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Filterelement
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement mit definierter Verteilung
der Teilchengröße im Filtrat und einer gegebenenfalls scharfen Trenngrenze.
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Alle bekannten Filter weisen aufgrund ihres Aufbaues oder ihrer Herstellungsmethode
eine Vielzahl unregelmäßig geformter öffnungen oder Poren unterschiedlicher Größe
auf, so daß durch diese Filter keine definierte Verteilung der Teilchengröße im
Filtrat erreicht werden kann und diese auch keine scharf definierte Trenngrenze
aufweisen, d.h.
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die Größenverteilung der Teilchen im Filtrat führt bei den bekannten
Filtern zwar zu den bekannten für die unterschiedlichen Filtertypen charakteristischen
Verteilungskurven, sie ist jedoch nicht definiert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement
zur Verfügung zu stellen, daß eine definierte Verteilung der Teilchengröße im Filtrat
ermöglicht
und eine gegebenenfalls scharfe Trenngrenze aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Filterelement gelöst, bei welchem erfindungsgemäß
der Filterkörper aus einer im gebrauchs fähigen Zustand des Filterelementes erhärteten,
bei der Herstellung des Filterelementes jedoch gieß- und fließfähigen, Vergußmasse
besteht und bei welchem die Durchtrittsöffnungen für das Filtrat durch eine Vielzahl
von in der erhärteten Vergußmasse eingegossenen durchgehend unverschlossenen mit
ihren offenen Enden an der Oberfläche des Filterelementes mündenden Hohlfadenabschnitten
und/oder von den durch das Entfernen einer Vielzahl von Voll- und/oder Hohlfadenabschnitten
aus der erhärteten Vergußmasse gebildeten durchgehend unverschlossenen mit ihren
offenen Enden an der Oberfläche des Filterelementes mündenden Aussparungen gebildet
werden.
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Ein Faden im Sinne der vorliegenden Erfindung kann sowohl ein Voll-
als auch ein Hohlfaden sein.
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Ein Voll faden im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein monofiles
natürliches oder künstliches - auch Faser genanntes -Gebilde beliebiger Länge und
beliebiger Querschnittsform mit metallischen oder nichtmetallischen Eigenschaften
und einem in Längsrichtung desselben in seiner Form und Größe im wesentlichen gleichbleibenden
Querschnitt.
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Ein Hohlfaden im Sinne der Erfindung ist ein - gegebenenfalls dünnwandiger
- schlauchförmiger natürlicher oder künstlicher Formkörper beliebiger Länge und
beliebiger Querschnittsform
mit metallischen oder nichtmetallischen
Eigenschaften und mindestens einem in Längsrichtung des Formkörpers verlaufenden
ununterbrochenen Hohlraum mit einem beliebig geformten Querschnitt, wobei der Querschnitt
des Formkörpers wie auch derjenige des Hohlraumes in Längsrichtung desselben in
seiner Form und Größe im wesentlichen gleichbleibt.
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Eine Sonderform der so definierten Fäden stellen die Xern-Mantel-Fäden
dar. Ein Kern-Mantel-Faden im Sinne der Erfindung ist ein Voll- oder Hohlfaden mit
ringschichtförmig aufgebautem Querschnitt, wobei der Kern-Mantel-Faden aus beliebig
vielen und beliebig gearteten Werkstoffen aufgebaut sein kann und die einzelnen
Schichten nicht unbedingt konzentrisch zur Längsachse des Fadens angeordnet zu sein
brauchen. Die Herstellung solcher Fäden erfolgt i.a. in einem Arbeitsgang, indem
der Kern und der Mantel des Fadens beispielsweise durch eine entsprechend konstruierte
Spinndüse gleichzeitig ausgesponnen und miteinander vereinigt werden. Es ist jedoch
auch möglich, durch nachträgliches Aufbringen des Mantels auf einen Voll- oder Hohlfaden
einen Kern-Mantel-Faden herzustellen.
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Unter Vergußmasse wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jede natürliche
oder künstliche reversibel oder irreversibel in einen fließ- bzw. gießfähigen oder
plastischen Zustand überführbare und anschließend (wieder) erhärtende Masse mit
metallischen oder nichtmetallischen Eigenschaften verstanden.
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Eine Vergußmasse im Sinne der Erfindung ist somit beispielsweise auch
jeder geeignete Klebstoff und jede geeignete klebstoffähnliche Masse. Die Vergußmasse
kann aber auch aus dem gleichen Material bestehen wie die Fäden selbst und sogar
ein Teil dieser sein.
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Eine scharfe Trenngrenze wird je nach Art des zu filtrierenden
Mediums
erreicht, wenn in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filterelementes der Durchmesser
bzw. die freie Querschnittsfläche der größten öffnung des Filterelementes höchstens
das 1,08-fach bzw. das 1,17-fache desjenigen bzw. derjenigen der kleinsten öffnung
des Filterelementes beträgt.
