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Filteranordnung
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Die Erfindung betrifft Filteranordnungen mit einer Schicht zur Feinfiltrierung,
die aus Mikrofasern von Borsilikatglas besteht. Derartige Filteranordnungen sind
an sich bekannt und erfolgreich zur Filtrierung von Gasen und Flüssigkeiten verwendet
worden, bei der sehr kleine Teilchen einschließlich Teilchen mit sub-mikronischer
Größe ausgeschieden werden.
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Die Filterlagen bzw. Filterschichten sind üblicherweise als zylindrische
oder gefaltete Hülsen ausgebildet, wozu ein flexibles Flächengebilde aus Filtermaterial
zu einem rohrförmigen Stück gewickelt wird, Für einige Anwendungsbereiche, wie z.B.
zur Filtrierung von Druckluft, können mehrere Materiallagen spiralförmig aufeinander
gewunden sein.
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Bei Filtern, die relativ hohen Druckundloder Stoßbeanspruchungen ausgesetzt
sind, ist die Hülse innen und/oder
außen durch ein Tragnetzwerk
abgestützt, das in enger Bezu~hrung mit der Filterhülse steht. Die Enden der Hülse
müssen abgedichtet sein, um zu verhindern, daß Fluid die Filterhülse umgeht. Maßnahmen
zum Abdichten der Hülsenenden sind in den G3-Patentanmeldungen 1 041 882 und 1 345
155 beschrieben.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine neuartige Form einer Filteranordnung
zu schaffen, bei der die Schwierigkeit einer zufriedenstellenden Abdichtung des
Filterelements zur Vermeidung von Umgehungen vermindert und die Herstellung der
Filteranordnung vereinfacht ist.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Filteranordnung mit einem Filterelement
aus Mikrofasern von Borsilikatglas dadurch aus, daß es einstückig als Hohlkörper
ausgebildet ist, der nur eine Öffnung besitzt, die vor einer Fluidumgehung abzudichten
ist, und daß im wesentlichen die ganze Innen- undioder Außenfläche des Hohlkörpers
durch ein Stützelement oder durch Stützelemente abgestützt sind, die in enger Berührung
mit dem Körper stehen.
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Bei einer einfach ausgestalteten und bevorzugten Ausführungsform der
Filteranordnung nach der Erfindung besitzt der Filterkörper die Gestalt eines zylindrischen
schalenförmigen Gebildes, das an einem Ende offen und am gegenüberliegenden Ende
durch eine durchgehende endseitige Wandung abgeschlossenist,die ses Stück mit der
Seitenwandung des schalenförmigen Gebildes bildet.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ist in einer einzigen
Figur beispielhaft eine derartige Filteranordnung im Halbschnitt dargestellt.
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Die in der Zeichnung-gezeigte'Filteranordnung weist ein schalenförmiges
Filterelement 1 mit einer zylindrischen Seitenwandung
auf, das
an seinem oberen Ende offen ist. Eine durchgehende endseitige Wandung verschließt
das untere Ende des Filterelements 1 und bildet ein Stück mit der Seitenwandung.
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Das Element 1 ist in einem äußeren schalenförmigen- Traggebilde 2
aufgenommen, das eine poröse Seitenwandung und eine geschlossene Basis besitzt,
die zweckmäßig einen hängend angeordneten Rand 7 mit Längsnuten besitzt. Axial im
Abstand liegende Flansche an dem schalenförmigen Gebilde 2 nehmen eine Außenhülse
3 auf und plazieren diese, die aus einem Schaumkunststoff mit offener Zellstruktur
besteht und zusätzlich vorgesehen ist, um einen Wiedereintritt der zusammengeflossenen
Flüssigkeiten zu verhindern, wenn das Filter dazu bestimmt ist, eine Flüssigkeit
von einem Luftstrom zu separieren.
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Die Innenfläche des Filterelements ist von einem inneren schalenförmigen
Traggebilde 4 abgestützt, dessen Basis und Seitenwandungen mit Öffnungen versehen
sind.
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Die Filteranordnung ist durch einen ringförmigen endseitigen Verschluß
5 verschlossen und abgedichtet, der bei dieser Ausführungsform bei 6 an die Oberseite
des benachbarten Flansches des äußeren schalenförmigen Traggebildes 2 durch Ultraschall
angeschweißt ist. Beim Schweißvorgang wird das benachbarte Ende des Filterelementes
1 auf kontrollierbare Art und Weise zusammengedrückt, um eine hermetische Abdichtung
gegen die konisch verlaufende Innenfläche 8 des endseitigen Verschlusses zu bilden.
Das obere Ende des endseitigen Verschlusses ist mit einem mit Schraubgewinde versehenen
Anschlußstück 9 und einem O-Ring versehen, die zusammen eine Verbindung mit einem
oberen Filtergehäuseabschnitt 11 bilden.
