DE2715204C2 - Filterelement - Google Patents

Filterelement

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DE2715204C2 DE19772715204 DE2715204A DE2715204C2 DE 2715204 C2 DE2715204 C2 DE 2715204C2 DE 19772715204 DE19772715204 DE 19772715204 DE 2715204 A DE2715204 A DE 2715204A DE 2715204 C2 DE2715204 C2 DE 2715204C2
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PROCESS SCIENTIFIC INNOVATIONS Ltd BOWBURN DURHAM GB
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Description

a) das nicht gewebte Filtermaterial besteht aus Borsilikat-Glasfasern,
b) das Imprägnierungsmittel des Filtermaterials ist ein Kunstharz-Bindemittel, welches eine Abstützung für das mikroporöse Material zwischen den Spitzen liefert,
c) die Hauptmenge der Borsilikat-Glasfasern hat jeweils einen Durchmesser zwischen 0,5 und 9,0 Mikrometer sowie eine Länge zwischen 1 und 2 mm, während die übrigen Fasern eine Längs bis zu 6 mm haben, und
d) das Für'.rmaterial weist eine Dicke von wenigstens 0,73 mm auf.
2. Filterelement nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial eine Stärke zwischen 1,02 und 12,7 mm aufweist.
3. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial zwischen zwei perforierten Abstützzylindern angeordnet ist.
4. Filterelement nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Silikon-Kunstharz ist.
5. Filterelement nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Falten nicht größer als 0,6 cm ist.
6. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial mittels eines Kunstharz-Bindemittels an eine weitere Schicht aus einem nicht gewebten Filtermaterial gebunden oder geklebt ist, wobei letzteres Filtermaterial aus Keramikfaser, Metallfaser, Asbest, Mineralwolle, und weiterhin aus Glasfaser oder optischer Faser besteht.
7. Filterelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial mit einer Schicht (21) aus Aktivkohle beschichtet ist.
8. Filterelement nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere zur Filterung eines Gasstromes, der Ölnebel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial mit einer Schicht aus Farbstoff versehen ist, der ein Material enthält, welches die Farbe des Filterelementes zur Lieferung einer Warnanzeige bei ölgesättigtem Filmmaterial enthält.
9. Filterelement nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine poröse Kunststoffumhüllung vorgese-
25
30 Die Erfindung betrifft ein Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Filterelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus dem DE-GM 19 62 527 bekannt. Bei diesem Filterelement sind zusätzlich Abstands- oder Versteifungselemente in Form von gewelltem Pappkarton oder versteiftem Papier vorgesehen. Die Verwendung der Abstandselemente führt zwangsläufig zu einer vergleichbar großen Abmessung derartiger Filterelemente.
Der Einsatz von Borsilikatglasfasern sowie die Verwendung eines Kunstharz-Bindemittels als Imprägnierungsmittel ist bereits aus der US-PS 38 91417 bekannt, während die Anwendung einer Kunstharzimprägnierung für Glasfasern mit einem Durchmesser zwischen 0,001 und 10 μπι in der GB-PS 13 30 642 beschrieben ist. Der Einsatz eines Kunststoffes als Einbettungswerkstoff in einem Filter ist in dem DE-GM 18 92 226 beschrieben und Filter mit einer Dicke zwischen 0,9 und 0,4 mm sind aus der GB-PS 12 65 089 bekannt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement für Flüssigkeiten oder Gase zu schaffen, welches trotz kleiner Abmessungen und hohem Wirkungsgrad Stoßbelastungen standhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen des Filterelements ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem Filterelement wird das Filtermaterial vor seiner Faltung mit einem Kunstharz-Bindemittel in bekannter Weise imprägniert und anschließend gefaltet sowie durch Wärme ausgehärtet, wodurch die Beibehaltung der Falten ohne zusätzliche Abstands- oder Versteifungselemente sichergestellt ist. Ein perforierter Abstützzylinder aus relativ steifem Material steht mit den Spitzen der Falten in Kontakt, wodurch die Falten des Filtermaterials in Verbindung mit dem Kunstharz-Bindemittel die erforderliche Festigkeit gewährleisten, um Stoßbelastungen standzuhalten.
