DE2731398C2 - Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Flüssigkeitstrennelementes bzw. Flüssigkeitsseparators und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

15

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Flüssigkeitstrennelemente bzw. Separatoren dieser Art haben einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau. Üblicherweise sind mindestens zwei semipermeable Membranschichten und eine Abstandsschicly. zur Bildung eines ersten Kanales für die abgetrennte Lösung, d. h. das Permeat, und eine weitere Abstandsschicht zur Bildung eines zweiten Kanales für die Speiselösung spiralförmig um einen Hohldorn gewickelt, der mindestens ein Loch aufweist. Der erste Kanal liegt dabei zwischen den Innenflächen der beiden Membranschichten und steht mit dem Inneren des Hohldornes durch das Loch in Verbindung, während der zweite Kanal zwischen den Außenflächen der beiden Membranschichten liegt.

In den US-PS'en 33 86 583 und 33 97 790 und den O.S.W. Reports Nr. 879 und Nr. 341 (Office of Saline Water) oder PB-2 28 061 und PB-2 04 107 sind Verfahren zur Herstellung von Flüssigkeitstrennelementen bzw. -Separatoren beschrieben. Für diese bekannten Verfahren werden Vorrichtungen bzw. Geräte benötigt, die große Abmessungen und eine sehr komplizierte Konstruktion haben; diese Vorrichtungen haben einen solchen Mechanismus, daß alle auf den Dorn aufzuwikkelnden Schichten bzw. Schichtenelemente radial oder tangential gesondert unter Spannung gehalten werden, wobei diese gespannten Schichten bzw. Schichtenelemente auf einen stationären Hohldorn aufgewickelt werden.

Beim Aufwickeln mehrerer Schichten bzw. Schichtenelemente, wie sie für Flüssigkeitstrennelemente bzw. -Separatoren benötigt werden, wäre es, allgemein ausgedrückt, vorteilhaft eine Methode anzuwenden, bei der die übereinander gestapelten Schichten bzw. Schichtenelemente spiralförmig auf einen rotierend angetriebenen Dorn aufgewickelt werden, an dem das vordere Ende der Schichtenanordnung befestigt ist, während die Schichtenanordnung als Ganzes gespannt wird. Bei einem derartigen Verfahren führen jedoch die Krümmungsunterschiede benachbarter innerer und äußerer Schichten bzw. Schichtenelemente in der auf dem Dorn aufzuwickelnden Schichtenanordnung zu einer Abweichung der Aufwickelgeschv/indigkeiten der einzelnen Schichten. Dieses führt dazu, daß die inneren Schichtenelemente relativ zu den äußeren Schichtenelementen bzw. Schichten nach hinten verlagert bzw. geschoben werden. Eine derartige Schiebebewegung tritt dann gleichmäßig auf, wobei die inneren Schichtenelemente relativ zu den äußeren Schichtenelementen um einen bestimmten Weg verschoben werden, wenn die Schichtenanordnung lose aufgewickelt wird und die benachbarten Schichten bzw. Schichtenelemente leicht und glatt aneinander entlanggleiten können. Die für Flüssigkeitstrennelemente bzw. Separatoren verwendeten Schichten bzw. Schichtenelemente, d. h. die Membranschichten und die Abstandsschichten, sind jedoch nicht, wenn sie gegeneinander anliegen, leicht gegeneinander zu verschieben, wobei ein derartiges Trennelement bzw. ein derartiger Separator auch aus straff und fest aufgewickelten Schichtenelementen hergestellt sein muß. Ein wesentlicher Hinderungsgrund gegenüber einer leichten und glatten Schiebebewegung innerhalb der Schichtenanordnung besteht darin, daß diese Schichtenanordnung Falten bzw. Kniffe erhält, die durch eine ungleichmäßige Dicke hervorgerufen sind. Diese ungleichmäßige Dicke der Anordnung beruht auf folgende Faktoren:

A Es ist im allgemeinen schwierig, Schichten bzw. Schichtenelemente, insbesondere Abstandsschichten, mit gleichmäßiger Dicke herzusteilen.

B Durch das Aufeinanderstapeln verschiedener Arten von Schichten, die eine nicht gleichmäßige Dikke haben, wird die ungleichmä&ge Dicke der gesamten Schichtenanordnung verstärkt

C jede Membranschicht ist im Bereich ihrer Randabschnitte mit Klebstoffschichten versehen, so daß benachbarte Membranschichten miteinander verklebt werden können, wobei zwischen diesen beiden Membranschichten nach deren Aufwickeln jeweils eine Abstandsschicht angeordnet ist.

Diese Klebstoffschicht führt ebenfalls zu einer Verstärkung der ungleichmäßigen Dicke der gesamten Schichtenanordnung, wodurch das unter A geschilderte Problem verstärkt wird, wenn die Membranschicht nicht genau in einer bestimmten Relativposition auf die Abstandsschicht gelegt wird, so daß es dazu kommen kann, daß der Klebstoff auch in den Bereich der Randabschnitte der Abstandsschicht kommt Es ist jedoch schwierig, die Membranschicht in der genauen Relativposition auf die Abstandsschicht zu legen.

Wenn man die oben behandelte und vorteilhaft erscheinende Methode anwenden würde, und zwar unter der Voraussetzung, daß die Schichtenanordnung straff bzw. fest auf den Dorn aufzuwickeln ist, würde eine innere Schicht relativ zu der benachbarten äußeren Schicht um einen Betrag nach hinten verschoben werden, der kleiner ist als der oben behandelte vorgegebene Abstand, so daß es zur Bildung von Falten bzw. Kniffe kommen würde. Falten bzw. Kniffe in den Schichten bzw. Schichtenelementen, insbesondere den Membranschichten, beeinträchtigen die Durchlaßfunktion der Schicht, womit insgesamt die Leistung bzw. das Betriebsverhalten des Trennelementes bzw. Separators herabgesetzt wird.

Wenn man das oben behandelte und als vorteilhaft erscheinende Verfahren anwendet, treten noch wehere Nachteile auf. Der innere Bereich einer derartigen spiralförmig aufgewickelten Schichtenanordnung tendiert dazu, loser aufgewickelt zu sein als der äußere Bereich. Derartige Spann^ngsunterschiede führen bei einem Trennelement, daß nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeitet, zu einem ungleichmäßigen Strömungsfluß in den Kanälen für das Permea'. und die Speiselösung. Dieses führt zu dem Phänomen einer polarisierten Konzentration, was einerseits zu einer Wirkungsgradverschiec.'rierung und andererseits zu einer Verformung der aufgewickelten Schichtenanordnung im Sinne eines Ineinanderschiebens führt.

Bei üblichen Herstellungsverfahren wird ein Mecha-

nismus verwendet, um Abschnitte bzw. Bereich der Schichten oder Schiehteneiemente, die noch nicht aufgewickelt sind, über eine bestimmte Länge voneinander zu trennen und diese Schichten während des Aufwindens jeweils gesondert zu spannen bzw. unter Spannung zu setzen. Auf diese Weise werden Schäden von den aufgewickelten Schichten ferngehalten, indem die Faltenbildung verhindert wird, wobei eine gleichmäßige Straffheit bzw. Spannung der Wicklung über den Radius der spiralförmig aufgewickelten Schichtenanordnung erreicht wird. Eine Vorrichtung mit einem derartigen Trenn- und Spannmechanismus ist jedoch außerordentlich kompliziert und stellt große Anforderungen an die Bedienungsperson, da sämtliche Schichten bzw. Schichtenelemente einzeln der Vorrichtung zugeführt werden müssen. Es ist weiterhin eine außerordentlich genaue Spannungskontrolle bzw. Spannungssteuerung notwendig, um die einzelnen Schichten richtig zu spannen und damit in dem erforderlichen Umfang die gleichmäßige Straffheit zu gewährleisten. Bei einer üblichen Vorrichtung, bei der die einzelnen Schichten gesondert gespannt und aufgewickelt werden, hat, wenn Klebstoff durchgehend auf die Randbereiche der Membranschichten aufgetragen werden muß, um die benachbarten Membranschichten miteinander zu verbinden, dieser Klebstoff die Tendenz, von diesen Randabschnitten wegzufließen oder entlang dieser Randabschnitte zu fließen. In der Praxis wird daher bei der bekannten Vorrichtung der Klebstoff auf die dafür vorgesehenen Randabschnitte aufgetragen, gerade bevor diese Teile den Dorn erreichen. Ein derartiges partielles Beschichten mit Klebstoff ist jedoch außerordentlich aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines hochqualitativen Flüssigkeitstrennelementes bzw. Flüssigkeitsseparators zu schaffen, wobei bei der Durchführung des Verfahrens eine einfache Vorrichtung benutzt werden soll, bei der die aufeinandergestapelten Schichten bzw. Schichtenelemente straff auf einem Dorn aufgewickelt werden können, ohne daß es zu einem unzulässigen Gleiten bzw. Verschieben der einzelnen Schichten relativ zueinander kommt, und ohne daß es zur Faltenbildung kommt, wobei die Straffheit der Wicklung gleichmäßig über den gesamten Radius der aufgewickelten Schichtenanordnung ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen der Patentansprüche angegebenen Merkmale gelöst.

