und die Endkappen (26,27) alle aus Polypropylen bestehen.

709830/0664

26. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (27a) nach innen geneigte Seitenwände besitzt.

27. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (27a) parallele Seitenwände besitzt.

28. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (27a; 27a¹) eine Breite besitzt, die kleiner als die halbe Dicke des umgebogenen Schichtbereiches (15a; 15b) ist.

29. Nahtloses rohrförmiges Filterelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförraiger, mit Löchern (9c; 39c) versehener Kern (12; 32) vorgesehen ist, auf den eine zylinderförmige Schicht aus zufallsorientiert und heterogen untereinander verschlungenen gesponnenen Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 10 u und einem offenen

Bereich von mindestens 60 % auf den Kern (12; 32) aufgewickelt ist, daß mindestens ein Ende der Schicht (15) einen Überstand (15a; 15b) über das Ende des Kerns (12; 32) hinaus besitzt, der um das Ende des Kerns (12; 32) gefaltet ist, und daß der gefaltete Teil (15a; 15b) der Schicht (15) als Dichtungsmittel beim Einbau in eine Filteranordnung dient.

30. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser von weniger als 1 μ besitzen.

31. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 29,

709830/0664

dadurch gekennzeichnet, daß der offene Bereich mindestens 85 % beträgt.

32. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12; 32) und die faserige Schicht (15) alle aus demselben synthetischen Polymer bestehen.

33. Nahtloses rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12; 32) und die faserige Schicht (15) aus Polypropylen bestehen.

Da/Rb/g

wait:

Dannenberg

709830/0664