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Besonders gute Ergebnisse, insbesondere auch im Hinblick auf eine
scharfe Trenngrenze werden dann erreicht, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
die Durchtrittsöffnungen für das Filtrat einen im wesentlichen kreisrunden in Längsrichtung
derselben in seiner Größe gleichbleibenden Querschnitt haben.
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Für das erfindungsgemäße Filterelement mit im wesentlichen kreisrunden
Durchtrittsöffnungen ergibt sich je nach Art des zu filtrierenden Mediums eine scharfe
Trenngrenze weiterhin dann, wenn der Durchmesser der öffnungen im Bereich von 0,5
r bis 0,6 e liegt, d.h. im Bereich kleiner öffnungen der Durchmesser in der Größenordnung
von ungefähr nur 0,1 tun schwankt, bzw. wenn im Bereich größerer Durchmesser, vorzugsweise
im Bereich von 200 P bis 300 Fm, die größte Abweichung des Durchmessers jeder einzelnen
öffnung vom arithmetisch gemittelten Durchmesser aller Öffnungen des erfindungsgemäßen
Filterelementes höchstens f 8% beträgt.
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Die Forderung nach einer scharfen Trenngrenze stellt sich bekanntlich
besonders in der Analytik. Beispielsweise kann es wichtig sein, ganz bestimmte Stoffe
in ganz bestimmten Fraktionen besonders rein abtrennen zu können, z.B. bestimmte
Eiweiße, Bakterien usw. Zu diesem Zweck ist daher häufig sowohl eine obere wie auch
eine untere scharfe Trenngrenze erforderlich. Dies läßt sich mit dem erfindungsgemäßen
Filterelement
auf einfache Weise beispielsweise durch Hintereinanderschalten
mehrerer Filtereinheiten mit entsprechend bemessenen öffnungen und einer geringen
Schwankungsbreite der Größe bzw. des Durchmessers der Durchtrittsöffnungen in jeder
Filtereinheit erreichen.
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Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Filterelementes mit
runden Öffnungen kommen insbesondere dann zur Geltung, wenn die Durchtrittsöffnungen
einen Durchmesser von mindestens 0,1 pm oder 0#5»m haben müssen und einen solchen
von höchstens 300 beim haben dürfen.
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Erfindungsgemäß sind Filterelemente mit in den genannten bevorzugten
Durchmesserbereichen liegenden öffnungen beispielsweise besonders zur Mikrofiltration,
beispielsweise bei der Vorfiltration für die Umkehrosmose (je nach Verfahren 5 jun
bis 25 pm), ioder zur Bluttrennung zum Zwecke der Reinigung geeignet, wobei das
erfindungsgemäße Filterelement mit einer scharfen Trenngrenze hierbei auch noch
besondere Vorteile gegenüber den für solche Zwecke gebräuchlichen permeablen bzw.
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semipermeablen Membranen bietet. Beispielsweise haben Blutplättchen
einen Durchmesser von ca. 2 fm, rote Blutkörperchen einen solchen von ca. 8 um und
weiße einen solchen von ca. 16 pm.
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Das erfindungsgemäße Filterelement eignet sich jedoch auch hervorragend,
wenn der Durchmesser der öffnungen oberhalb 300 pm liegt.
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Die Herstellung von Filterelementen ist zwar grundsätzlich mit Hilfe
bekannter Verfahren möglich, bei denen die einzelnen öffnungen beispielsweise durch
Bohren,
Stanzen, Stechen, Ätzen, einen Elektronenstrahl od.dgi.
in einer zunächst geschlossenen Platte eingebracht werden, jedoch erweisen sich
diese Herstellungsverfahren nicht nur als im allgemeinen zu aufwendig, sondern es
gelingt dabei überdies, insbesondere für aus synthetischen Werkstoffen hergestellte
Filterelemente mit kleinen Durchtrittsöffnungen nicht, den für eine scharfe Trenngrenze
erforderlichen engen Toleranzbereich für die einzelnen Öffnungen zu erhalten, so
wie es weiterhin dabei auch nicht gelingt, die Öffnungen auf engstmöglichem Raum
anzuordnen.
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Ein erfindungsgemäßes Filterelement läßt sich beispielsweise dadurch
herstellen, daß ein Bündel aus eng nebeneinander und im wesentlichen parallel zueinander
liegenden Hohlfäden in einer Vergußmasse eingebettet wird, und daß nach dem Erhärten
der Vergußmasse das eingegossene Bündel in einzelne Scheiben beliebiger Dicke aufgeteilt
wird, wobei der Winkel, den die jeweilige Schnittfläche mit der Längsachse des eingegossenen
Bündels und/oder derjenigen der Fäden bildet, beliebig groß gewählt werden kann,
jedoch größer als 0o und kleiner als 1800 sein muß, wobei darauf zu achten ist,
daß die Schnitte so auszuführen sind, daß alle Hohlfäden des eingegossenen Bündels
geschnitten werden.