Ein Kerngedanke der Erfindung (Anspruch 1) besteht darin, beim Straffen bzw. festen Aufwickeln der Schichtenanordnung auf einen rotierenden Dorn, wobei das vordere Ende der Schichtenanordnung an dem Dorn befestigt ist, einen Abschnitt der Schichtenanordnung, der noch nicht fest aufgewickelt ist, senkrecht zur Oberfläche der Schichtenanordnung auszubauchen bzw. aufzuwölben, gerade bevor dieser Abschnitt in engen Kontakt mit dem Dorn oder einem bereits fest aufgewickelten anderen Abschnitt der Schichtenanordnung kommt Dadurch wird erreicht, daß im Bereich des aufgewölbten bzw. ausgebauchten Abschnittes die Schichten bzw. Schichtenelemente der Schichtenanordnung partiell bzw. vorübergehend voneinander getrennt werden.

Das Verfahren eignet sich besonders für das Wickeln einer Schichtenanordnung, die im Querschnitt betrachtet aus einem oder mehreren einzelnen Schichtenpaketen besteht, von denen jedes eine erste Membranschicht, eine erste Abstandsschicht zur Bildung eines ersten Kanaies für das Permeat, eine zweite Membranschicht und eine zweite Abstandsschicht zur Bildung eines zweiten Kanaies für die Speiselösung umfaßt, wobei diese einzelnen Schichten in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, wobei die erste Membranschicht jedes einzelnen Schichtenpaketes auf der Außenfläche der zweiten Abstandsschicht des benachbarten Schichtenpaketes angeordnet ist.

Für jedes einzelne Schichtenpaket verwendet man eine Bahn aus einer semipermeablen Membrane, um die ersten und zweiten Membranabschnitte zu bilden, die parallel zur Achse des Domes über ihre gesamte Breite an den vorderen und hinteren Enden miteinander verbunden sind. Die einzelne Membranbahn wird dabei am Ende jedes einzelnen Schichtenpaketes auf sich selbst zurückgefaltet. Es läßt sich weiterhin eine einzelne Bahn einer semipermeablen Membrane in der kombinierten Schichtenanordnung verwenden, um sämtliche ersten und zweiten Membranschichten der einzelnen Schichtenpakete zu bilden. In diesem Falle bildet die einzelne semipermeable Membranbahn sämtliche ersten und zweiten Membranschichten der einzelnen Schichtenpakete, wobei diese Membranbahn an den Enden der ersten Membranschicht und der zweiten Membranschicht im Bereich der einzelnen Schichtenpakete auf sich selbst zurückgefaltet ist.

Man kann auch gesonderte Bahnen einer semipermeablen Membrane zur Bildung der ersten und zweiten Membranschicht jedes einzelnen Schichtenpaketes verwenden. D-ibei bewegt sich der aufgewölbte bzw. ausgebauchte Abschnitt der Schichtenanordnung von dem vorderen Ende der an dem Dorn befestigten Schichtenanordnung zu dem hinteren Ende derselben, während der Dorn rotiert. Während der aufgewölbte Abschnitt weiterwandert, beginnt die Trennung zwischen jedem Paar benachbarter innerer und äußerer Schichten bzw. Schichtenelemente am hinteren Ende des aufgewölbten Abschnittes im Bereich einer sogenannten »Trennlinie«, während das Wiederinkontaktkommen der benachbarten Schichten am vorderen Ende der Aufwölbung im Bereich einer sogenannten »Kontaktlinie« erfolgt. In diesem Fall folgt ein Abschnitt A des inneren Schichtenelementes nach dem Passieren der Trennlinie bis zur Kontaktlinie einer gekrümmten Bahn. Der von dem Abschnitt A durchlaufene Weg ist demzufolge größer als der von einem Abschnitt B eines äußeren Schichtelementes durchlaufene Weg. wenn dieser Abschnitt B die Trennlinie zur gleichen Zeit wie der Abschnitt A passiert und sich in einer flachen bzw. ebenen Bahn zur Kontaktlinie bewegt. Auf diese Weise wird die Linearbewegung des Abschnittes A gegenüber der Linearbewegung des Abschnittes B verzögert, so daß die Aufwikkelgeschwindigkeit des Abschnittes A im Bereich .ier Kontaktlinie mit einer vorgegebenen Aufwickelgeschwindigkeit übereinstimmt die durch die Rotationsgeschwindigkeit des Domes und den Krümmungsradius des Abschnittes A im Bereich der Kontaktlinie beim normalen Wickelprozeß bestimmt ist Obwohl die Abschnitt A und B zusammen die Trennlinie mit den gleichen Wickelgeschwindigkeiten passieren, wird der Abschnitt A relativ zum Abschnitt B über eine Länge nach hinten verschoben, wodurch es möglich ist, daß der Abschnitt B mit dem inneren Schichtelement ohne Entstehen von Falten aufgewickelt werden kann. Dabei ist es wichtig zu berücksichtigen, daß die relative Verschiebebzw. Verlagerungsbewegung der inneren Schicht bzw.

des inneren Schichtenelementes nur im Bereich des aufgewölbten Abschnittes stattfindet, wobei der sich verlagernde Abschnitt der inneren Schicht bei dieser Bewegung nicht entlang der Oberfläche der äußeren Schicht

gleitet.

Der aufgewölbte Abschnitt führt auf diese Weise zu einer Kompensation der Unterschiede der Krümmungsradien der benachbarten Schichten oder zu einer Kompensation der Aufwickelgeschwindigkeiten beider Schichten, so daß jede Schicht der Schichtenanordnung gleichmäßig ohne zulässige Relativbewegung zwischen den einzelnen Schichten zum Zeitpunkt des festen Aufwickeins aufgewickelt wird, so daß es auch zu keiner Faltenbildung in den einzelnen Schichten kommt.

Wenn aufeinandergestapelte Schichten abgewickelt werden, tritt manchmal ein derartiges Aufwölbungsphänomen von sich aus auf. Dieses natürliche Aufwölbungsphänomen ist jedoch instabil, d. h. es ist keineswegs gewährleistet, daß der aufgewölbte Abschnitt der aufeinandergestapelten Schichten gleichmäßig über die gesamte Länge der Schichten wandert, d. h. es ist nicht gewährleistet, daß die einzelnen Schichten vollständig voneinander getrennt werden. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, dieses Aufwölbungsphänomen stabil zu gestalten, wenn man bei der Herstellung von Flüssigkeitstrennelementen bzw. Flüssigkeitsseparatoren von diesem Phänomen Gebrauch machen will. Es ist im allgemeinen schwierig, zwei Schichten partiell über ihre Breite getrennt zu halten und diesen partiell getrennten Abschnitt entlang der Länge der Schichten wandern lassen. Diese Schwierigkeit wird vergrößert, wenn die Schichten, bezogen auf ihre Dicke, sehr breit sind, wie es der Fall bei der Herstellung von spiralförmigen Flüssigkeitstrcnnelementen ist, bei denen mindestens eine Schicht, nämlich die durchlässige Membranschicht, sehr dünn ist.

Die Verfahrensweise gemäß Patentanspruch 2 führt dazu, daß die Länge des aufgewölbten Abschnittes von der Trennlinie zu der Kontaktlinie vergrößert wird, wenn der bereits aufgewickelte Abschnitt der Schichtenanorunuiig anwächst. Urn die Länge des aufgewölbten Abschnittes konstant zu halten, ist es notwendig, den Abstand zwischen jedem Paar benachbarter Abstandsstangen bei anwachsendem Wickeldurchmesser zu vergrößern.