Die bei diesem FÜierelement nicht erforderlichen Abstands- oder Versteifungselemente ermöglichen die Herstellung solcher Filterelemente mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser. Die Filterelemente eignen sich insbesondere zur Entfernung von Gerüchen aus einem Luftstrom oder dergleichen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Filterelementes anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht eines Filterelementes;
Fig.2 einen Querschnitt eines vergrößerten Teiles des Füterelementes der F i g. 1;
F i g. 3 eine schematische Seitenansicht der Filteranordnung;
Fig.4 eine Seitenansicht eines Füterelementes, wobei ein äußerer Zylinder aus steifem Material teilweise entfernt dargestellt ist;
Fig.5 eine Seitenansicht des Füterelementes der Fig. 4; und
Fig.6 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt eines Teiles eines Füterelementes, das dem der F i g. 4 und 5 ähnlich ist
Mit Bezug auf F i g. 1 und 2 umfaßt das Filterelement dieses Beispiels zwei gefaltete oder plissierte Blätter 1 aus geschichteten Filtermitteln. Diese enthalten Glasfaserpapier, das außen mit einem gefalteten oder plissierten Blatt 2 aus Streckmetall verstärkt ist, das sich genau an die Schichten oder Lagen aus Glasfaserpapier anpaßt Ein innerer einfacher Abstützzylinder 3 aus Streckmetall ist auf den Spitzen der Füte-blätter 1 gelagert
Die Dicke der Filterblätter 1 kann nach der Blattanzahl zwischen 1,02 und 12,70 mm gemäß der Filtergröße liegen. Die Faserdurchmesser können zwischen 0,1 und 20 μπι (Mikrometer) gemäß der kleinsten Teilchengröße variieren, die aus dem Fluidum getrennt werden sollen.
Das zusammengesetzte Filterelement wird imprägniert und verbunden oder verklebt mit einem Phenolharz, einem Silikon oder einem anderen Kunstharz, das Wasser, Mineralien, Pflanzen- und Kunstölen, Säuren, Alkalien und solchen Verunreinigungen widersteht wie sie gewöhnlich in Luft, Druckluft, Dämpfen und Gasen gefunden werden.
Das Filterblatt 1 oder jedes Filterb'att weist geschichtete Filtermittel auf, die aus Glasfaserfiltrierpapier bestehen. Dieses ist an ein ungewebtes oder gewebtes Filtermaterial, das grob als Papier klassifiziert werden kann, mittels eines Kunststoffmaterials, wie Polyäthylen oder Polypropylen, oder eines anderen geeigneten Kunstharzes gebunden oder geklebt, das beispielsweise wärmehärtbar oder kalthärtend durch den Zusatz einer flüssigen Chemikalie oder hitzehärtbai ist.