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Es ist jedoch auch möglich, ein erfindungsgemäßes Filterelement dadurch
zu erhalten, daß zunächst ein Bündel eng nebeneinander und im wesentlichen parallel
zueinander liegender Vollfäden oder Hohlfäden in einer Vergußmasse eingebettet werden
und daß nach dem Zerschneiden des eingegossenen Bündels in Scheiben beliebiger Dicke,
wie oben bereits beschrieben, die eingegossenen Fadenabschnitte aus der Vergußmasse
herausgelöst
oder anderweitig entfernt werden. Auf diese Weise
verbleiben in den hiernach nur noch aus der Vergußmasse bestehenden Scheiben lediglich
noch die dem jeweiligen Querschnitt der verwendeten Fäden entsprechend bemessenen
öffnungen für das Hindurchtreten des Filtrats.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Kern-Mantel-Fäden beispielsweise
einzugießen und nach dem Zertrennen des eingegossenen Fadenbündels in Scheiben,
wie oben beschrieben, nur die Kernsubstanz herauszulösen, so daß die öffnungen des
Filterelcmentes erfindungsgemäß auch hierbei durch die verbleibenden Hohlfadenabschnitte
darstellenden Fadenmantelabschnitte gebildet werden.
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Eine andere äußerst vorteilhafte Möglichkeit, zu einem erfindundungsgemäßen
Filterelelement zu gelangen, besteht darin, einen oder mehrere endlos zugelieferte
Voll- oder Hohlfäden zunächst zu einem Spulkörper mit beliebigen Abmessungen aufzuwickeln
und diesen während oder nach seiner Herstellung in eine Vergußmasse einzugießen.
Das Herstellen der erfindungsgemäßen Filterscheiben durch Zerschneiden des eingegossenen
Spulkörpers in Scheiben und gegebenenfalls völliges oder teilweises Entfernen der
eingegossenen Fadenabschnitte erfolgt dann analog der bereits oben für das Bündel
parallelliegender Fäden beschriebenen Arbeitsweise, wobei sich hierbei zudem auch
ringförmige erfindungsgemäße Filterelemente auf einfache Weise herstellen lassen.
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Die Vorteile des nach diesen beispielshalber beschriebenen Methoden
hergestellten erfindungsgemäßen Filterelementes bestehen u.a. in der damit erreichbaren
äußerst geringen Abweichung
der Durchmesser der einzelnen öffnungen
untereinander sowie in der engstmöglichen Anordnung der öffnungen und damit der
größtmöglichen Anzahl von Öffnungen pro Flächeneinheit. Je nach den Abmessungen
und der Anordnung der verwendeten Voll- oder Hohlfäden können auf diese Weise Tausende
von Öffnungen auf einem Quadratmillimeter Filterfläche ange ordnet werden, wobei
der freie Querschnitt aller öffnungen zusammengerechnet bis zu ungefähr 90% der
Gesamtfläche des erfindungsgemäßen Filterelementes betragen kann. Bei einem öffnungsdurchmesser
von 1 Fm beispielsweise können auf diese Weise ungefähr 1 Million Öffnungen pro
mm2 Filterfläche untergebracht werden. Dabei wird die äußerst geringe Schwankung
der Durchmesser der Öffnungen des erfindungsgemäßen Filterelementes untereinander
dadurch erreicht, daß es mit den heute zum Stand der Technik gehörenden Verfahren
möglich ist, Voll- und Hohlfäden mit sehr geringen Querschnitts- bzw.
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Durchmesserabweichungen herzustellen.
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Bei dem aus einem eingegossenen Spul- oder Wickelkörper hergestellten
erfindungsgemäßen Filterelementist die Anordnung der öffnungen für das Hindurchtreten
des Filtrats je nach Art der Wicklung zwar nicht immer so kompakt wie bei dem aus
einem eingegossenen Bündel parallelliegender Fäden hergestellten erfindungsgemäßen
Fi3.terelement und liegen die einzelnen Fadenabschnitte auch nicht immer alle parallel
zueinander, doch stört diese Lage aufgrund der im allgemeinen äußerst geringen Dicke
der erfindungsgemäßen Filterelemente die Filterwirkung allenfalls unmerklich. Der
große Vorteil dieser Herstellungsmethode nämlich liegt darin, daß das Aufwickeln
von Endlosfäden zu einem Spul- oder Wickelkörper die weitaus einfachste und kostengünstigste
Methode zur Herstellung eines Fadenbündels ist.
