DE2948925A1 - Rohrfoermiges filterelement - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE
Dlpl-lng. P. WIRTH · Dr. V. SC H M IE D-KO WARZIK

Dlpl.ine. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL Dlpl-lng. S. SCHUBERT

281134 GR ESCHENHEIMER STR. 39

TELEFON: (0811)

287014 βΟΟΟ FRANKFURT AM MAIN 1

5. Oktober 1979 Case: 2-234 EPO

Gu/pi.

PALL CORPORATION
Glen Cove
New York, USA

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Rohrförmiges Filterelement

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Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Filterelement.

Aus gewelltem Filtermaterial bestehende Filterelemente zur Anwendung in Fluidensystemen mit hohem Druck besitzen notwendigerweise eine ausreichende Steifigkeit, um den hohen Druckdifferenzen Widerstand leisten zu können, die am Filterelement anstehen können. Werden im Betrieb vom Filterelement Verunreinigungen gesammelt, so wächst die Druckdifferenz am Filterelement. Es können daher die Wellungen oder Faltungen des Filterblatts unter der hohen Druckdifferenz zusammenfallen oder das Filtermaterial kann mit wachsender Druckdifferenz reißen, bevor die Lebensdauer des Filters beendet ist.

Dieses Problem besteht insbesondere bei Filtern, die aus dünnem Filtermaterial mit sehr kleiner Porengröße bestehen. Es 1st sehr schwer, Filterelemente mit kleinen Poren aus steifen Materialien herzustellen. Besteht das Filterelement aus Fasermaterial, so müssen Fasern mit kleinem Durchmesser verwendet werden, um kleine Poren zu erhalten. Solche Fasern sind naturgemäß schwächer als dicke Fasern. Dicke Fasern können verwendet werden, wenn die Zwischenräume zwischen den Fasern durch geeignete Maßnahmen verringert werden. Diese Materialien haben aber wegen der dickeren Fasern notwendigerweise ein kleineres, offenes Porengebiet oder Porenvolumen und folglich bewirken sie eine höhere Druckdifferenz als Filter mit höherem Porenvolumen. Aus praktischen Gründen ist daher nicht möglich, ein starkes oder steifes Filterelement mit sehr kleiner Porengröße zu konstruieren, weil damit der erwähnte Nachteil im offenen Porenvolumen einhergehen würde.

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Stützen zum Halten von weichem Filtermaterial können in Form von inneren Kernen und inneren oder äußeren Bogen vorgesehen werden. Ein Blatt aus Lochmaterial ist aber in gewellter Form sehr schwer herzustellen. Dieses Material verhindert zwar das Reißen des Filterelementes, Jedoch nicht das Zusammenfallen der Faltungen, welches natürlich sofort die Filterkapazität verringert und den Druckverlust vergrößert.

Bs sind bereits Einrichtungen vorgeschlagen worden, um die Faltungen eines gewellten Filterelementes in Abständen zu halten. Beispielsweise schlägt die US-PS 2 988 227 vor, die Wellungen mit einer Spiralfeder zu versehen, die um das Rohr gewickelt ist, und deren Spiralen mit benachbarten Faltungen des Filters verzahnt sind. Die Feder erstreckt sich aber nicht von einem Ende zum anderen Ende der Faltungen und dient lediglich dazu, die Faltungen voneinander zu beabstanden, nicht um sie zu stützen. Die Einrichtung verhindert daher ein Zusammenfallen eines Filterelementes unter hoher Druckdifferenz nicht, die in beiden Strömungsrichtungen entstehen kann.

