DE2809321B2 - Einmalfiltergehäuse - Google Patents
EinmalfiltergehäuseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Einmalfiltergehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art.
Solche Gehäuse aufweisenden Einmalfilter gehören zum gebräuchlichen Stand der Technik und werden auf
den verschiedensten Gebieten eingesetzt, beispielsweise in der medizinischen und pharmazeutischen Praxis, zu
Umweltschulzzwecken und im Laboratoriumsbetrieb. Sie werden meist dann herangezogen, wenn relativ
kleine Fluidmengen mit höchstem Reinheitsgrad benötigt werden. Diese Filter dienen insgesamt, also
einschließlich des Gehäuses, nur zum einmaligen Gebrauch.
Die Einmalfilter der in Rede stehenden Art sind für
den Druckfiltrationsbetrieb bestimmt. Das zu filtrierende Fluid, eine Flüssigkeit oder ein Gas, wird unter
Druck, in der Regel unter einem Druck im Bereich von ca. 1 bis 10 bar, auf die Filteroberfläche gegeben. Solche
Drücke sind dabei zur Erzielung ausreichender Filtrationsgeschwindigkeiten
erforderlich, da die verwendeten Filter in aller Regel relativ langsam filtrierende
Membranfilter sind. Grundsätzlich gilt dabei: je höher der Filtrationsdruck ist, desto kürzer ist die zur
Filtration eines vorgegebenen Volumens erforderliche Zeit.
Die Einmalfilter der in Rede stehenden Art müssen als
Wegwerfartikel und Massenartikel besonders preiswert herstellbar sein. Aus Materialgründen und aus konstruktiven
Gründen sind daher den Fütrationsdrücken, bis zu denen solche Einmalfiiter einsetzbar sind, nach oben hin
Grenzen gesetzt. Diese Grenzen liegen dabei für das gebräuchlicherweise aus Kunststoff bestehende und
durch Verschweißen des Oberteils mit dem Unterteil hergestellte Filtergehäuse in der Größenordnung von
ca. 15 bar. Wenn die heute gebräuchlichen Einmalfiiter
dennoch nur für Filtrationsdrücke im Bereich von ca. 1 bar eingesetzt werden können, so liegt das daran, daß
das Filter unter dem hohen Strömungsdruck, unter dem das zu filtrierende Medium durch den Aufgabekanal in
das Filtergehäuse eingedrückt wird, reiiit.
Das gleiche Problem tritt auch bei den großen, teuren, aufwendigen und für eine jahrelange Benutzung
ausgelegten Druckfiltrationsgeräten aus Stahl auf. Bei diesen Geräten h»i das Problem dadurch gelöst worden,
daß das Niederhalten des Filters auf der Filterunterstützung durch ein besonderes Konstruktionselement
bewirkt wird, nämlich durch das sogenannte Rückstausieb. Dieses Rückstausieb kann entweder im Unterteil
oder im Oberteil des Filtergehäuses leicht lösbar und entfernbar gehaltert sein. Die Halterung erfolgt in der
Weise, daß die nach unten gekehrte Innenfläche des Gehäuseoberteils frei bleibt. An dieser zur freien
Verfügung stehenden inneren Oberfläche des Oberteils ist über Abstandsstücke ein sogenanntes Prallblech
angeschraubt. Dieses Prallblech lenkt den unter Druck axial in das Filtergehäuse eintretenden Zulaufstrom
radial ab und verhindert so. daß der Zulaufstrom direkt senkrecht auf das Filter trifft.
Diese Bauweise ist für die in Rede stehenden Einmalfilter, die Massenartikel und Wegwerfartikel
sind, aus Kostengründen von vornherein ausgeschlossen. Es sind daher Einmalfiiter der in Rede stehenden
Art bekanntgeworden, die ohne Rückstausieb und ohne Prallblech ausgestaltet sind und bei denen die
Filtermembran peripher zwischen den beiden Gehäuseiiälften
eingeschweißt ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den so ausgebildeten Einmalfiltern die Filtermembran
durch das fehlende Rückstausieb bereits bei geringem Filtrationsdruckschwankungen nicht mehr
ausreichend auf der Filterunterstützung niedergehalten wird und dadurch leicht zum Einreißen neigt. Insbesondere
ist mit solchen Filtern auch kein Filtrieren in Rückwärtsrichtung möglich, also beispielsweise beim
Ansaugen einer Injektionslösung aus einem Vorratsbehalter in eine Spritze.