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Unter Spul- oder Wickelkörper wird im Sinne der Erfindung jedes Gebilde
verstanden, das dadurch entsteht, daß ein oder mehrere Fäden beliebiger Länge um
bzw. auf einen rotierenden Körper beliebiger Form gewickelt werden. Die aufgewickelten
Fäden können dabei einander kreuzen, wie es beispielsweise bei sogenannten Kreuzspulen
der Fall ist, zu deren Herstellung die Fäden über sich schnell hin- und herbewegende
(changierende) Fadenführer geleitet werden, oder aber im wesentlichen parallel zueinander
liegen.
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Das Aufteilen der eingegossenen Spul- oder Wickelkörper in Scheiben
erfolgt zweckmäßigerweise so, daß die Fäden im wesentlichen bzw. möglichst senkrecht
zu ihrer Längsachse zerteilt werden.
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Das Eingießen des Fadenbündels beschränkt sich dabei jedoch nicht
nur auf solche Fälle, in denen das Bündel erst nach seiner Fertigstellung eingegossen
wird, sondern es ist erfindungsgemäß auch möglich, die bei der Herstellung des Fadenbündels
sich bildenden Zwischenräume zwischen den einzelnen Fäden schon während der Herstellung
des Bündels mit einer Vergußmasse auszufüllen. Dies kann beispielsweise dadurch
bewirkt werden, daß man die zu einem Spul- oder Wickelkörper aufzuwickelnden Fäden
zuvor getaucht durch eine geeignete zuvor in Cen fließ- bzw. gießfähigen Zustand
gebrachte Vergußmasse führt, so daß die Fäden die zur Füllung der Zwischenräume
erforderliche Vergußmassemenge selbst aufnehmen und mit sich führen und in das Fadenbündel
einbringen.
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Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die äußere
Schicht der ein Fadenbündel bildenden Fäden nach der Fertigstellung derselben bzw.
der ein solches noch zu bildenden
Fäden unmittelbar vor dessen
Herstellung in einen fließ- oder gießfähigen gegebenenfalls auch nur plastischen
Zustand zu überführen und durch geeignete Druckanwendung die einzelnen Fäden miteinander
zu verkleben oder zu verschweißen. Hierzu besonders geeignet sind sogenannte Kern-Mantel-Fäden,
und zwar insbesondere solche, bei denen der Mantel aus einem Material besteht, das
eine wesentlich niedrigere Erweichungstemperatur aufweist als dasjenige des Fadenkerns.
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Durch die oben beispielshalber beschriebenen verschiedenen erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahren wird erreicht, daß eine Vielzahl untereinander gleichartiger
erfindungsgemäßer Filterelemente auf einfache Weise kostengünstig hergestellt werden
kann.
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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filterlementes eignen sich metallische
und nichtmetallische bzw. natürliche oder künstliche Voll- oder Hohlfäden bzw. -fasern
beispielsweise solche aus synthetischen Polymeren, insbesondere aber solche aus
Polyamid, insbesondere Polyamid 6.6, Polycaprolactam oder Polyhexamethylenadipinsäureamid,
Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyphenylenoxid,
Polyurethan, Polyacrylat, Polyolefin, insbesondere HD- oder ND-Polyäthylen oder
Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyfluorkohlenwasserstoff, insbesondere Polytetrafluoräthylen
oder Polytrifluorchloräthylen, Polyimid, aromatischen Polyamiden, gummiartigen Polymeren
und regenerierter Cellulose, insbesondere auf Kupferacetat-Basis hergestellter,
sowie alle bekannten Zwei- oder Mehrkomponenten-Hohlfäden, und dabei insbesondere
solche gemäß DE-Patent .............. (P 28 41 091.5), DE-Patent ..............
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(P 28 42 835.5), DE-Patent ................ (P 28 42 836,6)
DE-Patent
........... (P 28 42 957.4), sowie DE-Patent ................ (P 28 48 601.3).
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Die Fäden können hierbei beispielsweise nach einem Naßspinn-, Schmelzspinn-,
Schnellspinn- oder Lösungsmittelspinnverfahren hergestellt worden und bereits während
oder erst nach der Herstellung verstreckt worden sein. In vielen Fällen genügen
aber auch schon unverstreckte Fäden den gestellten Anforderungen.