Für die Anwendung einer derartigen Verfahrensweise, bei der die einzelnen Schichten partiell voneinander getrennt werden, wird zur Schaffung der Aufwölbung eine einfache Vorrichtung benötigt, die mit Abstandsstangen bzw. Trennstangen ausgestattet ist

Gemäß Patentanspruch 3 wird die Steifigkeit jedes einzelnen Schichtenelementes bzw. jeder einzelnen Schicht zum Aufwölben der Schichtenanordnung, um die einzelnen Schichten partiell voneinander zu trennen ausgenutzt. Bei dieser Verfahrensweise tritt die Aufwölbung der Schichtenanordnung zwischen dem Dorn und dem Walzenpaar auf. Zur Erhöhung des Reibungswiderstandes der Oberfläche jeder Schicht kann auch der Feuchtigkeitsgehalt der Schichtenanordnung erhöht werden. Durch das Beschichten der Ränder der miteinander zu verbindenden bzw. zu verklebenden Membranschichten mit einem Klebstoff wird ebenfalls der Reibungswiderstand erhöht, wenn dieser Klebstoffauftrag vor dem Aufwickeln erfolgt Das Vorbereiten der Schichtenanordnung in der Weise, daß die Schichtenanordnung in einer entgegengesetzt zur Aufwickelrichtung liegenden Richtung gekrümmt ist führt ebenfalls zu einer Verbesserung der partiellen Trennung der Schichten. Eine derartige Krümmung innerhalb der Schichtenanordnung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man die Schichtenanordnung anfänelich auf einem Dorn in einer Richtung aufwickelt, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in der die Schichtenanordnung bei der Herstellung des Flüssigkeitstrennelementes aufgewickelt wird.

Bei der Verfahrensweise gemäß Patentanspruch 5 wird eine in einer ersten Stufe lose aufgewickelte Schichtenanordnung in einer zweiten Stufe straff aufgewickelt bzw. gestrafft. Wenn die lose aufgewickelte Schichtenanordnung zusammen mit dem Dorn umläuft, wird der straff aufgewickelte Abschnitt der Schichtenanordnung von dem vorderen an dem Dorn befestigten Ende derselben zu dem hinteren Ende der Schichtenanordnung vergrößert. Es ist dabei wichtig, daß die Walze bzw. Rolle entsprechend der Rotationsbewegung der Schichtenanordnung glatt und gleichmäßig umläuft bzw. rotiert, da ansonsten der hintere Abschnitt der Schichtenanordnung fester aufgewickelt würde als der vordere Abschnitt. Die Walze bzw. Rolle wird vorzugsweise partiell über die gesamte Breite gegen die lose auigewickeiie oehichtenanordnung gedruckt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit verschiedenen abgewandelten Ausführungsformen in den Patentansprüchen 7 bis 11 behandelt.

Wenn die Schichtenanordnung in der ersten Stufe lose auf einen Dorn aufgewickelt wird, braucht die Schichtenanordnung nur unter einer sehr geringen oder unter überhaupt keiner Spannung zu stehen. Wenn die Schichtenanordnung einer geringen Spannung ausgesetzt wird, soll die Spannung nur derart sein, daß beim rotierenden Umlauf des Domes keine Faltenbildung auftritt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 und 2 schematische Darstellungen von zwei für die Durchführung des Verfahrens geeignete Schichtenanordnungen;

F i g. 3, 4 und 5 schematische Darstellungen von drei Möglichkeiten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufwölben einer Schichtenanordnung während des Aufwickeins auf einen Dorn;

F i g. 6 in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufwölben bzw. Ausbauchen einer lose aufgewickelten Schichtenanordnung, während die Schichtenanordnung zusammen mit einem Dorn rotierend angetrieben wird;

F i g. 7 in vergrößerter schematischer Darstellung ein Detail der Anordnung von F i g. 6 im Bereich eines aufgewölbten Abschnittes der aufgewickelten Schichtenanordnung;

F i g. 8 und 9 Vorderansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 10 und 11 abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 12 einen Axialschnitt des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fiüssigkeitstrennelementes, und

Fig. 14A und 14B in vergrößerter Darstellung Schnittansichten der hinteren und vorderen Endabschnitte des Schichtenelementes der Schichtenanordnung von Fig.2 nach dem festen Aufwickeln der Schichienanordnung auf einen Dorn.

In F i g. 1 ist eine erste Ausführungsform einer Schichtenanordnung dargestellt, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einen Dorn aufgewickelt werden solL Gemäß F i g. 1 sind drei einzelne Schichtenpakete I, II und III aufeinandergestapelt, um eine zusammengefaßte Schichtenanordnung 1 zu bilden. Jedes einzelne

Schichtenpaket besteht aus einzelnen Schichtenelementen, nämlich einer Membranschicht 11, einer Abstandsschicht 12 für einen Speiselösungskanal, einer weiteren Membranschicht 13 und einer weiteren Abstandsschicht 14 für die durchgetretene Flüssigkeit bzw. das Permeat, wobei die Reihenfolge in der aufgezählten Weise ist. Die Membranschicht 11 eines oberen Schichtenpakets liegt auf der Außenfläche der Abstandsschicht 14 des jeweils darunterliegenden Schichtenpaketes. Nachdem die zusammengefaßte Schichtenanordnung spiralförmig auf einen Dorn aufgewickelt worden ist, werden die beiden Membranschichten 11 und 13, zwischen denen jeweils eine Abstandsschicht 12 für den Speiselösungskanal angeordnet ist, an ihren vorderen Enden, die dem Dorn über dessen gesamte Breite zugewandt sind, mit einem Klebstoff miteinander verklebt bzw. verbunden, wie es mit den gestrichelten Linien dargestellt ist. Die beiden Membranschichten 11 und 13, zwischen denen sich die Abstandsschicht 14 für das Permeat befindet, werden ebenfalls an ihren hinteren Enden über deren gesamte Breite mit Klebstoff miteinander verklebt bzw. verbunden, wie es ebenfalls mit den gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Membranschicht 13 des einzelnen Schichtenpaketes III und die Membranschicht 11 des einzelnen Schichtenpaketes I werden an den hinteren Kanten bzw. Rändern der Schichten über deren gesamte Breite miteinander verbunden, wie es ebenfalls gestrichelt dargestellt ist. Auf diese Weise sind sämtliche Membranschichten miteinander verbunden und bilden eine schlaufenförmige Gesamtmembranschicht. Sämtliche Abstandsschichten 12 für die Speiselösung befinden sich außerhalb der Schlaufe, während alle Abstandsschichten 14 für das Permeat innerhalb der Schlaufe liegen. Die benachbarten Membranschichten 11 und 13, zwischen denen jeweils eine Abstandsschicht 14 für das Permeat angeordnet ist, werden dann an ihren entgegengesetzten Seitenkanten über deren gesamte Länge mit einem Klebstoff miteinander verbunden, um eine Umhüllungsöffnung an dem vorderen, die Abstandsschicht 14 enthaltenden Ende zu bilden.

An Stelle einer Verbindung mittels Klebstoff können die Membranschichten auch derart miteinander verbunden werden, daß die Enden der benachbarten Membranschichten sich überlappen und die Membranschichten im Bereich dieser sich überlappenden Abschnitte gefaltet werden. Wenn Klebstoff verwendet wird, wird dieser vorzugsweise auf die dafür vorgesehenen Abschnitte der Membranschichten aufgetragen, wenn die Schichtenanordnung hergestellt wird.

F i g. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Schichtenanordnung, bei der eine einzige Schicht einer durchlässigen Membran verwendet ist. Gemäß F i g. 2 sind drei einzelne Schichtenpakete III, II und I aufeinandergestapelt, um eine gemeinsame Schichtenanordnung zu bilden. Jedes einzelne Schichtenpaket umfaßt eine Abstandsschicht 14 für den Kanal für das Permeat, einen Abschnitt 13 einer Membranschicht 10, eine weitere Abstandsschicht 12 für den Speiselösungskanal und einen weiteren Abschnitt 11 der Membranschicht 10. Die beiden Abschnitte 11 und 13 der Membranschicht 10, zwischen denen jeweils eine Abstandsschicht 12 für den Speiselösungskanal liegt, sind an ihren vorderen Enden miteinander verbunden. Die beiden Abschnitte 11 und 13 der Membranschicht 10, zwischen denen jeweils eine Abstandsschicht 11 für den Kanal für das Permeat liegt, sind an ihren hinteren Enden miteinander verbunden. Nachdem die zusammengefaßte Schichtenanordnung spiralförmig auf einen Dorn aufgewickelt ist, werden der Abschnitt 11 des einzelnen Schichtenpaketes !¹I und der Abschnitt 13 des einzelnen Schichtenpaketes I zur Bildung einer Schleife bzw. Schlaufe der Membranschicht an ihren hinteren Enden miteinander verbunden. Sämtliche Abstandsschichten 12 für den Speiselösungskanal befinden sich außerhalb der Schleife bzw. Schlaufe, während alle Abstandsschichten 14 für den Kanal für das Permeat sich innerhalb der Schleife bzw. Schlaufe befinden.