Die US-PS 3 057 481 schlägt ein Filterelement mit verbesserter Steifigkeit und mechanischer Widerstandsfähigkeit sowie mit einer vergrößerten Kapazität für Verunreinigungen vor, in dem ein feines Filtersieb mit einem gröberen Stützsleb kombiniert wird, welche Kombination gefaltet oder gewellt wird. Die Kombination wird dann in einen Sinterofen eingebracht, so daß die Drähte der Siebe durch Sintern mit den benachbarten Drähten der Sandwichkonstruktion sowie auch die Stirnseiten der Faltungen, die miteinander

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In Kontakt sind, miteinander verbunden werden, wodurch eine einstUckige Baueinheit ausgebildet wird, die in allen Richtungen sehr steif ist. Bei einer AusfUhrungsforn dieses Vorschlags ist der Filterschirm sandwichartig zwischen zwei Stutzschirmen angeordnet, wodurch eine maximale Steifigkeit ausgebildet wird. Bei einer anderen AusfUhrungsform wird ein einziger Stutzschirm verwendet, dessen benachbarte Flächen bei jeder Wellung verbunden sind, wodurch ein verringerter Strömungswiderstand ausgebildet wird. Bei einer dritten AusfUhrungeform sind die benachbarten Flächen sowohl des Stutzschirmes wie auch des Filterschirmes bei jeder Wellung miteinander durch Sintern verbunden. Die derart konstruierten Filterelemente besitzen eine wirksame Filterfläche, die etwa 3 mal bis 50 mal größer ist als die wirksame Filterfläche des Ausgangsmaterials .

Um die Steifigkeit eines derartigen Filterelements weiter zu vergrößern, kann auf die gefaltete Anordnung nach dem Sintern Druck in einer Richtung senkrecht zu den Stirnflächen der Faltungen ausgeübt werden, so daß die Filterflächen noch fester miteinander verbunden werden. Anschließend wird die Baueinheit nochmals gesintert, wodurch die Festigkeit der Bindung verbessert wird und somit auch deren Stärke in rechten Winkeln zu den Wellungen. Jeder der Schirme kann auch getrennt gesintert werden, bevor er in die Sandwichkonstruktion eingebracht wird. Zusätzlich kann die Sandwichkonstruktion auch durch Sintern gebunden werden, bevor die Wellungen angebracht werden, und zwar um eine gleichförmige Porengröße des Filterschirmes bei der Montage beizubehalten.

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Dies Verfahren ist aber lediglich bei Filterbogen praktisch, die aus Metallgeweben bestehen, die an den Wellungen durch Sintern gebunden werden können.

Die US-PS 3.165.473 beschreibt ein gewelltes, gelochtes und metallisches Material mit einem metallischen Querstreifen, der damit derart verbunden ist, daß eine Verzerrung des Filtermaterials unter den Bedingungen verhindert wird, die im Betrieb des Filterelements auftreten. Auch hierbei ist somit wiederum metallisches Bogenmaterlal notwendig und der Querstreifen erstreckt sich nicht Über die gesamte Fläche des Fllterbogens, so daß auch hierbei Bogenmaterial mit innewohnender Steifigkeit benötigt wird, welches lediglich verstärkt werden muß. Dies Verfahren kann auch nicht auf Bogenmaterlal angewendet werden, welches von Anfang an nicht biegesteif ist oder zumindest strukturell nicht steif genug, um einer hohen Druckdifferenz Widerstand leisten zu können.

Die US-PS 3,807,150 beschreibt ein rohrförmiges Filterelement mit Wellstruktur, wobei die Faltungen voneinander durch Separatoren 9 beabstandet sind, die längliche Streifen aus Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium, sind und die in Querrichtung verlaufende Wellungen 10 haben (vgl. dort Fig. 3). Anstelle der metallischen Streifen können auch Separatoren aus Holz oder Kunststoffmaterial verwendet werden. Auch diese Separatoren dienen somit lediglich als Abstandhalter und stützen somit die Struktur nicht, um ein Ausbeulen der Wellungen des Filtermaterials im Rückstrom zu verhindern.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein rohrförmiges Filterelement mit gewelltem Filtermaterial vorzuschlagen, welches auch bei Anlegen einer hohen Druckdifferenz sich nicht verformt oder zusammenfällt, obgleich das Filterelement aus einem Filtermaterial besteht, welches sich verformen oder zusammenfallen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1.