Wesentlich verbessert liegen demgegenüber die Verhältnisse bei dem eingangs genannten Einmalfiltergehäuse.
Die Unterseite des Gchäuscoberteils ist mit radial verlaufenden Rippen versehen, deren Unterkanten
beim zusammengesetzten Einmalfilter entweder unmittelbar auf oder nicht über der Filteroberfläche, in
der Regel also der Membranoberfläche, liegen. Diese einstückig mit dem Oberteil des Filtergehäuses ausgcbil-
deten Rippen, gebräuchlicherweise etwa acht bis zwölf an der Zahl, halten das Filter auf der Filterunterstützung
nieder und erfüllen damit im wesentlichen die Funktion des Rückstausiebes der großen Druckfiltrationsgeräte.
Durch diese Ausbildung und Anordnung der Niederhalterippen ist jedoch die übliche Anordnung des
Prallblechs über dem Rückstausieb ausgeschlossen. Die aus dem gebräuchlichen Stand der Technik bekannten
Einmalfiltergehäuse weisen daher einen Zulaufkanal auf, der sich frei unmittelbar über der Filteroberfläche
öffnet. Dies führt dazu, daß in der eingangs erläuterter. Weise die gebräuchlichen Einmalfiltergehäuse nur mit
rund 10% des Filtrationsdrucks beaufschlagt werden können, den auch das billigste Gehäuse aufzunehmen in
der Lage wäre.
Weiterhin ist aus der DE-OS 26 03 411 eine zum mehrmaligen Gebrauch bestimmte Filtereinheit bekannt,
die der verfälschungssicheren Luftstaubmessung dient. Die Filtereinheit besteht aus einem wiederverwendbaren
Staubsammlergehäuse mit zwei aiwwechsslbaren
Einsätzen, nämlich einer Filterkapsel und einem Labyrintheinsatz. Die konische Filterkapsel und der
napfartige Labyrintheinsatz sind axial hintereinandergeschaltet. Diese Anordnung erzwingt eine relativ
große Bauhöhe der Filtereinheit Durch die aufwendigen konstruktiven Merkmale ist die bekannte Filtereinheit
auch relativ teuer in der Herstellung. Solche Herstellungskosten sind für Filtereinheiten vertretbar,
die wiederverwendbar sind und beim Anwender langjährig benutzt werden. Sie sind jedoch nicht für
sogenannte Einmalfilter tragbar, die nur für den einmaligen Gebrauch bestimmt sind und nach dieser
einmaligen Benutzung weggeworfen werden. Angesichts der naturgemäß hohen Stückzahl, in der solche
Einmalfilter anwenderseitig benötigt werden, spielen die Herstellungskosten der Einmalfilter eine ausschlaggebende
Rolle. Andererseits wären ohne solche Einmalfilter beispielsweise die heute gebräuchliche
Sterilfiltration kleiner Volumina überhaupt nicht denkbar.
Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gebräuchlichen
Einmalfiltergehäuse der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß diese o>nc eine Erhöhung
der Herstellungskosten in Kauf nehmen zu müssen, die Herstellung von Einmalfiltern ermöglichen, die bis zu
dem für das Gehäuse zulässigen Grenzdruck uneingeschränkt einsatzfähig sind und auch bei Ansaugbetrieb
zuverlässig arbeiten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Einmalfiltergehäuse vorgeschlagen, das die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs I genannten Merkmale aufweist.