ίο Gegenüber der in F i g. 1 dargestellten ersten Ausführungsform hat die in F i g. 2 dargestellte zweite Ausführungsform einige Vorteile. So ist beispielsweise das Zerschneiden einer Membranschichtbahn in einzelne Membranschichten zur Herstellung der Schichtenanordnung überflüssig, und die Anzahl der miteinander zu verbindenden Membranschichtabschnitte ist herabgesetzt, so daß demzufolge auch die Arbeit zum Verbinden der jeweiligen Membranschichtabschnitte mittels eines Klebstoffes und die Menge an verwendeten Klebstoff herabgesetzt wird.

Erfindungsgemäß kann ein einzelnes Schichtenpaket, das aus zwei Membranschichten 11 und 13 und zwei Abstandsschichten 12 und 14 gemäß den in den Fig. 1 oder 2 dargestellten Schichtenpaketen oder eine kombinierte Schichtenanordnung, die aus mehreren Einzelpaketen besteht und in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, dazu verwendet werden, um ein spiralförmiges Flüssigkeitstrennungselement herzustellen. Wenn eine Schichtenanordnung auf einen Dorn aufgewickelt wird, wird mindestens eine Abstandsschicht 14 für den Kanal für das Permeat an den gegenüberliegenden Ecken der vorderen Kanten an dem Dorn befestigt.

Bei den Ausführungsformen gemäß den F i g. 1 und 2 sind die nach vorn verlängerten Abstandsschichten 14 diejenigen, die an den jeweiligen Dornen zu befestigen sind.

Die Fig. 3, 4 und 5 stellen Ausführungsformen einer ersten Verfahrensweise zum Ausbeulen bzw. Ausbuchten einer Schichtenanordnung dar. Bei jeder Ausführungsform wird für eine vereinfachte Erklärung des Verfahrens ausgegangen von einem einzelnen Schichtenpaket.

Gemäß Fig.3 wird von einem Schichtenpaket I der in F i g. 1 dargestellten Art ausgegangen, das im Querschnitt aus einer Membranschicht 11, einer Abstandsschicht 12 für den Speiselösungskanal, einer Membranschicht 13 und einer Abstandsschicht 14 für die Förderung des Permeats besteht. Der vordere Rand der Abstandsschicht 14 für das Permeat ist an den Enden an

so einem Hohldorn 2 befestigt. Die einzelnen Schichten werden über Abstandsstangen 21, 22, 23 geführt, die jeweils zwischen den benachbarten Schichten liegen und sich jeweils über deren gesamte Breite erstrecken. Die erste Abstandsstange 21 hält die Membranschicht 11 im Abstand von der Abstandsschicht 12, die zweite Abstandsstange 22 liegt zwischen der Abstandsschicht 12 und der Membranschicht 13, und die dritte Abstandsstange 23 liegt zwischen der Membranschicht 13 und der Abstandsschicht 14. Die drei Abstandsstangen liegen parallel zur Achse des Domes 2 im vertikalen Abstand voneinander und befinden sich in der Nähe des Domes 2. Die Abstandsstangen können an geeigneten Stellen befestigt bzw. gehalten sein. Die Stangen können alternativ während des Aufwickelprozeßes in vertikaier Richtung verschoben werden, wenn die Menge der aufgewickelten Schichtenanordnung anwächst Bei dieser Ausführungsform wird der Dorn 2 derart in Rotation versetzt, daß die Schichtenanordnung 1 eng spiral-

förmig 'im den Dorn gewickelt wird. In diesem Fall kann die Schichtenanordnung in dem erforderlichen Umfang einer Zugkraft ausgesetzt werden. Wenn die Spannung bzw. Zugkraft erhöht wird, wird dazu das Ausmaß der Aufwickeldichte erhöht. Die Spannung bzw. Zugkraft wird vorzugsweise auf die Schicht ausgeübt, die mit ihrem vorderen Ende an dem Dorn befestigt ist, oder auf das äußere Schichtenelement, nämlich die Membranschicht 11. Wenn es notwendig ist, daß sämtliche Schichten einer Spannung bzw. Zugkraft ausgesetzt werden, ist es vorteilhaft, in der in F i g. 4 dargestellten Weise mittels einer Walze 16 eine Druckkraft auf einen Abschnitt bzw. Bereich der aufgewickelten Schichtenanordnung auszuüben.

Bei einer r.chematisch in F i g. 4 dargestellten Verfahrensweise wird eine Schichtenanordnung 1 der gleichen Art wie in F i g. 3 partiell in einer Richtung senkrecht zur Schichtenpaketoberfläche über die gesamte Breite davon mittels zwei Walzen 15 gepreßt, die einem umlaufenden Dorn 2 zugeschaltet sind, an dem eine Abstandsschicht 14 mit ihren Enden befestigt ist. Ein Abschnitt der fest bzw. eng auf den Dorn aufgewickelten Schichtenanordnung wird vorzugsweise über die gesamte Breite in radialer Richtung mittels einer Walze 16 gegen den Dorn gepreßt, wobei die Achse der Walze 15 parallel zur Dornachse liegt, so daß die Schichtenanordnung einer Spannung ausgesetzt ist.

Bei einer schematisch in F i g. 5 dargestellten Verfahrensweise wird wiederum von einer Schichtenanordnung 1 ausgegangen, das der iii Fig.2 dargestellten Schichtenanordnung entspricht. De; vorlaufende Rand einer Abstandsschicht 14 der Schichtenanordnung ist an den Ecken an einem Dorn 2 befestigt, und diese Abstandsschicht 14 wird einer Spannung bzw. Zugkraft ausgesetzt, indem man auf das hintere Ende dieser Abstandsschicht eine externe Kraft ausübt. Bei dieser Verfahrensweise wird der Dorn 2 derart angetrieben, daß die Schichienanordnung spiralförmig fest auf dem Dorn aufgewickelt wird.

Bei den anhand der F i g. 3, 4 und 5 beschriebenen Verfahrensweisen wird, während die Schichtenanordnung 1 fest auf dem Dorn aufgewickelt wird, ein bestimmter Abschnitt 1;(der Schichtenanordnung, d. h. der noch nicht auf den Dorn aufgewickelte Abschnitt la dazu gebracht bzw. gezwungen, sich in einer senkrecht zur Schichtenanordnungsoberfläche liegenden Richtung auszubauchen bzw. aufzuwölben, und zwar, wie es in den Figuren dargestellt ist, nach oben, bevor dieser Schichtenanordnungsabschnitt in engem Kontakt mit dem Dorn 2 oder einem bereits auf den Dorn aufgewikkelten Schichtenanordnungsabschnitt kommt, so daß die einzelnen Schichten partiell voneinander getrennt werden, wie es in den Figuren bereich des auFgewölbten Abschnittes D zum Ausdruck kommt. Durch diesen aufgewölbten Abschnitt D wandert die gesamte Schichtenanordnung von dem vorderen bis zum hinteren Ende, während der Dorn rotiert und die Schichtenanordnung auf diesen Dorn aufgewickelt wird. Während die Schichtenanordnung den aufgewölbten Abschnitt D durchläuft, beginnt die Trennung der jeweils benachbarten inneren und äußeren Schichtenelemente am hinteren Ende des aufgewölbten Abschnitts D, d. h. im Bereich der Trennlinie D\. Der erneute Kontakt der benachbarten Schichtenelemente beginnt am vorderen Ende des aufgewölbten Abschnittes D, nämlich im Bereich der Kontaktlinie D₂.

