DE2720012A1 - Austauschbare filtereinheit - Google Patents
Austauschbare filtereinheitInfo
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Description
DR. BERÜ L)IFL-ING. STAPF DIPLING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR 2720012
PATENTANWÄLTE
S MÜNCHEN 86. POSTFACH 8602 4S
Anwaltsakte 28 041 h. Mal 1977
WHATMAN REEVE ANGEL LIMITED Maidstone, Kent Mil» 2LE / England
Austauschbare Filtereinheit
Die Erfindung bezieht sich auf eine austauschbare Filtereinheit.
Eine bekannte Filtereinheit zum Filtern von Strömungsmitteln wie Gasen oder Flüssigkeiten hat ein Gehäuse, innerhalb
dessen wenigstens ein wahlweise einen Stützkern aufweisendes Filterrohr in entsprechende Halterungen eingesetzt ist.
Das Material für das Gehäuse und die Halterungen sowie die
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I Manchen 10. MMiefkirvtirrxtraUe 4) tnrtir- tmiiiiti TniUitM* Mlm»w »UM
««?04} Tdecrammc: BEKGSTAPFPATENT München Hjrpe-tak kMwkw MMItMM
«•3310 TELEX: 05 24 SM BEKG d PMUdMCk MtadM· «U4MBI
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Herstellung derselben sind zumeist ziemlich teuer, weshalb eine solche Filtereinheit gewöhnlich für längeren Gebrauch
bestimmt und lediglich das Filterrohr bzw. die Filterrohre auswechselbar ist bzw. sind. Es besteht somit ein Bedarf
an einer einfachen und wohlfeilen, ohne übermäßig hohe
Kosten insgesamt auswechselbaren bzw. wegwerfbaren Filtereinheit mit kleinen Abmessungen. Eine solche auswechselbare
Filtereinheit wäre für gewisse Zwecke notwendig und würde für andere Zwecke beträchtliche Vorteile und Ersparnisse
erbringen.
Die Erfindung schafft eine auswechselbare Filtereinheit ■it einem selbsttragenden Filterrohr aus ungewebten, stoffschlüssig
gebundenen Glasfasern, welches zur Bildung einer strömungsundurchlässigen Abdichtung mit seinen Enden zwischen
zwei Flächen eingespannt ist, ersten und zweiten, einstückig geformten und untereinander gleichen Kunststoffelementen,
welche jeweils eine innere Stirnfläche, eine von dieser ausgehende äußere zylindrische Wandung, eine
von wenigstens einem Durchlaß durchsetzte, von der Stirnwand ausgehende, kurze innere zylindrische Wandung, deren
Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser des Filterrohrs oder etwas kleiner als dieser ist, und ein mit dem
Filterrohr koaxiales, an der inneren Stirnfläche ausmündendes Rohrstück mit einem das lußere des Elements mit
dessen Innenraum verbindenden Durchlaß aufweisen, wobei die äußeren zylindrischen Wandungen der beiden Elemente
zur Bildung eines das Filterrohr umgebenden, geschlossenen Gehäuses miteinander verbindbar sind, ferner mit einem
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massiven Kunststoffteller mit einer inneren und einer äußeren Stirnfläche, dessen Durchmesser gleich dem Außendurchmesser
des Filterrohrs oder etwas größer als dieser ist und an dessen innerer Stirnfläche eine kurze zylindrische
Wandung hervorsteht, deren Außendurchmesser etwa gleich dem Innendurchmesser des Filterrohrs oder etwas kleiner als
dieser ist, wobei die innere Wandung des ersten Elements satt in das eine Ende und die zylindrische Wandung des
Tellers satt in das andere Ende des Filterrohrs eingepaßt ist und das erste und das zweite Element miteinander fluchtend
zu einem das Filterrohr umgebenden, geschlossenen Gehäuse verbunden sind, dessen Länge so bemessen ist, daß
sich die innere Wandung des zweiten Elements in Anlage an der äußeren Stirnfläche des Tellers befindet und das Filterrohr
zur Bildung einer strömungsundurchlässigen Abdichtung mit seinen Stirnrändern zwischen der inneren Stirnseite
des ersten Elements und der inneren Stirnseite des Tellers eingespannt ist.
In einer Ausführungsform enthält das Filterrohr eine Vielzahl von nicht gewebten, ungeordneten Fasern beispielsweise
aus Borsilikatglas mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,001 und ca. 10 um, insbesondere zwischen 0,03 und 8 um.