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Bei der Auswahl geeigneter Voll- bzw. Hohlfäden oder -fasern ist im
allgemeinen den künstlich erzeugten der Vorzug zu geben, und zwar aufgrund der bei
diesen erreichbaren guten Durchmesser-(Titer-) Gleichmäßigkeit und der praktisch
unbegrenzten Länge, in der diese zur Verfügung gestellt werden können.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filterelementes beispielsweise
nach einem der oben beschriebenen Verfahren ist es weiterhin möglich, anstatt monofiler
Voll- oder Hohlfäden auch multifile Voll- oder Hohlfäden zu verwenden, die aus zwei
oder mehreren Filamenten bestehen und eine echte, d.h. bleibende Drehung (auch Zwirn
oder Draht genannt) aufweisen. Die Öffnungen eines unter Verwendung solcher multifiler
Fäden hergestellten erfindungsgemäßen Filterelementes lassen im Falle, daß sie durch
Entfernen der Fadenabschnitte aus der Vergußmasse gebildet werden, dann im wesentlichen
die äußeren Konturen eines solchen multifilen Fadengebildes im fertigen Filterelement
noch deutlich erkennen, da beim Eingießen derartiger multifiler Fäden die Vergußmasse
im allgemeinen nicht in die von den Filamenten gebildeten Zwischenhohlräume
des
multifilen Fadengebildes eindringen kann.
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Die zum Eingießen der Fadenbündel zu verwendende Vergußmasse kann
ebenfalls aus allen für derartige Zwecke gebräuchlichen natürlichen oder künstlichen
metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen bestehen, beispielsweise aus Epoxygießharz,
Polyurethan, Metallen od.dgl.
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Bei der Auswahl geeigneter Vergußmassen und der darin einzubettenden
Voll- oder Hohlfäden ist zu beachten, daß die Vergußmasse und im gegebenen Fall
die Hohlfadenabschnitte beim späteren Einsatz des daraus hergestellten erfindungsgemäßen
Filterelementes mit der zu filternden Flüssigkeit in Berührung kommen und daher
gegenüber dieser beständig sein müssen. Wird dagegen die Herstellungsweise gewählt,
bei welcher die Öffnungen des erfindungsgemäßen Filterelementes durch Herauslösen
der in der Vergußmasse eingebetteten Voll- oder Hohlfadenabschnitte gebildet werden,
so ist darauf zu achten, daß die verwendete Vergußmasse sowohl gegenüber der später
zu filtrierenden Flüssigkeit als auch gegenüber dem zum Herauslösen der Voll- bzw.
Hohlfadenstücke aus der Vergußmasse verwendeten Medium beständig ist.
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Geeignete Werkstoffpaarungen sind solche, bei denen sowohl die Vergußmasse
als auch die Voll- bzw. Hohlfäden aus einem metallischen Werkstoff bestehen, solche,
bei denen beide Partner aus einem nichtmetallischen Werkstoff bestehen, und solche,
bei denen einer der beiden Partner beispielsweise die Fäden aus einem metallischen
und der andere Partner, beispielsweise die Vergußmasse, aus einem nichtmetallischen
Werkstoff oder umgekehrt besteht.
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Obwohl ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung u.a.
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darin besteht, ein Filterelement auch mit einer definierten scharfen
Trenngrenze zur Verfügung zu stellen, ist es erz in dungsgemäß auch möglich und
in vielen Fällen vorteilhaft, bei geeigneter Auswahl und Zusammensetzung der Voll-
bzw. Hohlfäden Filterelemente mit nicht scharfer Trenngrenze, jedoch definierter
Verteilung der Teilchengröße im Filtrat herzustellen, denn es ist möglich, Fäden
mit verschiedenen, beliebig wählbaren Durchmessern in beliebigen Anteilen beispielsweise
vor dem Eingießen miteinander zu mischen oder bündelweise anzuordnen und daraus,
wie oben beispielshalber beschrieben, entsprechende Filterelemente herzustellen.
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Ebenso ist es möglich, Vollfäden mit nichtrundem Querschnitt oder
Hohlfäden mit nichtrundem Hohlraumquerschnitt zur Herstellung von Filterelementen
nach den oben beispielshalber beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen.
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Bei der Bemessung des erfindungsgemäßen Filterelementes, insbesondere
der Dicke desselben, ist zu beachten, daß mit der Dicke des Filterelementes auch
die Länge der Duchtrittsöffnungen für das Filtrat wächst und damit der für das Fördern
einer bestimmten Filtratmenge pro Zeiteinheit durch das Filterelement erforderliche
Differenzdruck. Aus diesen Überlegungen heraus ist es daher zweckmäßig, die Dicke
des erfindungsgemäßen Filterelementes so gering wie technisch möglich zu bemessen.
Andererseits sinkt bekanntlich die Bruchfestigkeit des Filterelementes mit abnehmender
Dicke Es wird daher allgemein zweckmäßig sein, das erfindungsgemäße Filterelement
mit Hilfe von Stützkörpern, Stützplatten, Stützsieben od.dgl. vor Bruch zu bewahren.