Die im folgenden beschriebenen und mit den Zeichen A und B versehenen Abschnitte der inneren und äußeren Schichten, die die Trennlinie D₁ passiert haben, bewegen sich gleichzeitig entlang gesonderter Bahnen zu der Kontaktlinie D₂. So folgt beispielsweise der Abschnitt A dem gekrümmten Weg der Ausbauchung, während der Abschnitt B einer geraden ebenen Bewegungsbahn folgt. Als Ergebnis davon wird der Abschnitt A gegenüber dem Abschnitt B verzögert, so daß die Aufwickelgeschwindigkeit des Abschnittes A im Bereich der Kontaktlinie D₂ mit der für einen normalen ίο Aufwickelprozeß benötigten Geschwindigkeit übereinstimmt, was mit anderen Worten ausgedrückt soviel heißt, daß der Abschnitt A relativ zu dem Abschnitt B um eine Differenzlänge zwischen den inneren und äußeren Schichten versetzt wird. Eine derartige Verzögering oder Relativverlagerung des inneren Schichtenelementes findet ohne irgendeinen Kontakt mit dem äußeren Schichtenelement statt und beeinflußt nicht den Ajschnitt irgendeines Schichtenelementes, der noch nicht die Trennlinie D\ erreicht hat. Dadurch werden sämtliehe Schichten fesi und eiig und ühfie üFiFiürriiäic RciäiiV-verlagerung und ohne Auftreten von Falten aufgewikkelt. Es ist weiterhin gewährleistet, daß jeder Abschnitt des Schichtenpaketes mit im wesentlichen der gleichen Spannung aufgewickelt wird.

Der in F i g. 5 veranschaulichte Ausbauchungsprozeß hat gegenüber den in den F i g. 3 und 4 dargestellten Prozessen den Vorteil, daß er sehr einfach durchführbar ist. Um diesen Prozeß jedoch wirkungsvoll durchzuführen, ist es notwendig, daß jede Schicht bzw. jedes Schichtenelement eine ausreichend hohe Steifigkeit hat, um zu gewährleisten, daß jede Schicht von der jeweils benachbarten Schicht getrennt wird, wenn sie entlang ihrer Oberfläche zusammengezogen bzw. eingeschnürt wird. Jede Schicht soll weiterhin einen ausreichend hohen Widerstand gegen Gleiten entlang der Oberfläche eines benachbarten Schichtenlementes haben. Dieser Gleitwiderstand kann durch den Klebstoff für das Verkleben der Membran bewirkt sein. Der Gleitwiderstand kann weiterhin auch dadurch erhöht werden, daß der Feuchtigkeitsgehalt in der Schichtenanordnung erhöht wird.

In F i g. 6 ist eine abgewandelte Verfahrensweise zum Ausbauchen einer Schichtenanordnung dargestellt. Dieser zweite Ausbauchprozeß wird in Verbindung mit einer Schichtenanordnung angewandt, die lose auf einen Dorn aufgewickelt ist, wobei beabsichtigt ist und erreicht wird, daß die lose aufgewickelte Schichtenanordnung in eine stramm aufgewickelte Schichtenanordnung umgewandelt wird, ohne daß es zu einer übermäßigen Relativverlagerung bzw. Relativbewegung der einzelnen Schichtenelemente und zu einer Faltenbildung in diesen Schichtenelementen bzw. Schichten kommt.

Gemäß F i g. 6 wird eine Schichtenanordnung IA lose auf einen Dorn 2 aufgewickelt, wobei das vordere Ende der Schichtenanordnung mit den Ecken an dem Dorn befestigt ist. Der Dorn ist zusammen mit der lose darauf aufgewickelten Schichtenanordnung zwischen Quetschrollen 17,18, und 19 drehbar gelagert. Die zur Dornachse parallelen Achsen der drei Quetschwalzen liegen im Abstand voneinander konzentrisch um die Dornachse. Die Achse der lose aufgewickelten Schichtenanordnung \A fällt mit der Dornachse zusammen, und von den einzelnen Quetschrollen wird auf die Schichtenanordnung ein Druck ausgeübt. Die Vorrichtung ist so gestaltet, daß jede Quetschrolle radial und partiell gegen die lose aufgewickelte Schichtenanordnung über deren gesamte Breite gedrückt wird, wobei jede Quetschrolle von der Rotationsbewegung der Schichtenanordnung in

Rotation versetzt wird.

In F i g. 7 ist ein Ausbauchungsphänome;« dargestellt, welches bei der in F i g. 6 dargestellten lose aufgewickelten Schichtenanordnung auftritt. Dieses Phänomen tritt bei rotierendem Dorn 2 auf, wenn die Quetschrollen 17, 18 und 19 gegen die lose aufgewickelte Schichtenanordnung gedrückt werden. Das Ausbauchphänomen ist im wesentlichen vergleichbar mit dem ersten Ausbauchprozeß, wie er in den F i g. 3,4 und 5 veranschaulicht ist Wie es in Fig.7 dargestellt ist, wird die lose aufgewikkelte Schichtenanordnung XA fest um den Dorn gelegt wenn dieser rotiert und das vordere Ende der Schichtenanordnung an dem Dorn befestigt ist Ein Abschnitt ta'der Schichtenanordnung, der noch nicht stramm aufgewickelt ist wird im Bereich jeder Quetschrolle radial ausgebaucht und zwar gerade bevor er in engen Kontakt mit dem Dorn 2 oder einem anderen bereits stramm aufgewickelten Abschnitt 16' der Schichtenanordnung kommt Auf diese Weise werden die einzelnen Schichten im Bereich jedes ausgebauchten bzw. aufgewölbten Abschnittes D'partiell voneinander getrennt

Das Ausmaß der Aufwickelstraffheit des Abschnittes la' nimmt radial nach innen in einer ersten Stuf·? zu, wenn der Dorn 2 rotiert und die Rollen 17, 18 und 19 gegen den Abschnitt la' gedrückt werden. Bei der abschließenden Stufe nimmt jedoch die Aufwickelstraffheit jedes Teiles des Abschnittes la'bis zu einem vorgegebenen Wert zu, so daß der Abschnitt la'in den Zustand einer stramm aufgewickelten Schichtenanordnung kommt wobei die Aufvt'.ickelstraffheit über den Radius Schichtenanordnung gleichmäßig ist

Bei dem zuletzt beschriebenen Aufwickelprozeß wird jeder Teil des lose aufgewickelten Abschnittes la'dazu gebracht eine höhere Aufwickelstraffheit anzunehmen, wenn er jede der einzelnen Rollen 17,18 oder 19 passiert, und zwar verglichen mit dem Zustand vor dem Passieren der entsprechenden Rolle. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß jeder Teil in einen engeren Kontakt mit einem jeweils inneren Teil bzw. Abschnitt der aufgewickelten Schichtenanordnung kommt wenn man den Zustand hinter und vor den einzelnen Quetschrollen berücksichtigt Der zuletzt beschriebene Aufwickeiprozeß läuft ohne übermäßige Relativverlagerung und ohne Faltenbildung ab. Dieses rührt daher, daß die Schichtenelemente jedes Teiles bzw. Abschnittes aufgewölbt bzw. ausgebaucht werden, so daß sie partiell voneinander getrennt werden, bevor dieser Teil die einzelne Rolle passiert.

Jede der drei Rollen hat im wesentlichen zwei Funktionen. Eine dieser Funktionen entspricht der Funktion der Walze 16 gemäß Fig.4, d.h. die Schichtenanordnung wird durch die Rolle bzw. Walze gespannt, so daß die Schichtenanordnung bei rotierendem Dorn fest bzw. stramm aufgewickelt wird. Die andere Funktion entspricht im wesentlichen der Funktion der in F i g. 4 dargestellten Druckwalzen 15. Im Fall der Fig.6 und 7 entsprechen die Quetschrollen 17, 18 und 19 und ein Abschnitt Xb' der Schichtenanordnung, der bereits stramm aufgewickelt worden ist, dem Druckwalzenpaar 15 von F i g. 4; ein anderer Abschnitt la'der Schichtenanordnung, der noch nicht stramm sondern nur lose aufgewickelt worden ist, entspricht dem noch nicht aufgewickelten Abschnitt Xa der Schichtenanordnung in Fig.4. Der fest aufgewickelte Abschnitt Xb' der in F i g. 7 dargestellten Schichtenanordnung entspricht außerdem dem aufgewickelten Abschnitt ib der Schichtenanordnung in Fig.4. Infolgedessen spielt der fest aufgewickelte Abschnitt Xb'im wesentlichen die gleiche Rolle wie eine der Druckwalzen 15 und der aufgewikkelte Abschnitt 1 b in F i g. 4.