Ein solches Filterelement kann mit biegeweichem, nichtmetallischen Filterbogen ausgerüstet werden, beispielsweise mit Kunststoffmembranen, Papierbogen und den mehrschichtigen, mikroporösen Filterbogen, die in den US-Patentschriften 3,158,532, 3,238,056, 3,246,767, 3,353,682, 3,573,158, 3,407,252 und 3,591,010 beschrieben sind. Das neuartige Filterelement kann besonders gut angewendet werden bei schwachen oder biegeweichen Filtermaterialien mit einer maximalen Porengröße unter 5 Micron und insbesondere unter 0,5 Micron, wie sie zum Filtern von Bakterien und anderen schädlichen Microorganismen eingesetzt werden.

Solche Filtermaterialien müssen absolut gegen ein Zusammenbrechen oder gegen Risse geschützt werden, wenn das Filterelement mit den Verunreinigungen belastet wird. Das neuartige Filterelement erfüllt diese Forderungen, weil unter praktisch allen Betriebsbedingungen auch bei hoher Druckdifferenz in der einen oder anderen Strömungsrichtung ein Kollabieren des Filterelementes mit Sicherheit vermieden wird, insbesondere wenn Stützbogen an der Innenseite und an der Außenseite des Filterbogens verwendet werden. Ist

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- ίο -

Ist lediglich ein Stutzbogen vorgesehen, dann besteht Widerstand gegen ein Zusammenfallen nur in derjenigen Strömungsrichtung, in der das Filterelement an diesen StUtzbogen angelegt wird.

Die StUtzkeile und die gelöcherten StUtzbogen sind nicht notwendigerweise in Anlage am gefalteten Filterbogen. Dies kann jedoch auch der Fall sein. Wenn dl· Passung zwischen den Stutzkeilen und den benachbarten Faltungen des Filtermaterials eng ist oder auch als Preßsitz ausgebildet ist, so werden die StUtzkeile durch Reibungsschluß an Ort und Stelle gehalten. Die StUtzkeile können auch durch Endkappen gehalten werden, wodurch die offenen Enden des gewellten Filtermaterials abgeschlossen werden. Weil die StUtzkeile aus festem Material bestehen und sich nicht durch das Filtermaterial erstrecken, besteht an den Stutzen keine Leckmöglichkeit. Die StUtzkeile und die StUtzbogen können auch miteinander und mit dem Filtermaterial unter Verwendung eines Klebemittels verbunden sein. Bestehen das Filtermaterial und die StUtzkeile aus thermoplastischem Material, so kann die Verbindung auch durch Anwendung von Wärme und Druck oder durch ein Lösungsmittel bewirkt werden. Diese Verbindungstechniken sind bekannt.

Die StUtzkeile müssen nicht notwendigerweise zwischen Jeder Faltung bzw. Wellung vorgesehen sein, weil dadurch in nicht notwendigerweise die Anzahl der StUtzkeile vergrößert wird. Es wird dadurch auch der Strömungsfluß durch das Filtermaterial in gewisser Weise behindert. Es ist ausreichend, wenn die Faltungen gruppenweise zusammengefaßt sind, beispielsweise von zwei bis fünfzehn Faltungen zu

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einer Gruppe. Die Stutzkeile werden dann zwischen die Gruppen eingesetzt. Die Anzahl der Faltungen in jeder Gruppe hängt von der Anzahl der Faltungen und vom Durchmesser des rohrförmigen Filterelements ab. Eine ausreichende Anzahl von Faltungen soll zu einer Gruppe zusammengefaßt werden, so daß ein im wesentlichen dreieckfönniger oder polygonaler Raum dazwischen frei bleibt, dessen Breite zwischen etwa 0,5 und 2 cm im Bereich des größten Maßes liegt, d.h. am äußeren Umfang des Raumes. Es 1st aber nicht notwendig, daß die StUtzkeile eine strukturelle Steifigkeit haben. Es reicht aus, wenn die StUtzkeile im wesentlichen nicht kompressibel sind, weil sie sich axial zu den Faltungen erstrecken und den Raum zwischen den Faltungen vollständig ausfüllen. Dadurch wird eine seitliche Bewegung verhindert, well nämlich die StUtzkeile im wesentlichen nicht kompressibel sind.