Das Wesen der Erfindung liegt also darin, daß die Prallscheibe nicht über dem Rückhalteorgan für das
Filter, sondern in einer Ebene mit diesem ausgebildet ist und nicht am Oberteil des Filtergehäuses, sondern direkt
am Rückhalteorgan gehaltert ist. Sie hält damit das Filier insbesondere auch direkt über dem Auslaßkanal
nieder, erfüllt also zusätzlich auch eine Niederhaltefunktion, so daß ein unter Verwendung dieses Filtergehäuses
aufgebauter Einmalfilter auch in Rückwärtsrichtung benutzt werden kann, beispielsweise also auch zum
Ansaugen einer Vonatslösung in eine Spritze hinein. Das Filtergehäuse erlaubt die Herstellung von Einmalfiltern
aus nur drei Einzelteilen, nämlich dem Oberteil, dem Unterteil und dem Filter, zu den gleichen
Herstellungskosten wie f*i«f gebräuchlichen Einmalfilter
mit jedoch technischen Betiiebskenndaten wie sie sonst
nur teuere, große und aufwendige Druckfiltralionsgeräte aufweisen. Berstdruckversuche haben gezeigt, daß bei
den Einmalfiltern nach dem Stand der Technik ausnahmslos die Filtermembran unter dem Aufgabeeinlaß
durchbrach, während bei den Einmalfiltern mit Filtergehäusen gemäß der Erfindung stets das Gehäuse
selbst barst, und zwar meist durch Aufreißen der Schweißnaht, während die Filtermembran völlig unver-
lu letzt blieb. Die Berstdrücke für die Einmalfilter nach
dem Stand der Technik lagen unter 2 bar. während sie für die Einmalfilter mit dem Filtergehäuse der Erfindung
in jedem Fall bei Werten von über 10 bar lagen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Prallscheibe nicht an allen, sondern an einigen der
insgesamt vorhandenen Rippen, vorzugsweise an jeder zweiten Rippe, gehaitert, wobei die Rippen, die die
Prallscheibe nicht halten, in einigem Abstand vom Außenrand der Prallscheibe ender,, öadurch ist eine
μ rückstaufreie gleichmäßige Verteilung dv.-s zu filtrierenden
Mediums auf die gesamte freie zur Verfügung stehende Filteroberfläche gewährleistet. Vorzugsweise
ist das Filtergehäuse weiterhin als Kunststoffspritzgießteil ausgebildet, wobei die Rippen und die Prallscheibe
einstückig angeformt sind.
Nach einer anderen Weiterbildung ragen die Stirnseiten der die Prallscheibe haltenden Rippen in den
unter dem Aufgabekanalquerschnitt liegenden Bereich hinein, setzon sich also auf der Oberseite der
1(1 Prallscheibe fort. Diese Stirnseiten sind dabei so
ausgebildet, daß sie zur Mitte der Oberseite der Prallscheibe hin schräg abfallen. In Strömungsrichtung
gesehen, bilden diese abfallenden Stirnseiten also gleichsam einen Trichter mit verschlossenem Boden und
*r> durchbrochenen Seitenwänden. Durch diese Ausbildung
wird sowohl eine mechanisch festere Halterung der Prallscheibe als auch eine günstigere Verteilung des in
das Filtergehäuse eingedrückten Zulp.ufstroms bewirkt.
Zur Herstellung des Einmalfilters wird das eigentliche
4(1 Filter, in aller Regel eine Membran oder ein
mehrschichtiges Filterpaket, zwischen das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil dichtend eingespannt,
vorzugsweise auf seinem gesamten Außcnrand mit dem Oberteil und dem Unterteil verschweißt.
*"> Bei Benutzung wird das Filtergehäuse mit seinem
Zulaufstuzen in gebräuchlicher Weise entweder direkt auf eine Spritze oder irgendeine andere Kolbenschieberpumpe
aufgesetzt oder wird an eine Zuleitung angeschlossen, übe1 die die zu filtrierende Flüssigkeit
1So unter Druck zugeführt wird.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines A'jsfiihiungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt
Fig.! das Oberteil eines Filtcrgehäuses in Draufsicht
r>r> von unten, das heißt von der Filterseite her, und
F i g. 2 einen Einmalfilter mit dem in F i g. 1 gezeigten Filtergehäuseobcrieil, schematisch vereinfacht und in
nicht maßstäblicher Darstellung im Axialschnitt.
Der fcinmalfilter I besieht in der in Fig. ? gezeigten
Der fcinmalfilter I besieht in der in Fig. ? gezeigten
h0 Weise im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem
Oberteil 2, einem Unterteil 3 und dem Filter 4. Das Filter 4 kann ein Papierfilter, ein Menibranfiitcr, ein aus
mehreren Schichter zusammengesetztes Filterpaket oder irgendein anderes an sich bekanntes Filter sein.