Der zuletzt beschriebene, d. h. zweite Ausbauch- bzw. Aufwölbungsprozeß kann auch nur mit einer einzigen Quetschrolle an Stelle von mehreren Rollen, wie sie bei den Ausführungsformen gemäß den F i g. 6 und 7 unterstellt sind, durchgeführt werden. Wenn jedoch nur eine einzige Quetschrolle am Umfang der lose aufgewickelten Schichtenanordnung wirksam ist, wird die Achse des Domes instabil, und es kommt zu einer Durchbiegung des Domes. Die Qualität der dicht bzw. stramm aufgewickelten Schichtenanordnung nimmt demzufolge ab, und zwar verglichen mit einer Prozeßdurchführung mit mehreren Quetschroüen. Die Tendenz der Dorndurch biegung wird im übrigen auch noch dann erhöht wenn dieser aus einem flexiblen Material, beispielsweise einem synthetischen Hani, besteht

Vom Gesichtspunkt der Qualität einer eng bzw. stramm aufgewickelten Schichtenanordnung ist der zu letzt beschriebene, d. h. zweite Aufwölbungs- bzw. Aus bauchprozeß vorteilhalter als der oben zuerst beschriebene Aufwölbungsprozeß. Ausgehend davon ist es vorteilhaft, in der folgenden Weise zu verfahren. In einer ersten Stufe wird der erste Ausbauch- bzw. Aufwöl bungsprozeß zum losen Aufwickeln einer Schichtenan ordnung angewandt, und in einer zweiten Stufe wird der zweite Aufwölbungs- bzw. Ausbauchungsprozeß bei der bereits lose aufgewickelten Schichtenanordnung durchgeführt, um eine stramm aufgewickelte Schichten anordnung zu erhalten.

In den Fig.8 und 9 ist eine bevorzugte und in der Konstruktion einfache Vorrichtung dargestellt mit der di«e beiden ersten und zweiten Ausbauch- bzw. Aufwölbungsprozesse in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden können. So ist insbesondere in Fig.8 der erste Ausbauch- bzw. Aufwölbungsprozeß für eine Schichtenanordnung 1 dargestellt wobei bezüglich des Verfahrensablaufes Übereinstimmung mit F i g. 5 besteht F i g. 9 veranschaulicht den zweiten Auf- Wölbungsprozeß für eine lose aufgewickelte Schichten anordnung 1, wobei im wesentlichen Übereinstimmung mit der Verfahrensweise gemäß F i g. 6 besteht

Gemäß den F i g. 8 und 9 enthält die Vorrichtung eine Einrichtung 30 für die Lagerung eines rotierenden Dor nes 2 und eine Einrichtung 40, um die lose auf den Dorn 2 aufgewickelte Schichtenanordnung XA entlang von drei sich über die gesamte Schichtenanordnungsbreite erstreckenden und über den Umfang verteilten Mantellinien X, Y und Z partial radial nach innen zu drücken.

Die Vorrichtung enthält weiterhin eine Einrichtung 50 zum Zuführen der Schichtenanordnung 1 zum Dorn 2.

Die Einrichtung 30 umfaßt einen beweglichen Träger 31, der einen Antriebsmotor für den Dorn 2 trägt. Der Träger 31 ist entlang der beiden vertikalen Führungs- Stangen 41 verschiebbar, d. h. der Träger kann entlang dieser vertikalen Führungsstangen auf und ab bewegt werden. Die Preßeinrichtung 40 umfaßt eine untere Walze 43, die drehbar in bzw. auf einem stationären Untergestell 44 gelagert ist, und zwei Oberwalzen bzw. Oberrollen 45, die drehbar in einem Lagerblock 47 gelagert sind. Der Lagerblock 47 ist an einem beweglichen Querträger 48 befestigt der vergleichbar dem Träger 31 gleitend auf den Führungsstangen 41 montiert ist, so daß der Querträger 48 entlang dieser Führungsstangen auf und ab bewegt werden kann. Der Träger 31 liegt zwischen den Oberwalzen bzw. Oberrollen 45 und der Unterwalze bzw. Unterrolle 43. Dem Querträger 48 sind Stellorgane zugeordnet, um die Positionen der beiden

Oberwalzen 45 relativ zum Dorn 2 zu justieren, und auf den Querträger 48 wirkt eine von einem Druckantrieb, beispielsweise einem Luftzylinder, ausgehende externe Kraft ein. Die Zuführungsemrichtung 50 umfaßt eine langgestreckte Platte 51 und einen Rollenförderer 52 mit frei rotierenden Rollen 52a, die eine Bewegungsbahn für die Platte 51 bilden. Die Schichtenanordnung wird auf die Platte 51 gelegt und entlang des Rollenförderers 52 zusammen mit der Platte 51 nach vorne bewegt, wenn der Dorn 2 rotiert und das vordere Ende der Schichtenanordnung an diesem Dorn befestigt ist

Die Oberwalzen bzw. Oberroilen 45 funktionieren in Zusammenarbeit mit dem verschiebbaren Querträger 48 und dem DrucJduftzylinder als die Einrichtung A, um auf die lose aufgewickelte Schichtenanordnung eine Druckkraft entlang von zwei Mantellinien auszuüben, die sich über die gesamte Schichtenanordnungsbreite erstrecken. Die Unterwalze bzw. Unterrolle 43, die an dem stationären Untergestell 44 gelagert ist, stellt die Einrichtung B dar, um die aufgewickelte Schichtenanordnung abzustützen bzw. zu tragen. Wenn die Oberrollen bzw. Oberwalzen 45 gegen die lose aufgewickelte Schichtenanordnung IA gedrückt werden, wird die Schichtenanordnung gegen die Unterwalze bzw. Unterrolle 43 gepreßt bzw. gedrückt Auf diese Weise wird eine Durchbiegung des Domes und der aufgewickelten Schichtenanordnung verhindert während auf die aufgewickelte Schichtenanordnung von den Walzen bzw. Rollen 45 und 43 eine radiale Druckkraft ausgeübt wird.

Wenn es sich bei dem Dorn 2 um einen starren Körper handelt, der drehbar auf einem stationären Träger gelagert ist, reicht es unter Umständen aus, nur mit einer Druckeinrichtung, beispielsweise der oben beschriebenen kruckeinrichtung A zu arbeiten, um den zweiten Aufwölbungs- bzw. Ausbauchungsprozeß durchzuführen. Im allgemeinen handelt es sich jedoch bei den Dornen meistens um flexible Körper aus einem Kunstharz. In einem solchen Fall ist es daher notwendig, nicht nur eine Dreheinrichtung, beispielsweise die Druckeinrichtung A, zu verwenden, sondern auch eine Stützeinrichtung, beispielsweise die Stützeinrichtung B, um sicherzustellen, daß der Dorn und die aufgewickelte Schichtenanordnung nicht durchgebogen oder anders verformt werden.

Die in den Fig. 10 und 11 dargestellten Vorrichtungen entsprechen in ihrer grundsätzlichen Arbeitsweise im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig.9, um zumindest den zweiten Aufwölbungs- bzw. Ausbauchungsprozeß durchzuführen. Die Vorrichtungen gemäß den Fig. 10 und 11 enthalten eine Druckeinrichtung A, um auf eine lose aufgewickelte Schichtenanordnung 1/4 eine Druckkraft auszuüben; die Einrichtung A umfaß?, einen beweglichen Querträger 48 und zwei drehbar an dem beweglichen Querträger montierte Walzen bzw. Rollen 45. Es ist weiterhin eine Stützeinrichtung B für die lose aufgewickelte Schichtenanordnung vorgesehen; diese Stützeinrichtung B enthält ein stationäres Untergestell 44 und zwei an diesem stationären Untergestell drehbar gelagerte Walzen bzw. Rollen 43. Die Walzen bzw. Rollen 45 der Druckeinrichtung A werden von einem Druckluftzylinder od. dgl. gegen die lose aufgewickelte Schichtenanordnung \A gedruckt, während die Walzen bzw. Rollen 43 die lose aufgewikkelte Schichtenanordnung \A von unten her abstützen. Bei beiden Ausführungsformen sind Lager- und Antriebsorgane für den rotierend antreibbaren Dorn 2 vorgesehen, etwa vergleichbar der Einrichtung 30 bei der Ausführungsform gemäß F i g. 8. Während bei der Ausführungsform gemäß F i g. 10 ein einziges horizontal gelagertes Untergestell 44 mit zwei Rollen bzw. Walzen 43 vorgesehen ist und an dem oberen Querträger 48 ebenfalls zwei Walzen bzw. Rollen 45 montiert sind, sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 zwei schräggestellte Untergestelle 44 mit jeweils zwei Rollen bzw. Walzen 43 vorgesehen, wobei an dem oberen Querträger 48 nur eine Oberwalze bzw. Oberrolle 45 gelagert ist