Die größte Abmessung bzw. Breite der StUtzkeile 1st um etwa 5 bis 10# größer als der Außendurchmesser des Filterelemente. Ist die Druckdifferenz von innen nach außen groß,

/so können zusätzlich

L gelocht· Einsätze verwendet werden, die jeweils als kreisförmige Segmente ausgebildet sind, deren Sehne eine Länge gleich der Breite der Gruppe hat. Alternativ kann der äußere Käfig starr sein und als Polyeder ausgebildet sein.

Die StUtzkeile bestehen aus geeignetem Material, beispielsweise Metall, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Elsen, Silber, Stahl, Nickel, Chrom oder auch aus Legierungen, beispielsweise aus Monel, Hastelloy C, N-155-Legierung, rostfreier Stahl, Nickel und Chromlegierungen, Eisenlegierungen, Messing und Bronze. Kunststoffmaterialien können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise Polyäthylen ,

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Polypropylen, Polyisobutylen, Polyamide, Polystyrol, Polycarbonate, Polyester, Phenol-formaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd, Polyoxymethyl, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polytetrafluoräthylen und Polytrlfluorochloräthylen-Polymers.

Damit der Filterbogen seine Form beibehält, insbesondere seine gewellte Form, und vorzugsweise wenn als Filterbogen eine Filtermembran eingesetzt wird, wird es bevorzugt, den Filterbogen beidseits in einem porösen StUtzbogen einzuschließen, der sich vorzugsweise dicht neben oder sogar in Kontakt mit dem Filterbogen stromauf und stromab befindet. Das Stutzmaterial ist steifer als das Material des Filterbogens und ist vorzugsweise flexibel. Vorzugsweise besteht es aus Kunststoff, so daß es mit einer Endkappe des Filterelements verbunden werden kann. Ein bevorzugtes Stutzmaterial ist ein Maschengebilde aus VEXAR (das ist ein extrudiertes Polypropylen-Netz). Es kann auch Jedes perforierte Bogenmaterial mit unebener Oberfläche eingesetzt werden, die beispielsweise angesenkt, versteift oder gesteppt ist. Beispielsweise wird folgendes Bogenmaterial aus Kunststoff verwendet: Polypropylen, Polyäthylen, Polyvinyldenchlorid, Polyvinylchlorid und anderes, bogenförmiges Kunststoffmaterial, welches üblicherweise für Endkappen verwendet wird, und welches eine derart unebene Oberfläche hat, daß ein Abfluß ausgebildet wird und ein Blockieren des Filterbogens durch den Stutzbogen verhindert wird.

Die innere und/äußere Stütze für den Filterzylinder ist beispielsweise als Bogen ausgebildet, der bei Anordnung an der Innenseite die Form eines Stützkerne annehmen kann, der aus geeignetem, gelochtem Material besteht. Es wird

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bevorzugt, wenn die Stütze starr ist. Sie kann aber auch bis zu einem gewissen Grad biegsam sein, vorausgesetzt, daß sie im wesentlichen nicht dehnbar ist, so daß sie ihre Form unter der Druckdifferenz nicht verliert. Das Material des Bogens kann aus dem metallischen Material oder dem Kunststoffmaterial bestehen, welches vorstehend für den Lochbogen des Filtermaterials oder auch für den Stützkeil aufgeführt wurde.