Das geschichtete Filtermaterial kann dadurch gebildet werden, daß zuerst das ungewebte oder gewebte Filtermaterialmittel mit einem thermoplastischen Material besprüht wird. Das so behandelte Papier wird dann unter Druck und Wärme in Berührung mit dem Glasfaserpapier gebracht, so daß das thermoplastische Material schmilzt und eine Bindung oder Verklebung beim Aushärten bildet. Dann wird dieses Material gefaltet oder plissiert und in einen Zylinder geformt. Jedoch kann dies nach dem Zusatz einer anderen Schicht aus nichtgeschichtetem Filtermittel erfolgen, das durch thermoplastisches Material oder anderes in einem geeigneten Lösungsmittel dispergiertes Kunstharz an die geschichteten Filtermittel gebunden oder geklebt wird, wodurch zwei Schichten gebildet werden, in denen das bindende oder klebende Material dem Fasermaterial eine gewisse Strukturfestigkeit gibt. Das getaltete Papierblatt wird dann in dem gefalteten, mit Offnungen versehenen Blatt 2 aus Streckmetall plaziert. Das zusammengesetzte gefaltete Element kann auch an seinen inneren Spitzen du ch einen einfachen Zylinder aus Streckmetall abgestützt werden. Schließlich werden die Enden des Elementes, wie dies bei Faltenfiltern üblich ist, in Endkappen mittels eines Kunstharzes oder eines anderen Dichtungsmittels, das durch die Kantenbereiche des Filterelements eindringt und Sickerung des Fluids rings um diese Kanten verhindert, durch Eintauchen abgedichtet Dieses Kunstharz kann zu der Art gehören, die formgepreßt werden kann, während es an das Filterelement angelegt ist um einen Ring oder eine Kappe mit den Eigenschaften einer Dichtungsmanschette zu bilden. Diese Endkappen haben natürlich den
κι Zweck, den Durchgang des Fluids durch das Filterpapier zu gewährleisten, wenn das Element in einem Filtergehäuse angeordnet ist
In einer abgeänderten Ausführungsform des vorgenannten Füterelementes, die auf kleinere Elemente anwendbar ist, beispielsweise von 50,8 mm Durchmesser und 50,8 bis 76,2 mm Höhe, wird das gefaltete, mit öffnungen versehene Blatt 2 aus Strecknietall durch einen einfachen Zylinder aus solchem Material ersetzt, das die äußeren oder die inneren Spit-in des gefalteten Mittels lediglich berührt. In anderer Weise können zwei solche einfache Zylinder, weiche die äußeren und inneren Spitzen berühren, vorgesehen werden.
Ein Vorteil der vorgenannten Glasfaserfiltrierpapier einschließenden, geschichteten Mittel besteht darin, daß den Mitteln mehr innere Festigkeit in der Richtung der Strömung durch die Mittel gegeben wird. Dies bedeutet daß weniger Kunststoffmaterial verwendet werden kann, um die Filtermittel zu verstärker, wodurch eine größere Strömung der Luft oder eines anderen zu
jo filternden Fluids bei einem kleineren Druckabfall durch das Filter ermöglicht wird. Außerdem kann das die geschichteten Mittel enthaltende Filterelement größere Druckstöße und Druckabfälle durch das Filter aushalten, wenn das Filter mit Masseteilchen während des Betriebes blockiert wird.
Ein Beispiel für ein Filterelement, das die zylindrischen, gefalteten, geschichteten Mittel zwischen einfachen Zylindern aus Streckmetall aufweist, hat im wesentlichen die folgenden Abmessungen: Gesamtaußendurchmesser 4,4 cm. Länge 6,0 cm. Abstand zwischen den Außenspitzen 0,4 cm, radialer Abstand zwischen dem inneren und äußeren Zylinder C;6 cm.
Die Anordnung nach Fig.3 weist ein Speiserohr 11 für die Lieferung von Druckluft an ein erstes Filter 12 auf, das ein erfindungsgemäß konstruiertes Filterelement 13 enthält. Dieses Filter entfernt Öl- oder Wassernebel oder Schmutz aus dem Luftstrom, der dann durch ein Rohr 14 zu einem zweiten Filter 15 fließt, das ein Filterelement 16 enthält, wie in Fig.4 bis 6 dargestellt ist. Nach dem Durchströmen des Filterelementes 16 wird die gereinigte Luft durch ein Rohr 17 ausgestoßen.
Das Filterelement 16 umfaßt eine gefaltete oder plissierte Schicht IS ius Adsorptions- oder Aktivkonle und Papierfiltermittel, die zwischen dem inneren und äußeren Zylinder 19 bzw. 20 aus Streckmetall abgestützt sind. Die Enden der Filterelemente 13, 16 sind mit Endkappen abgedichtet, wobei die obere Kappe eine Mittelöffnung hat, wie dies bei gefalteten, zylindrischen Filterelementen üblich ist.