In den Fig. 12 und 13 ist ein Flüssigkeitstrennorgan bzw. Flüssigkeitstrennelement der in der US-PS 3 93 646 beschriebenen Art dargestellt Dieser Flüssigkeitsseparator ist aus einer zusammengefaßten Schichtenanordnung der in Fig.2 dargestellten Art hergestellt wobei mittels der in F i g. 8 dargestellten Vorrichtung die ersten und zweiten Aufwölbungs- bzw. Ausbauchungsprozeße durchgeführt wurden. In diesem Fall wurde der erste Ausbauchungsprozeß durchg«rcihrt, so wie er in den F i g. 5 oder 8 dargestellt ist wobei die Schichtenanordnung lose auf einem Hohldorn 2 mit einer Vielzahl von Löchern 2a aufgewickelt wurde.

Gemäß den Fig. 12 und 13 ist aus einer semipermeablen Membranbahn 10 bei jedem der einzelnen Schichtenpakete I, II, III eine erste Membranschicht 11 und eine zweite Membranschicht 13 gebildet Die beiden Enden der Membranbahn 10, d. h. das hintere Ende der zweiten Membranschicht 13 bei dem einzelnen Schichtpaket I und das hintere Ende der ersten Membranschicht bei dem einzelnen Schichtpaket Hl sind mit Klebstoff 61 miteinander verbunden, um dadurch eine Schlinge bzw. Schlaufe der Membranbahn 10 zu bilden. Die eng bzw. stramm aufgewickelte Schichtenanordnung \B hat drei zweite Abstandsschichten 12 für die Speiselösungszufuhr, die um den Dorn 2 drei spiralförmige Speiselösungskanäle bilden. Diese zweiten Kanäle sind an den vorderen, dem Dorn gegenüberliegenden Enden verschlossen und an ihrem hinteren, im Bereich der Peripherie bzw. des Umfangs der aufgewickelten Schichtenanordnung 1.S liegenden Enden offen. Die eng bzw. stramm aufgewickelte Schichtenanordnung IB hat weiterhin drei erste Abstandsschichten 14 für das Permeat, und diese Abstandsschichten 14 bilden um den Dorn 2 drei spiralförmige Kanäle für Permeat Diese ersten Kanäle sind an ihrem hinteren Ende im Bereich des Umfanges der aufgewickelten Schichtenanordnung geschlossen und an ihren vorderen Enden im Bereich des Domes 2 offen. Diese beiden Kanalarten sind voneinander durch die Membranschichtbahn 10, d. h. die ersten und zweiten Membranschichten 11 und 13 getrennt.

Alle Kanäle sind an den Spiralrändern der ersten und zweiten Membranschichten 11 und 12 bzw. an dem Spiralrand der Membranschichtbahn 10 über die gesamte Spirallänge mittels eines Verschlußelementes 62 aus starrem Material verschlossen. An den gegenüberliegenden Spiralrändern bzw. Spiralkanten sind die Membranschichten U und 13 bzw. die Spiralkante der Membranschichtbahn 10 mittels eines Verschlußelementes 63 aus starrem Material verschlossen, und zwar über den größten Teil der Spirallänge, wobei ein Längenabschnitt in unmittelbarer Nähe der Dornoberfläche offen ist. Die Kanäle für das Permeat stehen mit dem Inneren des Domes durch die Löcher 2a in Verbindung. Die Speiselösungskanäle sind partiell und axial an den Spiralrändem bzw. Spiralkanten der Schichten 11 und 13 bzw. dem Spiralrand der Membranschichtbahn 10 in der Nähe der Dornaußenseite offen, um den Fluß der nicht durchgetretenen Lösung durch einen Strömungsweg

17

63a zu ermöglichen. Die Speiselösung wird durch die durch den Abstand zwischen den Klemmstellen defioffenen Enden der Speiselösungskanäle eingespeist, wie niert ist, und daß man diesen Wert dann mit 100 multiplies durch die Pfeile angedeutet ist; die nicht durchgetre- ziert Diese Bruchdehnung wird mittels einer standarditene Lösung strömt in Pfeilrichtung durch den Strö- sierten Methode in Obereinstimmung mit der JIS Bemungsweg 63a ab, und das Permeat gelangt in der durch 5 zeichnung: Z-1702 unter den folgenden Bedingungen die Pfeile angedeuteten Weise durch die Löcher 2a in gemessen, den Innenraum des Domes 2. Die gegenüberliegenden Seitenränder bzw. Seitenkanten und die gegenüberlie- Testmaschine:

genden Enden der Membranschichtbahn 10 sind mittels Zugspannungsmesser vom Typ Tensilon

der Verschlußelemente 62 und 63 bzw. mittels des Klebstoffes 61 verschlossen worden, nachdem die kombinier- Prüflinge:

te Schichtenanordnung 1 eng bzw. straff auf den Dom 2 Probe von Danbel-Typ Nr.

aufgewickelt worden ist

Wenn für ein Flüssigkeitstrennelement bzw. einen Abstand zwischen den Klemmstellen:

Flüssigkeitsseparator mit spiralförmigen Aufbau eine 15 40 mm

einzige Membranschicht mit umgekehrter Osmosewirkung verwendet wird, wie es bei dem Element gemäß Die Prüflinge aus der Membran mit umgekehrter Os-F i g. 13 der Fall ist, treten die unten beschriebenen Pro- mosewirkung werden angefeuchtet, so daß die gleichen blemeauf. Bedingungen wie bei einem Flüssigkeitstrennelement

F i g. 14A zeigt in vergrößerter Darstellung das hinte- 20 bzw. einem Flüssigkeitsseparator vorliegen. Die Prüflinre verschlossen?- Ende 70 des Kanals für das Permeat, ge werden dann mit dünnem Papier belegt, während sie der von dem in Fig. 13 dargestellten abgebogenen Teil dem Test unterworfen werden, um eine Verdampfung der Membranschichtbahn 10 gebildet ist F i g. 14B zeigt des in den Prüflingen vorhandenen Wasser zu verhinin vergrößerter Darstellung das vordere geschlossene dem.

Ende 80 des Speiselösungskanales, wobei dieses Ende 25 Die Erfindung ist nicht nur in Verbindung mit einem durch das umgebogene Ende der in Fig. 13 dargestell- Flüssigkeitsseparator des in den Fig. 12 und 13 dargeten Membranschichtbahn 10 mit ufiigekehrter Osmose- stellten Spiraltyps anwendbar, d. h. des m der US-PS wirkung gebildet ist Bezogen auf die Abstandsschichten 3 93 646 beschriebenen Spiraltyps, sondern auch in Ver-14 und 12 sind die Außenflächen 71 und 81 der abgebo- bindung mit anderen spiralförmigen Flüssigkeitsseparagenen Endabschnitte 70 und 80 der eine umgekehrte 30 toren.

Osmosewirkung aufweisenden Membranschichtbahn 10

beträchtlich über uie Länge der Bahn 10 verlängert, und Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

zwar verglichen mit den L~nenfläi^Jjen 72 und 82 der

abgebogenen Endabschnitte ,oder den Rächen der anderen Abschnitte, wenn das Elcmen^f bzw. der Flüssigkeitsseparator zusammengesetzt und fertig ist. Die eine umgekehrte Osmosewirkung aufweisende Membran besteht aus einer Schicht mit einer höheren Dichte, d. h. einer Hautschicht, und einer anderen Schicht mit einer geringeren Dichte, d. h. einer porösen Schicht.