Bestehen die Stützkeile und die Lochbogen und/oder die StUtzbogen aus thermoplastischem, schmelzverträglichem Material, so können sie miteinander durch Anwendung von Wärme und Druck verbunden werden, oder auch durch Anwendung eines Lösungsmittels. Die Stutzkeile, die Lochbogen und die StUtzbogen bestehen vorzugsweise aus demselben Kunststoff material, beispielsweise aus Polyäthylen, Polypropylen oder Polyamid. Sie können dann miteinander verbunden werden und ein einstUckiges Teil ausbilden, welches dauerhaft das Filtermaterial aufnimmt und stützt.

Das neuartige Filterelement wird dadurch hergestellt, daß das Filtermaterial mit beidseits anliegenden Filterbogen in üblicher Weise gewellt wird. Die beidseits anliegenden Lochbogen haben offenere oder gröbere Löcher. Dann wird das Sandwichmaterial in eine geschlossene Konfiguration gefaltet, beispielsweise als Rohr oder Zylinder oder auch in eine andere geschlossene Konfiguration, deren Querschnitt beispielsweise ellipsenförmig 1st, ein Polygon bildet oder auch anders profiliert ist. Die Faltungen werden dann gruppenförmig zusammengefaßt und die Stützkeile werden axial zwischen die benachbarten Gruppen einge-

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schoben. Dieses Bauelement wird dann über einen Innenkern geschoben und/oder über einen äußeren Stützbogen. Je enger der Sitz ist, umso steifer ist das Filterelement. Für einigs Betriebsbedingungen ist es praktisch, ein äußeres Stützblatt auf das Filterelement unter Wärme aufzuschrumpfen.

Endkappen können dann, sofern erwünscht, auf die offenen Enden des Filterelements aufgegeben werden. Die Endkappen werden mit dem inneren StUtzkern und dem äußeren Stutzbogen und mit den Stutzkeilen, wie auch mit dem Filtermaterial, verbunden, wobei ein Übliches Klebemittel oder auch ein Gießharz verwendet wird.

Die Endkappen bestehen vorzugsweise aus Kunststoffmaterial. Die Endkappen können mit dem Filterbogen dadurch verbunden werden, daß eine Gießzusammensetzung oder ein Klebemittel verwendet wird. Um eine bakteriendichte Abdichtung herzustellen, wird es bevorzugt, wenn die Endkappen mit dem Filterbogen verschweißt werden. Hierzu wird ein thermoplastisches Harz, beispielsweise Polyolefin, beispielsweise als Polyäthylen oder Polypropylen bevorzugt. Die Endkappen können aber auch aus anderen Kunststoffmaterlallen bestehen, beispielsweise Polyamid, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polycarbonat einschließlich Teflon, Polytetrafluoräthylen und KeI-F, Polytrifluorchloräthylen. Diese Materialien sind aber schwieriger zu verbinden.

Endkappen aus thermoplastischem Material können mit dem Rohr in der Schmelztechnik verbunden werden, wie diese in der US-PS 3.457.339 beschrieben ist. Eine Innenfläche der thermoplastischen Endkappe wird verflüssigt, um etwa 10

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bis etwa 90Ji der Dicke der Endkappe zu bilden, die mit dem Filterrohr verbunden werden soll. Gleichzeitig wird die Außenfläche der thermoplastischen Endkappe auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes gekühlt, so daß das Äußere der Endkappe fest bleibt. Alle Kanten eines Endes des Filtermaterials werden dann in die verflüssigte Fläche der Endkappe eingebettet und bilden dabei eine leckdichte Dichtung dazwischen aus. Es wird dadurch ein Integriertee Filterelement geformt, sobald das thermoplastische Material ausgehärtet ist. Das verflüssigte thermoplastische Material dringt In die Poren an den Enden des Filtermaterials dabei ein.