Die Fasern formen ein halbstarres, selbsttragendes Gebilde mit Zwischenräumen zwischen den Fasern, welche dem Filterrohr
eine gewisse Porosität verleihen. Die Fasern sind an ihren Kreuzungsstellen beispielsweise mittels eines härtbaren
Harzes, etwa eines Silikonharzes, eines Phenol-Formaldehyd-
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harzee, eines Epoxidharzes, mittels eines hitzebeständigen
organischen Binders oder eines anorganischen Binders, etwa Silika, stoffschlüssig miteinander verbunden. Für die Filtereinheit
verwendbare Filterrohre sind in der US-PS 3 767 05^
beschrieben.
Die Filtereinheit hat ein Paar Endstücke, welche jeweils
eine innere Stirnfläche, eine von dieser ausgehende zylindrische äußere Wandung, welche zur Bildung eines das Filterrohr umgebenden, geschlossenen Gehäuses mit der zylindrischen Wandung des jeweils anderen Endstücks verbindbar ist, eine an der inneren Stirnfläche hervorstehende, von wenigstens
einem Durchlaß durchsetzte, kurze zylindrische innere Wandung, deren Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser
des Filterrohrs oder etwas kleiner als dieser ist, und ein mit dem Filterrohr koaxiales, sich in die innere zylindrische Wandung hinein erstreckendes Rohrstück mit einem das
Äußere des Endstücks mit dessen Innenraum verbindenden
Strömungsdurchlaß aufweisen. Die Endstücke sind aus einem
steifen Kunststoff, etwa Nylon, Polypropylen, Akrylharz,
Polykarbonat oder einem anderen formbaren Kunststoff
geformt. Der Kunststoff kann pigmentiert und undurchsichtig oder auch durchsichtig oder durchscheinend sein, so daß
das Filterrohr und seine Durchströmung von außen beobachtet werden kann, um die Filtereinheit zur rechten Zeit
auszuwechseln. Eine Filtereinheit aus einem Kunststoff
wie Hylon eignet sich zum Filtern von Druckluft oder nicht korrosiven Gasen und Flüssigkeiten bei Drücken bis zu etwa
eine innere Stirnfläche, eine von dieser ausgehende zylindrische äußere Wandung, welche zur Bildung eines das Filterrohr umgebenden, geschlossenen Gehäuses mit der zylindrischen Wandung des jeweils anderen Endstücks verbindbar ist, eine an der inneren Stirnfläche hervorstehende, von wenigstens
einem Durchlaß durchsetzte, kurze zylindrische innere Wandung, deren Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser
des Filterrohrs oder etwas kleiner als dieser ist, und ein mit dem Filterrohr koaxiales, sich in die innere zylindrische Wandung hinein erstreckendes Rohrstück mit einem das
Äußere des Endstücks mit dessen Innenraum verbindenden
Strömungsdurchlaß aufweisen. Die Endstücke sind aus einem
steifen Kunststoff, etwa Nylon, Polypropylen, Akrylharz,
Polykarbonat oder einem anderen formbaren Kunststoff
geformt. Der Kunststoff kann pigmentiert und undurchsichtig oder auch durchsichtig oder durchscheinend sein, so daß
das Filterrohr und seine Durchströmung von außen beobachtet werden kann, um die Filtereinheit zur rechten Zeit
auszuwechseln. Eine Filtereinheit aus einem Kunststoff
wie Hylon eignet sich zum Filtern von Druckluft oder nicht korrosiven Gasen und Flüssigkeiten bei Drücken bis zu etwa
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8,75 atü und Temperaturen bis ca. 100 0C bei O atü Druck.
Filtereinheiten aus Kunststoffen wie etwa Polypropylen sind geeignet zum Filtern der meisten organischen Lösungsmittel,
korrosiven Flüssigkeiten wie Säuren und Laugen und Gasen bei niedrigen Drücken, beispielsweise bei Drücken bis zu
ca. 2,8 atü und bei Temperaturen bis ca. 100 0C bei 0 atü.
Die Endstücke oder -elemente der Filtereinheit haben die gleiche Form, so daß sie untereinander austauschbar sind
und die Filtereinheit nur wenige verschiedene Teile aufweist.
Die Filtereinheit weist erste und zweite, einstückig aus
Kunststoff geformte Endstücke oder -elemente Auf, welche untereinander gleiche Form haben und jeweils eine innere
Stirnfläche sowie eine von dieser ausgehende äußere zylindrische Wandung aufweisen, wobei die zylindrischen Wandungen
des ersten und zweiten Endstücks, gegebenenfalls unter Verwendung eines Zwischenstücks, zur Bildung eines das
Filterrohr umgebenden, geschlossenen Gehäuses miteinander verbindbar sind.