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Das erfindungsgemäße Filterelement ist zur Behandlung gasförmiger
und
flüssiger Stoffe gleichermaßen gut geeignet.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert,
wobei gleiche Positionszahlen gleiche Teile bezeichnen. Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht
auf ein erfindungsgemäßes Filterelement, Fig. 2 bis Fig. 5 mögliche Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Filterelementes in geschnittener Darstellungsweise, Fig. 6
ein ringförmiges erfindungsgemäßes Filterelement, Fig. 7 in vereinfachter schematischer
Darstellungsweise die Herstellung erfindungsgemäßer Filterelemente aus einem Bündel
parallelliegender in einer Vergußmasse eingegossener Hohlfäden, Fig. 8 bis Fig.
27 mögliche Querschnittsformen geeigneter Fäden, Fig. 28 den Querschnitt eines aus
drei Filamenten mit jeweils rundem Querschnitt bestehenden multifilen Fadens, Fig.
29 eine mögliche Form für die Durchtrittsöffnungen des erfindungsgemäßen Filterelementes,
Fig. 30 das Rückhaltevermögen für ein erfindungsgemäßes Filterelement mit scharfer
Trenngrenze und dasjenige für ein solches mit nichtscharfer Trenngrenze,
Fig.
31 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise die Herstellung eines Wickelkörpers
mit im wesentlichen parallel liegenden Fadenlagen, Fig. 32 in vereinfachter schematischer
Darstellungsweise eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Filterelenentes.
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Fig 1 läßt deutlich die vorteilhafte kompakteste Anordnung der kreisrunden
Öffnungen 11 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelementes erkennen,
die beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß ein Bündel parallelliegender
Hohlfäden 1 in einer Vergußmasse 2 eingegossen wird, die die Zwickel zwischen den
Hohlfäden 1 und den äußeren Umfang 12 des Hohlfadenbündels ausfülltund das eingegossene
Bündel 3 anschließend, d.h. nachdem die Vergulirnasse erhärtet ist, in Scheiben
zerlegt wird, wie in Fig. 7 vereinfacht schematisch dargestellt. Das erfindungsgemäße
Filterelement besteht somit also aus clen die Öffnungen 11 für das Hindurchtreten
des Filtrates bildenden Hohlfadenabschnitten 1 und den zwischen diesen liegenden
mit der Vergußmasse 2 gefüllten Zwischenräumen sowie dem ebenfalls von der Vergußmasse
2 gebildeten äußeren Rand 12.
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Fig. 2 zeigt den Schnitt des erfindungsgemäßen Filterelementes nach
Fig. 1 entlang der Linie II-II.
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Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Filterelement, wie man es erhält,
wenn beispielsweise ein in eine Vergußmasse 2 eingegossenes Bündel parallelliegender
Hohl fäden 1 in Scheiben
zertrennt wird, wobei die einzelnen Schnittflächen
jedoch nicht senkrecht zur Längsachse 10 des Fadenbündels 3 bzw.
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zu derjenigen jedes einzelnen Hohlfadens 1 liegen, wie in Fig. 7 dargestellt.
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Fig. 4 zeigt eine nichtebene Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen
Filterelementes, das beispielsweise durch entsprechendes Ab- bzw. Ausschleifen eines
zunächst zylinder-bzw. scheibenförmig ausgebildeten Filterelementes nach Fig. 2
erhalten werden kann.
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Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Filterelement, bei dem die öffnungen
11 für das Hindurchtreten des Filtrats durch die durch das Entfernen von in der
Vergußmasse 2 zunächst eingegossenen Voll- oder Hohlfadenabschnitten nach dem Zerteilen
eines in der Vergußmasse 2 eingegossenen aus einer Vielzahl von Voll- oder Hohlfäden
gebildeten Fadenbündels in Scheiben entstandenen Löcher gebildet werden.
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Fig. 6 zeigt ein ringförmig ausgebildetes erfindungsgemäßes Filterelement,
das beispielsweise durch Zerteilen eines in einer Vergußmasse 2 eingegossenen durch
Aufwickeln eines oder mehrerer endloser Hohlfäden 1 hergestellten Wickelkörpers
in einzelne Scheiben, wie oben beschrieben, hergestellt werden kann.
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Die in den Fig. 1 - 4 und 6 dargestellten Ausführungsformen erhält
man auch, wenn man statt der Hohlfäden 1 Kern-Mantel-Fäden verwendet und die Kernsubstanz
anschließend herauslöst oder anderweitig entfernt.
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Fig. 7 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellungsweise ein
in eine erhärtete Vergußmasse 2 eingegossenes Bündel 3 parallelliegender Fäden 1.