Das Verfahren kann zum Verbinden der Endkappe am anderen Ende des Filterelements wiederholt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf Filterelemente angewendet werden, die aus beliebig dUnnem oder biegeweichem Filtermaterial bestehen, die notwendigerweise gegen ein Zusammenfallen der Wellungen gestützt werden müssen, und die Poren haben, die sich von einer Fläche des Materials zur anderen erstrecken. Zwei oder mehr Schichten mit gleicher oder verschiedener Porosität können dicht übereinander gelegt werden oder auch miteinander verbunden werden. Sie können aber auch durch geeignete Abstandsbogen unter Abstand voneinander angeordnet werden. Papier kann mit Kunstharz imprägniert werden, beispielsweise mit Polypropylen und wird dann als Filtermaterial bevorzugt. Es können auch Papierwerkstoffe und ähnliche Bogenmaterialien eingesetzt werden, die aus beliebigen Fasern bestehen, einschl. nicht nur Cellulosefaser^ sondern auch synthetische plastische und nicht thermoplastische Kunstharzfasern sowie

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Fasern anderer Cellulosederivate einschließlich beispielsweise Fasern aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylidenchlorid, Polyamid, PoIyacrylonitril, Polyester, Celluloseacetat, Celluloseacetat-Proplonat, viskose-Kunstseide, Glanzstoffkunstseide, Zein und Alginate,

Kaliumtltanat, Mineralwolle, Kautschuk, Kasein, Hanf, Jute, Leinen, Baumwolle, Seide, Wolle und Mohair. Zusätzlich zu Papierwerkstoff können textile Stoffe und gewebte und nichtgewebte faserige Schichten aller Arten verwendet werden, beispielsweise Filze, Matten und geschlagenes Material (Bats), die aus faserförmigen Materialien der obigen Liste bestehen.

Die Erfindung kann insbesondere auf Membranfilter angewendet werden, und zwar mit oder ohne Stutzen, beispielsweise Membranen aus Polyamid, Cellulosederivaten, Polysulfon, Polyester, Polymid und Polycarbonat.

Das bogenförmige Filtermaterial, aus dem das neuartige Filterelement besteht, kann, sofern dies gewünscht wird, mit Kunstharz oder Cellulosederivat imprägniert werden, wodurch die Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung durch das filtrierte Fluid erhöht wird. Als Imprägniermittel kann Jedes Material verwendet werden, welches zum Imprägnieren von Papierwerkstoff und Textil- ' material geeignet ist. Diese Materlallen sind bekannt. Das Imprägniermittel kann flüssig sein, es kann auch verfestigt werden, beispielsweise durch Polymerisieren, Vernetzen oder dergleichen. Es kann auch in fester Form vorliegen und dem Grundmaterial als Lösung in einem inerten

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Lösungsmittel zugeführt werden, oder auch als Schmelze. Beispielsweise werden folgende Kunstharze zum Imprägnieren verwendet: Phenol-Formaldehydharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze, Polyesterharze und PoIyepoxidharze.

Das neuartige Filterelement kann insbesondere bei microporösen Filterelementen angewendet werden. Microporöse Filterelemente können derart definiert werden, daß sie eine mittlere Porengröße von weniger als etwa 5 Micron haben und vorzugsweise eine mittlere Porengröße von weniger als etwa 0,5 Micron. Bezüglich der unteren Grenze der Porengröße eines microporösen Filters gibt es keine effektive Angabe außer daß es die Druckdifferenz aushalten muß, die entsteht, wenn Wasser durch das Filter gedrückt wird, wobei natürlich keine unzulässig niedrige Strömungerate und kein zu starkes Zusetzen des Filters entstehen sollen. Praktisch wurde gefunden, daß microporöse Filter mit einer mittleren Porengröße an der unteren Grenze von 0,02 Micron und sogar darunter beim neuartigen Filterelement vorgesehen werden können.

Die Tiefe oder Dicke des .microporösen, faserigen Filters ist nicht kritisch. Ein dickes Filter arbeitet wirksam, sollte aber keinen zu starken Druckabfall hervorrufen.

Membranförmige Filtermaterialien sind besonders schwach und werden im neuartigen Filterelement geeignet gestützt. Filterblätter aus Membranen bestehen aus Celluloseacetat, Polyamid, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyvinylidenchlorid, Celluloseacetat-Propionat, Polyäthylen und Polypropylen. Diese Materialien werden besonders bevorzugt.