Die Außenfläche 71 des abgebogenen Endabschnittes 70 besteht aus einer Schicht mit hoher Dichte, während die Außenfläche 71 des abgebogenen Endabschnittes 80 aus einer Schicht niedrigerer Dichte besteht. Auf diese Weise bewirkt die beträchtliche Verlängerung der Außenfläche 71 des abgebogenen Endabschnittes 70, daß eine reduzierte Durchlaßfunktion ausgeübt wird, und zwar verglichen mit den anderen Abschnitten, was soviel bedeutet, daß die zugeführte Speiselösung oder die nicht durchgetretene Lösung in die Abstandsschicht 14 strömen kann. Dadurch wird die Leistung des Flüssigkeitsseparators beträchtlich beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu führt die beträchtliche Verlängerung der Außenfläche 81 nicht dazu, daß die Durchlaßfunktion des Abschnittes 80 reduziert wird, da die Innenfläche 82, die aus der Schicht mit höherer Dichte besteht, nicht vergrößert sondern im Gegensatz dazu eingeschnürt ist. Das oben behandelte Problem wird gelöst, indem man eine Membran mit umgekehrter Osmosewirkung auswählt, die eine »prozentuale Bruchdehnung« mit einem ausreichend hohen Wert hat, um eine wesentliche Dehnung bzw. Vergrößerung zu vermeiden; die prozentuale Bruchdehnung ist vorzugsweise nicht weniger als 5% und insbesondere 6,5%.

Die prozentuale Bruchdehnung wird in der Weise berechnet, daß man die Dehnung zum Zeitpunkt düs Bruches bzw. Zerreißens einer Probe durch die ursprüngliche Meßlänge der Probe dividiert, wobei diese Länge

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Flüssigkeitstrennelementes bzw. Flüssigkeitsseparators mit einem Hohldorn und einer Schichtenanordnung, die aus mehreren einzelnen Schichten bzw. Schichtenelementen besteht und die eng bzw. straff auf den Dorn aufgewickelt ist, wobei man das vordere Ende der Schichtenanordnung (t)andemDorn(2) befestigt und den Dorn (2) in Rotation versetzt, um die Schichtenanordnung (1) spiralförmig und fest bzw. straff auf dem Dorn aufzuwickeln, dadurch gekennzeichnet, daß man die einzelnen Schichten zunächst übereinander stapelt und an- is schließend diese Schichtenanordnung spiralförmig und straff auf den Dorn aufwickelt, wobei man einen noch nicht auf den Dorn aufgewickelten Abschnitt der Schichtenanordnung senkrecht zur Oberfläche dieser Schicfclsnanordnung aufwölbt bzw. ausbaucht, unmittelbar bevor dieser Abschnitt in engen Kontakt mit dem Dorn oder mit einem anderen bereits fest auf dem Dorn aufgewickelten Abschnitt der Schichtenanordnung kommt, so daß im Bereich dieses aufgewölbten Abschnittes die einzelnen Schichten der Schichtenanordnung teilweise voneinander getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Aufwölben bzw. vorübergehenden Trennen der einzelnen Schichten mit ihren Achsen paralle! zu· der Achse des Domes (2) liegende Abstandsstangen (21, 22, 23) derart verwendet, daß jede Abstandsstange zwischen benachbarte Schichten bzw. Schiehteneiementen der Schichtenanordnung an einer Stelle zwische.igelegt ist, die direkt der Kontaktstelle der Schichtenanordnung mit dem Dorn oder einem anderen bereits fest aufgewikkelten Abschnitt der Schichtenanordnung vorgeschaltet ist, und daß man sämtliche Abstandsstangen im Abstand voneinander in einer senkrecht zur Oberfläche der Schichtsnanordnung liegenden Richtung hält

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schichtenanordnung aus einzelnen Schichten bzw. Schichtenelementen zusammenstellt, von denen jedes eine ausreichende Steifigkeit hat, um partiell bzw. vorübergehend von dem benachbarten Schichtenelement getrennt zu werden, wenn dieses zusammengezogen bzw. zusammengepreßt wird, und daß man ein Paar Walzen bzw. Rollen, deren Achse parallel zur Achse des Dorns liegen, in einer solchen Weise verwendet, daß ein erster, noch nicht aufgewickelter Abschnitt der Schichtenanordnung partiell von dem Rollenpaar gepreßt bzw. komprimiert wird, während dieser erste Abschnitt zwischen diesen Walzen (15) hindurchgeführt wird, gerade bevor dieser Abschnitt in engen Kontakt mit dem Dorn oder einem bereits fest aufgewickelten zweiten Abschnitt der Schichtenanordnung kommt, um dadurch diesen ersten Abschnitt senkrecht zur Oberfläche der Schichtenanordnung aufzuwölben bzw. auszubauchen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim festen Aufwickeln der Schichtenanordnung auf den Dorn eine Walze (16), deren Achse parallel zur Achse des Domes liegt, radial gegen einen bereits fest aufgewickelten Abschnitt der Schichtenanordnung drückt bzw. preßt.

5. Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Flüssigkeitstrennelementes bzw. Flüssigkeitsseparators mit einem Hohldom und einer Schichtenanordnung, die aus mehreren einzelnen Schichten bzw. Schichtenelementen besteht und die eng bzw. straff auf den Dorn aufgewickelt ist, wobei man das vordere Ende der Schichtenanordnung (1) an dem Dom (2) befestigt und den Dom (2) in Rotation versetzt, um die Schichtenanordnung (1) spiralförmig unc¹ fest bzw. straff auf dem Dorn aufzuwickeln, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bildung der Schichtenanordnung die einzelnen Schichten bzw. Schichtenelemente aufeinander stapelt, anschließend in einer ersten Stufe bei rotierendem Dom diese Schichtenanordnung spiralförmig und lose auf den Dom aufwikkelt und in einer zweiten Stufe diese lose aufgewikkelte Schichtenanordnung bei rotierendem Dom strafft, wobei man einen noch nicht gestrafften Abschnitt der in der ersten Stufe lose aufgewickelten Schichtenanordnung dadurch strafft, daß man mindestens eine Walze bzw. Rolle, deren Achse parallel zur Achse des Domes liegt, radial gegen die lose aufgewickelte Schichtenanordnung drückt, um einen noch nicht gestrafften Abschnitt der Schichtenanordnung aufzuwölben bzw. auszubauchen, gerade bevor dieser Abschnitt mit dem Dorn oder einem anderen bereits gestrafften Abschnitt dieser Schichtenanordnung in engen Kontakt kommt, derart, daß im aufgewölbten Abschnitt die einzelnen Schichten der Schichtenanordnung partiell bzw. vorübergehend voneinander getrennt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe bereits eine Vorstraffung durchführt, indem man diese gemäß Patentanspruch 1 durchführt.

7. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren gemäß Patentansprüche 1 —6, mit einer Einrichtung zur Lagerung und zum Antrieb eines Domes, dadurch gekennzeichnet, daß sie Drupk- bzw. Preßeinrichtungen (40) aufweist, um die Schichtenanordnung zumindest an einer Stelle des Umfangs dieser Schichtenanordnung über deren gesamte Breite radial nach innen einzudrücken, und daß eine Einrichtung zum Abstützen dieser Schichtenanordnung vorgesehen ist, wobei die Elemente zum Ausüben eines Druckes auf die Schichtenanordnung und die rotierenden Einrichtungen an beweglichen Trägern (31,48) gelagert sind, während die Stützeinrichtung an einem stationären Untergestell (44) montiert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zum Ausüben eines Druckes auf die Schichtenanordnung mindestens eine Walze bzw. Rolle umfassen, die gegen die Schichtenanordnung preßbar bzw. drückbar ist und an dem beweglichen Träger dieser Druckeinrichtung drehbar gelagert ist, und daß die Stützeinrichtung mindestens eine Walze bzw. Rolle (43) umfaßt, auf der die Schichtenanordnung aufliegt und die drehbar im stationären Untergestell (44) gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie stationäre Führungselemente (41) für die beweglichen Druck- und Antriebselemente umfaßt, die auf dem stationären Untergestell (44) der Stützeinrichtung montiert sind, wobei die beweglichen Träger (31, 48) für die Druckeinrichtung und das Antriebsaggregat verschiebbar auf diesen Führungselementen (41) gelagert sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Walzen (43) der Druckeinrichtung (40) mittels eines Druckluftzylinders an die Schichtenanordnung gepreßt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (50) umfaßt, um dem Dorn (2) die aufzuwickelnde Schichtenanordnung zuzuführen, die einen Rollenförderer (52) mit frei rotierenden Rollen (52a) und eine auf dem Rollenförderer (52) liegende langgestreckte flache Platte (51) umfaßt, auf die eine noch nicht auf dem Dorn aufgewickelte Länge der Schichtenanordnung aufüegbar ist