Wie mit dem Pfeil A in F i g. 6 gezeigt is., strömt die zu reinigende Luft von der Außenseite zu der Innenseite des Filterelementes 16, so daß die Schicht 21 aus Adsorptions- oder /-»ktivkohle sich außerhalb der Filtrierpapierschicht 22 befindet Zur Strömung in der entgegengesetzten Richtung würde sich die Kohle auf der Innenseite befinden.
Die Kohleschicht kann angenähert 1 mm rlirW sein
und einen Gehalt an Adsorptions- oder Aktivkohle von 50 Gew.-% haben, wobei der restliche Anteil aus Fasern besteht Eine andere Möglichkeit ist ein Holzkohlentuch. Dies ist eine in höchstem Maße absorbierende Holzkohle, deren Aktivität variiert werden kann, um sich geänderten Anforderungen anzupassen. Die Schicht 21 aus Aktivkohle entfernt beispielsweise Kohlenwasserstoffgas aus der Luft durch Adsorption, und alle Masseteilchen, die von der Aktivkohleschicht abgeschuppt ist, werden von der strömungsabwärts ι ο befindlichen, angrenzenden Filterschicht entfernt, die wenigstens zu 96% wirksam gegen 0,3 μηι große Teilchen ist.
Die Papierfilterschicht 12 kann, wie zuvor erwähnt, von einem Blatt aus geschichteten Filtermitteln gebildet sein, die aus einem Glasfaserfiltrierpapier bestehen, das an ein ungewebtes oder gewebtes Filtermaterial gebunden oder geklebt isi, das grob als Papier klassifiziert werden kann. In diesem und in den anderen oben beschriebenen Beispielen kann das gewebte oder ungewebte Filtermaterial, das grob als Papier klassifiziert werden kann, umfassen Keramikfaser, Metallfaser, Asbest, Mineralwolle, organische Faser oder weitere Glasfaser oder auch eine Membran. Tatsächlich kann, wenn ein gefaltetes Trag- oder Abstiitzblatt aus perforiertem, steifen Material benutzt wird, jedes dieser Materialien in einem Einzel- oder Mehrfachblau verwendet werden. Das gefaltete Abstützblatt ermöglicht, daß diese Materialien, obgleich sie schwach sind, unter der Voraussetzung Druckstoßbelastungen aushalten, daß ein Überschuß an Binde- oder Klebemittel zum Verbinden der Fasern vermieden wird. Ein solcher Überschuß würde die Filtereigenschaften des Mittels beeinträchtigen.
Das mit öffnungen versehene, gefaltete Blatt, das in anderer Weise ans·?!!? von Streckmetall Gaze oder ein steifes nichtmetallisches Material sein kann, ist in F i g. 2 als auf die Außenseite der gefalteten Filtermittelschicht oder -schichten angepaßt gezeigt. Jedoch benötigt das Filter in manchen Fällen höhere mechanische Festigkeit -to in der Hauptströmungsrichtung als in der umgekehrten Richtung. So befindet sich dort, wo das zu filternde Fluid von der Außenseite zu der Innenseite des Zylinders verläuft, die Abstützschicht beispielsweise auf der Innenseite. Jedoch werden in anderen Anordnungen zwei oder drei Schichten aus Filtermittel zu der gewellten Innen- oder Außenfläche des gefalteten Zylinders über dem Abstützblatt hinzugefügt.