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Ein anderer Typ eines microporösen Filters besteht aus einem porösen Grundmaterial, beispielsweise Papier mit relativ großen Poren, wobei in diesem Material oder an dessen Oberfläche ein teilchenförmiges Material in einem Betrag abgeschieden 1st, so daß der mittlere Durchmesser der Poren auf weniger als 1 Micron verringert wird, während ein Leervolumen im microporösen Teil beibehalten bleibt, welches 75% übersteigt. Solches Material 1st beispielsweise in der US-PS 3.238.056 oder der US-PS 3.246.767 beschrieben. Das teilchenförmige Material, welches beispielsweise aus Fasern besteht oder aus feinstrukturiertem Granulat ist in einem Fluid suspendiert und wird aus dem Fluid auf der Oberfläche des porösen Grundmaterials abgeschieden. Das teilchenförmige Material kann insgesamt dieselbe Größe haben und aus demselben Typ bestehen oder auch aus zwei oder mehr Größen und Typen, die alle im Fluidensystem suspendiert sind. Die gewünschte Verringerung im Porendurchmesser des Grundmaterials wird durch Veränderung der Größe und des Betrages an teilchenförmigen) Material erreicht, welches abgeschieden wird. Gegebenenfalls werden dabei verschiedene Größen an verschiedenen Stellen miteinander gemischt.

Die Endkappen können Jede gewünschte Konfiguration haben, solange sie für das Jeweilige Filterelement geeignet sind. Üblicherweise ist an wenigstens einem Ende des Rohres eine Endkappe angebracht, die eine Öffnung zur Abgabe von gefiltertem Fluid oder von nichtgefiltertem Fluid zur Innenseite des Elements hat. Bei vielen Anwendungsfällen haben beide Endkappen Öffnungen, insbesondere wenn eine Vielzahl von Filterelementen miteinander verbunden wird, um ein langes Rohr auszubilden.

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Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Filterelemente, bei denen das Filtermaterial, die seitliche Nahtdichtung und die Endkappen alle aus demselben thermoplastischem Material bestehen, welches Material den Anforderungen an die Endkappen und die Nahtdichtung entspricht. Wenn alle Bauelemente aus demselben Material bestehen, so wird die Dichtung zwischen der Endkappe, der Nahtdiohtung und den Kanten des Filtere ungewöhnlich gut und alle Bauelemente des Filterelements haben denselben Widerstand gegenüber Korrosion und Verschmutzung. Ein vollständig aus demselben Material hergestelltes Filterelement widersteht denjenigen Reagenzien, denen dieses Material widersteht. Es kann also weiter eingesetzt werden, als ein Filterelement mit zwei Komponenten, wodurch der Bereich von Reagenzien bedeutend vergrößert wird, die das Filterelement angreifen können.

Ein Band oder Streifen aus Bindemittel kann aus beliebigem Kunstharz oder Cellulosederivat als Film bestehen, der ausreichend dick und stark ist, um sich selbst tragen zu können. Die Dicke ist ftir das bogenförmige Filtermaterial geeignet. Ein Material mit rauher Oberfläche erfordert ein dickeres Band aus Bindemittel als ein Material mit glatter Oberfläche, üblicherweise genügt ein Film mit einer Dicke von etwa 0,25 bis 5 nun.

Hierfür werden folgende Harze üblicherweise eingesetzt: Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyacrylnitril, Polyäthylen, Polypropylen, Kautschuk, Polymere aus Terephthalsäure und Äthylen-Glycol, Polyamide, Celluloseacetate, Äthylcellulose, Polyester, Polyepoxide, Polystyrol, PoIyisobuthylen, Harnstoff-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd, Melaminformaldehyd, Polytetrafluoräthylen und Polytrifluor-

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Chloräthylen-Harze.