'■■' Das Unterteil 3 ist napfartig mit hochgezogenen)
Rand 5 ausgebildet. Das Oberteil 2 ist als im wesentlichen flacher Deckel mit einem herabgezogenen
innenliegenden umlaufenden Rand 6 ausgebildet
(Fi g. I), der teleskopartig in den hochgezogenen Rand
5 des Unterteils 3 eingreift. Der überstehende Rand 7 des Oberteils 2 schließt mit seinem Außenrand im
wesentlichen mit der Außenwand des hochgezogenen Randes 5 des Unterteils 3 ab. Der herabgezogene Rand
6 des Oberteils 2 ist axial so tief gezogen, daß beim Verschweißen der beiden Gehäuseteile 2 und 3
miteinander das Filter 4 zwischen dem Gehäuseoberteil Z und dem Gehäuseunterteil 3 fest mit eingeschweißt
wird. Dabei können die beiden Gehäuseteile statt durch Schweißen selbstverständlich auch in anderer Weise
miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Verkleben oder Verschrauben.
Das Gehäuseoberteil 2 weist zentral und axial ausgerichtet einen Aufgabestutzen 8 und das Unterteil 3,
ebenfalls zentral und axial ausgerichtet, und zwar koaxial zum Aufgabestutzen 8, einen Auslaßstutzen 9
auf. im Aulgabestutzen 8 ist ein Aufgabekanai iö für die
Aufgabe des zu filtrierenden Mediums unter Druck ausgebildet, während im Auslaßkanalstutzen 9 ein
Auslaßkanal 11 für das Filtrat ausgebildet ist. Die Stutzen 8 und 9 sind in gebräuchlicher Weise zu
Anschlußzwecken ausgebildet, beispielsweise kompatibel mit dem Luer-System.
Ausgehend vom umlaufenden Rand 6 erstrecken sich an der Unterseite des Oberteils 2 radial zur inneren
öffnung des Aufgabekanals 10 hin zehn Rippen 12, die
im gleichen Winkelabstand voneinander angeordnet sind. Die Unterkante 13 der Rippen 12 liegt geringfügig
höher als die Unterseite 14 des umlaufenden Randes 6. so daß beim Aufschweißen des Oberteils auf das
Unterteil die Unterkanten 13 der Rippen 12 nicht in das Filter gepreßt werden und bei zusammengesetztem
Filtergehäuse die Filteroberfläche gegebenenfalls nur leicht berühren. Direkt unter der öffnung des
Aufgabekanals 10 ist eine Prallscheibe 15 vorgesehen. Der Durchmesser der Prallscheibe 15 ist praktisch
gieich bis geringfügig größer als der Durchmesser des Aufgabekanals 10. Die Unterseite der Prallscheibe 15
liegt exakt in der durch die Unterkanten 13 der Rippen 12 definierten Ebene. Die Dicke der Prallscheibe 15
beträgt etwa ein Drittel der Höhe der Rippen 12 im Bereich der Prallscheibe 15. Dadurch ist ein ausreichend
freier Fluß des in das Filtergehäuse eingedrückten Mediums zwischen der Oberseite der Prallscheibe 15
und der unteren Oberfläche des Oberteils 2 gewährlei
Die Prallscheibe 15 ist an den Rippen 12 gehaltert. In
dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen das Gehäuseoberteil 2 und das
Gehäuseunterteil 3 aus Kunststoff, wobei die Prallscheibe 15 einstückig an die Rippen 12i>
angespritzt ist. Die Rippen 12 sind wiederum einstückig am eigentlichen Deckelteil des Gehäuseoberteils 2 angeformt, so daß
das Gehäuseoberteil 2 insgesamt ein einziges einstückiges. in einem einzigen Spritztakt herstellbares .Spritzgießteil
ist.