Die Filtereinheit enthält ferner einen massiven Teller, welcher aus dem gleichen Kunststoff geformt sein kann wie
die Endstücke, mit einer inneren und einer äußeren Stirnfläche. Der Durchmesser des Tellers ist etwa gleich dem
äußeren Durchmesser des Filterrohrs oder etwas größer als dieser. Eine an der inneren Stirnfläche des Tellers hervorstehende,
kurze zylindrische Wandung hat einen Außendurchmesser, welcher etwa gleich dem Innendurchmesser des
Filterrohrs oder etwas kleiner als disser ist.
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Beim Zusammenbau der Filtereinheit wird die innere Wandung des ersten Endstücks satt in das eine Ende des Filterrohrs
und die Wandung des Tellers satt in das andere Ende des Filterrohrs eingepaßt.
Die beiden Endstücke werden koaxial zueinander ausgerichtet und, gegebenenfalls unter Verwendung eines zylindrischen
Zwischenstücks, stoffschlüssig miteinander verbunden,
so daß ein das Filterrohr umgebendes, geschlossenes Gehäuse entsteht, dessen Länge so bemessen ist, daß die innere
Wandung des zweiten Endstücks an der äußeren Stirnfläche des Tellers aufsetzt und das Filterrohr unter Bildung einer
strömungsundurchlässigen Abdichtung an seinen Stirnrändern zwischen den inneren Stirnseiten des ersten Endstücks und
des Tellers eingespannt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist ein zylindrisches
Zwischenstück aus Kunststoff zwischen den beiden Endstücken befestigt, um der Filtereinheit die gewünschte Länge zu
verleihen. Die Ränder des Zwischenstücks und/oder der Endstücke können eine Stufe aufweisen oder ineinandergreifen
und unter Verwendung eines Binders, etwa eines härtbaren Klebers auf Lösungsmittelbasis, stoffschlüssig
miteinander verbunden sein, so daß ein das Filterrohr umgebendes, strömungsdichtes Gehäuse entsteht. Das Zwischenstück
kann beliebig lang sein, so daß mit einer Art von Endstücken Filtereinheiten von beliebiger Länge gebaut
werden können.
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Die Erfindung schafft somit eine kleine Abmessungen aufweisende,
auswechselbare und wegwerfbare Filtereinheit zum hochwirksamen Filtern von Gasen und Flüssigkeiten.
Die Filtereinheit ist für die verschiedensten Zwecke verwendbar, beispielsweise zum Ausfiltern von Staub, öl
und Wasser aus Druckluft für di' Speisung von Instrumenten und Fluidic-Steuereinrichtungen oder zum Filtern von hochreinen
Gasen. Die Filtereinheit kann vor Gebrauch in einem Autoklav sterilisiert werden und eignet sich zum Filtern
von kleinen Flüssigkeitsmengen mit einem Mindestmaß an Rückhaltevermögen und ohne Mischungsverunreinigung. Sie
kann beispielsweise auch zum verlustfreien Filtern von Lösungen von Edelmetallen verwendet werden. Mit dem
beschriebenen Glasfaser-Filterrohr ist beim Filtern von Flüssigkeiten mit Verunreinigungen zwischen ca. 0,3 und 25 um
ein Wirkungsgrad von etwa 98% und beim Filtern von Gasen mit Verunreinigungen von ca. 0,6 um ein solcher von etwa
90 bis 99,9999 % erzielbar.
In der einfachsten Ausführungsform setzt sich die Filtereinheit
aus nur vier Teilen zusammen, nämlich aus den beiden untereinander gleichen Endstücken, einem Filterrohr
und einem Teller, sowie gegebenenfalls auch noch aus einem Zwischenstück entsprechend der Länge des Filterrohrs. Mit
Ausnahme des Filterrohrs sind die Teile aus einem wohlfeilen, steifen und formbaren Kunststoff. Die Filtereinheit
ist mühelos herstellbar und das Filterrohr ist abdichtend darin eingeschlossen.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung erläutert, deren einzige Figur eine Längsschnittansicht einer Filtereinheit darstellt.