Höhere mechanische Festigkeit zur Verhinderung von Bruch des zerbrechlichen Filtermittels wird erhalten, wenn dieses Druckstoßbelastungen unterworfen ist. das Filterelement, welches das zusammengesetzte gefaltete Filtermittel und die Abstützung aufweist, mit Harz zu verstärken. Dies kann dadurch geschehen, daß ein flüssiger Träger beispielsweise aus einem Phenol- oder Silikonharz in das Mittel gepreßt wird, aber nur in einem solchen Ausmaß, um eine Verschlechterung der Filtereigenschaften des Mittels im wesentlichen zu vermeiden. Die Kraft kann durch eine Zentrifuge oder durch Vakuum- oder Kompressionstechnik erzeugt werden. In anderer Weise kann das Filterelement einfach für eine Zeitdauer in eine Harzlösung eingetaucht werden. Um das Filtermittel während dieses Vorgangs und während des Betriebes an seinem Platz zu halten, kann ein einfacher Zylinder aus perforiertem Abstützmaterial so zugefügt werden, daß er nur die Spitzen des gefalteten Filtermittels auf der dem gefalteten Abstützblatt gegenüberliegenden Fläche berührt. Nach der Imprägnierung wird das Filter in einen Ofen gebracht, um das Harz bei der erforderlichen Temperatur auszuhärten. In anderer Weise kann das Mittel vor dem Falten mit Harz imprägniert werden, das danach wärmegehärtet wird.
Ein weiteres Beispiel der Erfindung umfaßt ein oder mehrere zylindrische, gefaltete oder plissierte Blätter, die aus mikroporösen, ungewebten Borsilikatglasfasern bestehen, die mit einem organischen Bindemittel zusammengehalten werden und einen mittleren Durchmesser von 0,5—9,0 μΐη (einschließlich), eine Länge von 1 bis 2 mm (einschließlich) und grobe Fasern bis zu 6 mm Länge haben, wobei das Borsilikatglasmaterial weiter durch ein Kunstharzbindemittel imprägniert wird, um es in die Lage zu versetzen, Druckstoßbelastungen auszuhalten, wenn es zwischen zwei einfachen perforierten Metallabstützzylindern angeordnet ist. Das Kunstharzbindemittel ist vorzugsweise Silikon. Es können aber auch andere Materialien, wie Polyurethan, Phenolharz oder Epoxidharz verwendet werden.
Beim Zusammenbauen der oben beschriebenen Filterelemente, wobei ein innerer oder/und ein äußerer Zylinder aus perforiertem Abstützmaterial verwendet wird, ist es manchmal erwünscht, eine zylindrische Schicht aus Schutzmaterial zwischen das gefaltete Filterblatt und den oder jeden Zylinder zu legen, wobei das Sch; ?7material so geartet ist, daß es das gefaltete Filtermaterial während des Zusammenbaues schützt.
Die oder jede Schicht aus Schutzmaterial muß ausreichend porös sein, um den Durchgang des zu filtrierenden Gases oder der zu filtrierenden Flüssigkeit zu ermöglichen. Es ist gefunden worden, daß ungewebtes Nylon besonders geeignet ist. Es können aber auch als andere Materialien ungewebte Polyester-, Seidenoder Acrylmaterialien sowie auch gewebte Materialien, wie gewebte Glasfasern, verwendet werden.
In einem solchen Beispiel kann jede Lage oder Schicht in dem Filtermaterial vorteilhaft 0,73 mm dick sein, und die Grundfaser kann aus reiner Borsilikatglas-Mikrofaser mit 0,5 μπι mittlerem Durchmesser hergestellt sein. Die Falten werden vorzugsweise ganz dicht zusammengepackt.
Wie in den zuvor beschriebenen Beispielen kann das Filterelement in Endkappen gebunden oder geklebt werden, wie dies bei zylindrischen Faltenfilterelementen üblich ist.
Es können Vorrichtungen oder Mittel vorgesehen werden, um eine Warnanzeige zu liefern, wenn ein Filterelement mit öl gesättigt ist, z. B. ein Filter mit einer Schicht aus Kohlematerial, wie in Fig.6 ge..eigt ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Schicht, die einen öllöslichen Farbstoff enthält, der die Farbe des Filterelementes auf Rot in Gegenwart von Öl ändert. Dieser kann in Form von Chips oder Körnchen angewandt werden oder aus einem Gemisch von öllöslichem Wachs und Farbstoff bestehen.