Durch Zerteilen des eingebetteten Fadenbündels 3 in beliebig dünne Scheiben, wobei
die Schnittflächen entweder senkrecht zur Längsachse 10 des Fadenbündels 3, wie
durch die Linien 4, 5 und 6 angedeutet, oder in einem beliebigen Winkel dazu, wie
durch die Linien 7, 8 und 9 angedeutet, gelegt werden können, erhält man mögliche
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filterelementes.
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Die Figuren 8, 9, 10, 11, 12, 13, 24, 25 und 26 zeigen die Querschnitte
verschieden geformter Hohlfäden 1 mit jeweils mehreren Hohlräumen 11. Derartige
Hohlfäden lassen sich beispielsweise mit Hilfe entsprechend geformter Spinndüsen
herstellen. Ein Hohlfaden 1 gemäß Fig. 10 läßt sich aber auch noch auf andere Weise
herstellen, und zwar indem beispielsweise drei zunächst getrennt ausgesponnene Hohlfäden
unmittelbar nach dem Ausspinnen, d.h. also im noch plastischen Zustand, zusammengeführt
werden und hierdurch an den gemeinsamen Berührungsstellen miteinander verkleben,
verschweißen od.dgl. Die in den Figuren 12 und 13 dargestellten Hohlfadengebilde
1, die man sich auch als durch Stege 18 miteinander verbundene Einzelhohlfäden vorstellen
kann, können mittels entsprechend geformter Spinnwerkzeuge in beliebiger Breite,
d.h. mit beliebig vielen Hohlräumen 11 hergestellt werden.
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Während bei den in den Figuren 8 bis 12 und 24 dargestellten Hohl
fäden 1 die Hohlräume 11 eine im wesentlichen kreisrunde Querschnittsform aufweisen,
haben die Hohlräume 11 der in den Figuren 13, 25 und 26 dargestellten Hohlfäden
1 eine nichtrunde Querschnittsform. Die Querschnittsfläche der Hohlräume 11
der
Hohlfäden 1 mit mehreren Hohlräumen 11 ist dabei vorzugsweise jeweils gleich groß.
Der in Fig. 26 dargestellte Hohlfaden 1 ist zusätzlich noch als Kern-Mantel-Faden
ausgeffihrt, und zwar mit dem Kern 14 und dem aus einem anderen Material als der
Kern 14 bestehenden Mantel 15.
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Die in den Figuren 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 und 23 ebenfalls
im Querschnitt dargestellten Hohlfäden 1 besitzen jeweils nur einen Hohlraum 11.
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Bei dem in Fig. 14 dargestellten Hohlfaden 1 ist der im wesentlichen
kreiszylinderförmige Hohlraum 11 nichtkonzentrisch zu der im wesentlichen ringquerschnittsförmigen
als schraffierte Fläche gezeichneten Außenhülle des Hohl fadens 1 angeordnet. Bei
den in den Figuren 16 und 23 dargestellten Hohlfäden 1 sind die Querschnittsformen
des jeweiligen Hohlraumes 11 und der jeweils dazugehörigen ringquerschnittförmigen
Hülle der Hohlfäden 1 einander nicht ähnlich. Die in den Figuren 18 bis 20 dargestellten
Hohlfäden 1 besitzen darüber hinaus eine Anzahl von in Längsrichtung der Hohlfäden
1 sich - gegebenenfalls auch spiral- oder gewindeförmig - erstreckenden Rippen 13,
die beispielsweise die Steifigkeit der Hohlfäden 1 erhöhen können oder aber als
Abstandshalter wirken. Die in Fig. 20, 21 und 23 dargestellten Hohlfäden 1 sind
darüber hinaus als Kern-Mantel-Fäden ausgeführt und besitzen eine- innere, den Kern
bildende, Schicht 14 und eine äußere, den Mantel bildende, Schicht 15.
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Der in Fig. 22 im Querschnitt dargestellte Faden 1 ist ein als Vollfaden
ausgeftihrter Kern-Mantel-Faden 1 mit dem Kern
14 und dem den Kern
14 umgebenden Mantel 15, wobei der Kern 14 beispielsweise auch aus einem metallischen
Werkstoff bestehen kann, der beispielsweise von dem aus einem synthetischen Polymeren
bestehenden Mantel 15 umgeben ist.
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Fig. 27 zeigt den Querschnitt eines trilobalen Vollfadens 1.
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Das Eingießen derartig geformter Fäden 1 in eine Vergußmasse 2 und
das anschließende Herauslösen derselben aus dieser führt zu einem erfindungsgemäßen
Filterelement mit ebenfalls trilobal geformten Durchtrittsöffnungen 11 für das Filtrat.