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Das Mikrofaserelement aus Borsilikatglas ist mit Hilfe an sich bekannter
Techniken hergestellt. hierbei wird üblicherweise eine Mikrofasermasse in einer
wät3rigen Lösung disper -giert, deren pH-Wert so eingestellt ist, das eine optimale
Dispergierung
unterstützt wird. Diese Lösung wird auf an sich bekannte Weise durch eine poröse
Form mit der erforderlichen Gestalt durchgeleitet, und die Fasern lagern sich an
der Wandung der Form ab. Wenn die erforderliche Wanddicke erreicht ist, wird der
Lösungsstrom gestoppt, und die freie überschüssige Flüssigkeit wird abgeführt. Wenn
das so erhalt ne Gebilde teilweise getrocknet worden ist, bestitzt die geformte
Gestalt eine adäquate Festigkeit, so daß sie gehandhabt und aus der Form entnommen
werden und dann vollständig austrocknen kann. Die Kante des offenen Endes des vollständig
getrockneten Elementes hat eine beschränkte Möglichkeit, ihre gegossene bzw. ihre
geformte Gestalt nach aufeinanderfolgendem Zusammendrücken und Entspannen wieder
einzunehmen. Das Ausmaß der Rückstellung in die geformte Gestalt kann betracht lich
vergrößert werden, indem man das Element mit Harz, wie z.B. Epoxidharz oder Silikonharz,
tränkt. Die Tränkung kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß das Element in
ein wäßriges Fluid oder flüssiges Lösungsmittel getaucht wird, in dem Harz dispergiert
ist. Durch das Eintauchen wird Luft aus der Fasermasse ausgetrieben, und der Harz
kann im wesentlichen mit allen Fasern kontaktieren. Das Element wird dann entnommen,
und das überschüssige Fluid wird in den Behälter zurückgeleitet. Dann wird das Element
langsam getrocknet, um das Wasser oder das Lösungsmittel zu verdampfen, und es bleibt
ein dünner Harzüberzug um Jede Faser erhalten. Schließlich wird das Element zur
Aushärtung des Harzes erwärmt. Alternativ können auch kalt aushärtende oder durch
UV-Bestrahlung aushärtende Harze verwendet werden, was Jedoch umständlich ist.
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Durch die Tränkung mit Harz und die Aushärtung wird das Filterelement
im wesentlichen starr, und es kann leicht gehandhabt werden. Die Fasern sind durch
Harz haftend miteinander verbunden Selbstverständlich wird das Filterelement in
der Filteranordnung durch die inneren und äußeren schalenförmigen Traggebilde
2
und 4 weiter versteift und verstärkt, die üblicherweise aus Metall oder Kunststoff
bestehen und deren Öffnungen auf an sich bekannte Art und Weise so bemessen sind,
daß eine Wanderung der Fasern bei starker Schockbeanspruchung oder starkem Flüssigkeitsstrom
durch das Filterelement vermieden ist.
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Der dargestellte Filter ist innen und außen abgestützt, so daß das
Filterelement Strömungs- und Stoßbeanspruchungen in jeder Richtung über seine Seitenwandung
Widerstand leisten kann. Bei einigen Anwendungsfällen jedoch ist es nicht zwingend
notwendig, beide Flächen des Elements zu unterstützen, so daß beispielsweise das
stromaufwärtige schalenförmige Traggebilde dann weggelassen werden kann. In jedem
Fall jedoch steht das oder Jedes schalenförmige Traggebilde in enger abstützender
Berührung mit der benachbarten Filterelementfläche.
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Anstelle der bei der dargestellten Ausführungsform vorgesehenen Druckdichtung
kann das Filterelement an seinem offenen Ende mit Hilfe von Klebstoff oder Harz
zu dem inneren und/oder äußeren schalenförmigen Traggebilde abgedichtet werden und/oder
das Element und die schalenförmigen Gebilde können an ihren Endabschnitten zur Bildung
einer Dichtung verkapselt sein.
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Gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform ist eine Zwischenlage
bzw. Zwischenschicht-aus einem Traggewebe zwischen den benachbarten Flächen des
Filterelementes und dem schalenförmigen Traggebilde oder den schalenförmigen Traggebilden
vorgesehen, um eine Faserwanderung zu unterbinden, und um die Öffnungen in den schalenförmigen
Traggebilden größer auslegen zu können, wodurch ihre Herstellung vereinfacht wird.
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Obgleich die Harztränkung des Filterelementes bei vielen Anwendungsfällen
zweckmäßig ist, kann sie auch nicht vorhanden sein, wenn Dichtungsmittel oder eine
Verkapselung an der Dichtstelle
am offenen Ende des Elementes
vorgesehen sind.
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Obgleich die dargestellte Filteranordnung derart ausgelegt ist, daß
der Durchfluß von innen nach außen geht, ist auch eine umgekehrte Durchströmung
möglich.
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Das Filterelement kann auch eine andere als die dargestellte Gestalt
einer einfachen zylindrischen Form aufweisen, die in der Zeichnung dargestellt und
unter Bezugnahme auf diese beschrieben ist. Das Filterelement kann beispielsweise
die Gestalt eines Kegelstumpfes haben, der an einem Ende offen und am anderen verschlossen
ist. Weiterhin kann das Filterelement auch so geformt sein, daß es in Achsrichtung
gefaltet ist oder eine wellenförmige Querschnittsgestalt besitzt, um einen vergrößerten
wirksamen Oberflächenbereich zu bilden.
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