Im Fall eines solchen Filterelementes, wie das der Fig.6, kann der Farbstoff zwischen der Aktivkohleschicht 21 und der Filtrierpapierschicht 22 dadurch zurückgehalten werden, daß vor dem Zusammenbau des Filtereiementes der innere Zylinder 19 in ein schmelzflüssiges, darin dispergierten Farbstoff enthaltendes Wachs getaucht wird, wobei aber der innere Zylinder porös gehalten wird. Der Farbstoff verfärbt das durch das Filterelement verlaufende Öl in eine rötliche Farbe, die auf der Außenseite des Filterelements als Warnung auftritt
In einem weiteren Beispiel ist der Farbstoff in einem
Lösungsmittel, wie Trichloräthylen oder Toluol, aufgelöst, und eine Schicht des Filtermaterials kann mit diesem imprägniert werden. Die Schicht kann die vorgenannte Aktivkohleschicht sein, oder eine dritte Schicht kann mit der Lösung imprägniert und zwischen der Aktivkohleschicht und dem Blatt aus ungewebtem, mikroporösen, mit einem Bindemittel imprägnierten Faser.Tiaterial plaziert werden.
Beim Einsatz von Hochleistungsfiltern als ölfilter wird der Mediumstrom üblicherweise von innen dem Filter zugeführt und nach außen durch den Filter abgeleitet. Die ölverunreinigungen werden dabei von aerosolartiger oder ölstaubartiger Form mittels des Filters in konzentrierte flüssige Form überführt und
laufen in die neutrale Zone des Filtergehäuses ab, von wo sie in Intervallen entfernt werden können. Um bei großem ölanfall eine Wiederverunreinigung zu verhindern, kann die Außenseite des Filters mit einem porösen Überzug versehen werden, der an den Endlappen mit Dichtungen versehen ist, um hier Auslaufen zu verhindern.
Im Hinblick auf den erfindungsgemäß wesentlich erhöhten Durchstrom durch den Filter hat es sich herausgestellt, daß das geeignetste Material für den Überzug unter dem Gesichtspunkt des Abflusses von öl und der Verhinderung von Wiederverunreinigung Urethanester oder sogenannter Ätherschaum mit wenigstens 45 Poren pro 25.4 mm ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Filterelement für Flüssigkeiten oder Gase, mit wenigstens einer zylindrischen Lage aus gewebtem mikroporösen, fasrigen Filtermaterial, das mit einem Imprägnierungsmittel versehen ist und über seine gesamte Fläche Falten aufweist, wobei die Falten im wesentlichen parallel zur Achse der zylindrischen Lage dienen und innere und äußere Spitzen gegenüber der zylindrischen Lage bilden, und mit wenigstens einem perforierten Abstützzylinder aus relativ steifem Material, das im wesentlichen über seine gesamte Fläche Perforierungen aufweist, wobei der Abstützzylinder dicht neben der zylindrischen Lage angeordnet ist, um eine Abstützung für die zylindrische Lage zu bilden, gekennzeichnetdurchdie Kombination folgender Merkmale
    15 hen ist und daß die Kunststoffumhüllung aus Urethanester oder einem anderen Schaum besteht, der wenigstens 45 Poren auf eine Länge von 25,4 mm aufweist
    10. Filteranordnung mit einem Filterelement nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie sin zweites gefaltetes Filterelement vorgesehen ist welches eine gefaltete Papierlage aufweist die mit einer Schicht (16) aus Aktivkohle kombiniert ist
    11. Verfahren zur Herstellung eines Filterelements, insbesondere nach Anspruch 4, bei dem das Filtermaterial gefaltet wird, dadurch gekennzeichnet daß das Filtermaterial vor dem Falten mit Silikonharz imprägniert wird und daß nach dem Falten das Silikonharz ausgehärtet wird.
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