In der aus der F i g. I ersichtlichen Weise ist die
Prallscheibe 15 nur an jeder zweiten Rippe \2b gehaltert, bzw. angeformt. Dadurch kann die benötigte
relative hohe Anzahl von Rippen, hier zehn Rippen, vorgesehen werden, ohne daß der Abfluß des
Zulaufstroms in radialer Richtung gehemmt oder gestaut wird. Zu diesem Zweck enden die die
Prallscheibe 15 nicht haltenden Rippen 12a unter Wahrung eines Abstandes zum Außenrand der Prallscheibe
15. DieserAbstand entspricht größenordnungsmäßig usigefähr der Breite der Rippe selbst.
In der aus den F i g. 1 und 2 ersichtlichen Weise enden
die die Prallscheibe 15 haltenden Rippen 126 nicht am Außenrand der Prallscheibe 15, sondern greifen mit
einer schräg zur Mitte der Oberseite der Prallscheibe 15 hin abf&.-itnden Stirnseite 16 auf die Oberseite der
Prallscheibe 15 über. Durch diese Ausbildung wird eine besonders stabile und feste Halterung der Prallscheibe
15 erzielt. Gleichzeitig wird eine besonders günstige Verteilung des Zulaufstroms in radialer Richtung über
die gesamte Oberfläche des Filters 4 erzielt. Die schrägen Stirnseiten 16 wirken dabei gleichsam als
Strömungsleitflächen.
Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Einmalfilters wird gebräuchlicherweise für Durchmesser
des Filters 4 in der Größenordnung von 10 bis 50 mm ausgelegt. Prinzipiell steht einer Verwendung
dieses Filtergehäuses auch für kleinere oder größere Durchmesser jedoch nichts im Wege. Dabei kann die
Anzahl der vorgesehenen Rippen 12 je nach Durchmesser des Filters 4 erhöht oder erniedrigt werden.
Ausschlaggebend ist dabei lediglich, daß diese Rippen 12 das Filter 4 ausreichend gleichmäßig auf der
Filterunterstützung 17 niederhalten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Einmalfiltergehäuse flacher Bauart für Druckfiltrationen, bestehend aus einem Oberteil und einem
Unterteil, die fest und dicht miteinander verbunden sind, wobei das Unterteil das Filter stützt oder eine
Filterunterstützung halten und zentral einen Auslaßkanal für das Filtrat aufweist und das Oberteil
zentral einen Aufgabekanal für das zu filtrierende Medium und an seiner Unterseite Rippen aufweist,
die in gleichem Winkelabstand voneinander radial vom Außenrand des Oberteils zur öffnung des
Aufgabekanals verlaufen und mit ihrer Unterkante auf oder dicht über der Oberfläche des Filters enden,
gekennzeichnet durch eine in der senkrechten Projektion den Querschnitt des Aufgabekanals
(10) vollständig abdeckende Prallscheibe (15), deren Unterseite in der Ebene der Unterkanten (13) der
Rippen (S 2) liegt, deren Dicke nicht mehr als ca. 213
der Höhe der Rippen (12) beträgt und die ausschließlich von den Rippen (12) gehalten wird.
2. Filtergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prallscheibe (15) nicht an allen, sondern nur an einigen der insgesamt vorhandenen
Rippen (12) gehaltert ist, wobei die die Prallscheibe (15) haltenden Rippen (Ungleichen Winkelabstand
voneinander haben.
3. Filtergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallscheibe (15) an jeder
zweiten Rippe (12) gehaltert ist.
4. Filtergehäuse na~h einei·.der Ansprüche 1 bis3,
dadurch gekennzeichmt, daß das Oberteil (2) mit den Rippen (12) und der Pralls 'leibe (15) einstückig
als Kunststoffspritzgießteil ausgebildet ist.
5. Filtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten (16) der
die Prallscheibe (15) haltenden Rippen (\2b) im Bereich des freien Querschnitts des Aufgabekanals
(10) zur Mine der Oberseite der Prallscheibe (15) schräg abfallend verlaufen.
6. Filtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Prallscheibe
(15) nicht haltenden Rippen (\2a) unter Wahrung eines Abstandes zum Außenrand der Prallscheibe
(15) enden, wobei dieser Abstand ungefähr der Breite der Rippen (12) entspricht.
7. Filtergehäuse nach den Ansprüchen 3 bis 6, gekennzeichnet durch insgesamt zehn vom Außenrand
zur Mitte des Oberteils (2) verlaufende Rippen (12).
•»Γ>
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