Die Filtereinheit 10 hat zwei untereinander gleiche Endstücke 12, 14 und ein dazwischen angeordnetes, zylindrisches
Zwischenstück 16 aus Kunststoff. Die Endstücke haben jeweils eine zylindrische äußere Wandung mit einer an deren
freiem Ende gebildeten Stufe 32 für die Verbindung mit einer komplementären Stufe 34 des Zwischenstücks 16. Die
Endstücke sind unter Verwendung eines Binders, etwa eines vernetzbaren Klebers, stoffschlüssig mit dem Zwischenstück
verbunden. Das eine Endstück 1? hat einen Einlaß 20 und das andere Endstück 14 einen Auslaß 22, wobei ein dazwischen
angeordnetes Filterrohr 18 von innen nach außen durchströmt wird. Das Filterrohr kann jedoch auch von außen nach innen
durchströmt werden. Es ist selbsttragend aus ungewebten, s offschlüssig miteinander verbundenen Borsilikatglasfasern
geformt. Die beiden Endstück haben jeweils eine innere Stirnfläche, an welcher eine kurze, zylindrische Wandung
23» 25 in der Mitte hervorsteht. Die Wandung hat eine
Anzahl von Zinnen 24, 26 mit dazwischen liegenden Durchlässen 28 bzw. 30. Der Außendurchmesser der Wandungen 23»
25 ist etwa gleich dem Innendurchmesser des Filterrohrs
oder etwas kleiner als dieser. Die Wandung 23 des einen Endstücks 12 ist satt in das eine Ende des Filterrohrs
eingepaßt, so daß sich dessen Stirnrand in Anlage an der glatten inneren Stirnfläche des Endstücks 12 befindet und
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ΛΧ
die Zinnen 24 das Filterrohr 18 von innen abstützen. Die
Glasfasern am Stirnrand des Filterrohrs 18 sind in axialer Richtung komprimiert und bilden so eine strömungsundurchlässige
Abdichtung, welche die gleiche Festigkeit aufweist wie das Filterrohr 18 selbt und eine besondere Dichtung
überflüssig macht.
Am anderen Ende des Filterrohrs 18 ist ein kreisförmiger, massiver Teller 36 aus Kunststoff angeordnet, welcher eine
kurze zylindrische Wandung 38 hat, deren Durchmesser gleich
dem der Wandungen 23, 25 ist. Die Wandung 38 ist in das andere Ende des Filterrohrs 18 eingepaßt und erfüllt die
gleiche Funktion wie die Wandung 23. Der andere Stirnrand des Filterrohrs 18 befindet sich in Anlage an der glatten
inneren Stirnfläche des Tellers 36, dessen Durchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des Filterrohrs 18 oder etwas
größer als dieser ist, so daß zwischen dem Stirnrand des Filterrohrs und dem Teller eine strömungsundurchlässige
Abdichtung gebildet ist. Die innere Wandung 25 des anderen Endstücks 14 befindet sich in Anlage an der äußeren Stirnfläche
des Tellers 36. Die Länge der Filtereinheit ist so bemessen, daß die Stirnränder des Filterrohrs beim Zusammenbau
in der beschriebenen Weise zusammengedrückt werden, um die beiden Enden des Filterrohrs abzudichten. Durch
die zwischen den Zinnen 26 der Wandung 25 gebildeten Durchlässe 30 gelangt das gefilterte Strömungsmittel zum Auslaß
22.
Die Zinnen des einen Endstücks begrenzen also die Durchlässe,
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während die des anderen Endstücks dazu dienen, das Filterrohr 18 zentriert im Gehäuse zu halten. Anstelle der Zinnen
und der dazwischen liegenden Durchlässe können die Wandungen auch einen durchgehenden freien Rand aufweisen und
von einzelnen, etwa kreisförmigen Durchlässen durchsetzt sein. Das Zwischenstück 16 kann beliebig lang sein, so daß
für verschiedene Verwendungszwecke verschieden lange Gehäuse für die Aufnahme von Filterrohren unterschiedlicher Länge
zusammengesetzt werden können. In der dargestellten einfachsten Ausführungsform hat die auswechselbare Filtereinheit
keinerlei ablaßeinrichtungen, so daß sie bei Sättigung mit einem auszufilternden Stoff, etwa Wasser, ausgewechselt
werden muß. Gegebenenfalls kann die Filtereinheit jedoch auch mit einer Ablaßeinrichtung versehen sein.
Die dargestellte Filtereinheit ist mühelos aus einem harten Kunststoff formbar und weist nur fünf mühelos zusammensetzbare
Teile auf, nämlich das Filterrohr 18, das (nicht unbedingt erforderliche) Zwischenstück 16, die beiden untereinander
gleichen Endstücke 12, 14 und den Teller 36. Der Durchmesser und die Länge der Filtereinheit können
beliebig gewählt werden und beispielsweise etwa 25 bis 75 mm betragen, wobei der Durchmesser des Filterrohrs dann
etwa 12,5 bis ca. 50 mm betragen kann. Die Länge der Filtereinheit kann ebenfalls beliebig gewählt werden und
beispielsweise etwa 37, 5 bis 150 mm oder mehr betragen.