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Fig. 28 zeigt den Querschnitt eines aus drei Einzelfilamenten la,
lb; lc gebildeten Multifilamentfadens la, lb, lc . Wird ein Bündel derartiger Multifilamentfäden
la, lb, lc in eine Vergußmasse 2 eingegossen und werden die Multifilamentfäden la,
lb, lc anschließend aus der Vergußmasse 2 herausgelöst oder anderweitig entfernt,
so entsteht ein erfindungsgemäßes Filterelement mit entsprechend geformten Durchtrittsöffnungen
11, wie eines davon in Fig. 29 dargestellt ist.
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Fig. 30 zeigt den Vergleich einer scharfen zu einer nichtscharfen
Trenngrenze. Die scharfe Trenngrenze ist durch die ausgezogene Linie 21 dargestellt.
Sie läßt erkennen, daß ein erfindungsgemäßes Filterelement mit einer derartigen
charakteristischen Trenngrenze alle Teilchen mit einer Teilchengröße unterhalb C
durchtreten läßt und alle Teilchen mit einer Teilchengröße oberhalb D zurückhält.
Der Bereich C-D ist dabei sehr eng, wobei der Anteil der zurückgehaltenen Teilchen
mit einer im Bereich von C - E liegenden Teilchengröße
und derjenige
der nicht zurückgehaltenen Teilchen mit einer im Bereich von E - D liegenden Teilchengröße
jeweils unterhalb nur 10% und der Anteil der vom Filterelement zurückgehaltenen
Teilchen mit der Teilchengröße E bei über 90% liegt. Bei einem Filterelement mit
nichtscharfer Trenngrenze dagegen liegen die von dem Filterelement zurückgehaltenen
Teilchen in dem weitaus breiteren Größenbereich A - B mit ihren entsprechenden Anteilen.
Das bedeutet, daß bei einem durch ein Filterelement mit einer derartigen Trenngrenze
behandelten Filtrat auch Teilchen mit einer im Bereich von A - C liegenden Teilchengröße
zurückgehalten werden, während andererseits auch solche mit einer im Bereich von
D - B liegenden Teilchengröße durch das Filterelement hindurchtreten.
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Fig. 31 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung die Herstellung
eines Wickelkörpers mit im wesentlichen parallelliegenden Fadenlagen. Ein solcher
Wickelkörper läßt sich beispielsweise #adurch herstellen, daß ein endlos zugelieferter
Faden 1 auf einen um seine Achse 10 rotierenden Wickelträger 17 fortlaufend aufgewickelt
wird, wobei der endlos zugelieferte Faden 1 noch zusätzlich eine parallel zur Drehachse
10 verlaufende Hin- und Herbewegung ausführt.
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Die Linie 16 zeigt die vorteilhafte Schnittrichtung durch ein auf
diese Weise hergestelltes und in eine Vergußmasse eingegossenes Fadenbündel, die
wie zu erkennen, parallel zur Drehachse 10 und im wesentlichen senkrecht zu den
jeweiligen Längsachsen der einzelnen Abschnitte des Fadens 1 verläuft.
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Fig. 32 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine weitere
Herstellungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Filterelementes.
Hierbei
wird die den Filterkörper bildende Vergußmasse 2 in eine beliebig geformte Gußform
20 gegossen, in welcher eine Anzahl von Fadenabschnitten 19 möglichst eng nebeneinander
angeordnet sind. Die gleichmäßige Verteilung der Vergußmasse 2 in der Gußform 20
kann beispielsweise durch Verbrendung einer für Schleudergußverfahren geeigneten
Einrichtung noch verbessert werden. Nach dem Erhärten der Vergußmasse 2 und Entfernen
der Gußform 20 sowie der Fadenabschnitte 19 erhält man ein erfindungsgemäßes Filterelement,
bei dem die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen 11 dem Querschnitt der jeweils
benutzten Fadenabschnitte 19 entsprechen.
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Die in den Figuren 8, 9, 10, 15, 16, 17, 23 und 24 im Querschnitt
dargestellten Hohl fäden 1 können selbstverständlich auch als Vollfäden ausgeführt
werden, wobei dann die Hohlräume 11 lediglich mit dem gleichen Material wie der
übrige Faden 1 oder aber gegebenenfalls auch mit einem anderen Material als dieser
ausgefüllt sind. Die öffnungen 11 der mit solchen Fäden hergestellten erfindungsgemäßen
Filterelemente besitzen dann, je nachdem, ob die Abschnitte der verwendeten Fäden
1 ganz oder teilweise entfernt werden, entweder eine den Hohlräumen 11 entsprechende
Form oder eine solche, die dem Gesamtquerschnitt der Fäden 1 entspricht, also beispielsweise
eine sechseckige, viereckige, ovale usw.
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Wie aus den Figuren 1 und 6 bereits hervorgeht, kann das erfindungsgemäße
Filterelement jede beliebige Querschnittsform aufweisen, so daß es auf einfache
Weise an die jeweils verwendete Filtereinrichtung angepaßt werden kann.
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