Die einzelnen Teile der Filtereinheit können aus dem gleichen Kunststoff geformt sein. In einer praktischen Ausfüh-
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rung hat die Filtereinheit einen Außendurchmesser von
22,8 bis 25,4 mm, das Filterrohr hat einen Innendurchmesser
von 12,7 mm, die Länge der Filtereinheit beträgt
38,1 mm, der Einlaß und der Auslaß haben einen Innendurchmesser von 3,2 mm, und die Wandstärke der Endstücke
und des Zwischenstücks beträgt ca. 3,2 mm.
Im Gebrauch werden der Einlaß und der Auslaß für die Verwendung bei hohen Drücken an einer druckdichten Verbindung
angeschlossen oder für die Verwendung bei niedrigen Drücken einfach in Kunststoffschläuche eingesteckt.
Nach dem Gebrauch kann die geschlossene Filtereinheit insgesamt weggeworfen und durch eine neue ersetzt werden.
Gegebenenfalls kann die Filtereinheit jedoch auch zum Auswechseln des Filterrohrs allein zerlegbar sein.
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Claims (4)
- DR. BERG DIPL-ING. STAPFDIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR 2720012PATENTANWÄLTE8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86024SPate ntAuswechselbare Filtereinheit mit einem selbsttragenden Filterrohr aus ungewebten, stoffschlüssig
miteinander verbundenen Glasfasern, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite,
jeweils einstückig geformte Endkappe (12, 14-), welche untereinander die gleiche Form haben und jeweils eine Endwandung, eine von der inneren Stirnfläche der Endwandung ausgehende, äußere zylindrische Wandung, eine von der inneren Stirnfläche ausgehende, kurze, innere zylindrische Wandung (23, 24), deren Außendurchmesser etwa gleich dem Innendurchmesser des Filterrohrs (/18) oder etwas kleiner ist als dieser, und welche von wenigstens einem Durchlaß (28, 30) durchsetzt ist, und ein die Endwand koaxial mit der inneren zylindrischen Wandung durchsetzendes, einen Einlaß oder Auslaß für ein Strömungsmittel darstellendes Rohrstück (20, 22) aufweisen, und durch einen massiven Kunststoffteller (36),709850/071911089) 98 82 72 8 München H(I, MauerkirchersIraBe 45 Banken- Bayerische Veieinstank München 45398704.1 Telegramme BtKCiSTAPlPAIbNT München HvpoBank München Λ89 262198.11 10 TKLKX: UI24 W BtIUi il Porsche* München 65343-808ORIGINAL 1N6PECTEDdessen Durchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des Filterrohrs oder etwas größer als dieser ist, und welcher eine an einer Stirnseite hervorstehende, kurze zylindrische Wandung aufweist, deren Außendurchmesser etwa gleich dem Innendurchmesser des Filterrohrs oder etwas kleiner als dieser ist, wobei die innere zylindrische Wandung der ersten Endkappe satt in das eine Ende des Filterrohrs und die zylindrische Wandung (38) des Tellers satt in das andere Ende des Filterrohrs eingepaßt ist und die erste und zweite Endkappe die Enden eines das Filterrohr umgebenden, geschlossenen Gehäuses (10) bilden, dessen Länge so bemessen ist, daß die innere zylindrische Wandung der zweiten Endkappe so an der äußeren Stirnfläche des Tellers ansetzt, daß die Enden des Filterrohrs in abdichtende Anlage an der Innenfläche der ersten Endkappe und an der inneren Stirnfläche des Tellers gepreßt sind. - 2. Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappen (12, 14) aus einem harten, lichtdurchlässigen Polymer geformt sind.
- 3. Filtereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappen (12, 1Λ-) aus Nylon oder Polypropylen geformt sind.
- 4. Filtereinheit nach wenigstens einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren zylindrischen Wandungen (23, 25) der Endkappen709850/071«(12, 14) jeweils eine Anzahl von zinnenähnlichen Vorsprüngen (27I-, 26) mit dazwischen gebildeten Durchlässen (28, 30) aufweisen5· Piltereinheit nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein abdichtend zwischen den beiden Endkappen (12, 14) befestigtes, mit diesen zusammen das Gehäuse (10) bildendes, zylindrisches Zwischenstück (16) aus Kunststoff aufweist.7098S0/0719
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