Ein thermoplastisches oder unter Einwirkung von Druck wirkendes Bindemittel kann mit den nebeneinander befindlichen Blattflächen durch Anwendung von Wärme und Druck verbunden werden. Ein in Wärme aushärtendes Kunstharz, beispielsweise Phenol-Formaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd und Polyepoxidharze können in einem Zustand verwendet werden, in dem sie unvollständig polymerisiert sind, so daß sie noch thermoplastisch oder druckempfindlich sind. Sie werden dann in einen nicht-thermoplastischen Zustand der Polymer!sierung unter Anwendung von Druck und Wärme umgewandelt, so daß eine dauerhafte Abdichtung bewirkt wird.

Falls imprägniertes Filtermaterial verwendet wird, wobei ein Imprägnierharz zur Vergrößerung der Belastbarkeit eingesetzt wird und das Harz noch nicht vollständig polymerisiert ist, so kann das Aushärten des zum Imprägnieren verwendeten Harzes und des Harzbandes gleichzeitig erfolgen. Das Filtermaterial kann auch nach der Ausbildung der Seitennaht erhitzt werden, um das Aushärten eines Imprägniermittels oder eines Klebemittels zu beenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines AusfUhrungsbeisplels näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Stirnansicht eines

neuartigen Filterelements vor der Befestigung einer Endkappe;

Fig. 1A eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1;

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Flg. 2 eine Seitenansicht des Filterelements nach Fig. 1 mit Endkappen;

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht des Filterelements nach Fig. 1 mit einer teilweise geschnittenen Endkappe.

Das neuartige Filterelement 1 besteht aus einer einzigen Schicht 2 aus einem microporösen Papierfilter-Material mit einer maximalen Porengröße von 5 Micron und mit einer mittleren Porengröße von 0,5 Micron. Der Filterbogen 2 ist zwischen zwei Lochbogen 5 und 6 eingeschlossen. Alle drei Schichten bilden eine Vielzahl von Faltungen oder Wellungen 3» die in Gruppen h von jeweils neun Faltungen angeordnet sind. Die Faltungen sind derart aneinandergelegt, daß die benachbarten Seitenflächen jeder Faltung eich Über ihre gesamte Länge von einem Ende zum anderen des Filters nebeneinander erstrecken.

Zwischen den Gruppen befinden sich StUtzkeile 10, die im Querschnitt dreieckförmlg sind, und die den Raum zwischen den Gruppen einnehmen. Sie erstrecken sich von den Seiten der Faltungen von einem Ende des Filterelemente zum andern. Die StUtzkeile bestehen aus Polypropylen. Sie können aber auch aus anderem Kunststoff oder Metall bestehen. Die StUtzkeile passen eng in die Räume. Sie sind etwas größer als der betreffende Raum, so daß sie den Filterbogen 2 zwischen den Lochbogen 5, 6 in jeder Gruppe etwas zusammendrucken. Die Faltungen werden dadurch gegen eine seitliche Verschiebung axial des Filterelements von einem Ende zum anderen gehalten.

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Die Anordnung der gefalteten Gruppen mit den Stutzkeilen ist gegen eine Verschiebung nach außen oder innen durch biegsame StUtzbogen 15, 16 gehalten. Diese Stutzbogen bestehen ebenfalls aus Polypropylen. Sie sind in Kontakt mit Enden 17 jeder Faltung über deren gesamten Umfang. Die Faltungen können sich daher weder nach innen noch nach außen verschieben. Obgleich das Bogenmaterial flexibel ist, ist es im wesentlichen nicht kompreseibel und kann daher auch bei Anliegen einer hohen Druckdifferenz weder nach außen noch nach innen verzerrt werden.

Das aus Innerem StUtzbogen, äußerem StUtzbogen, Stutzkeilen und Filterbogen zusammengesetzte Bauelement 1st zwischen Endkappen 20, 21 gehalten, von denen die Endkappe 21 geschlossen ist. Die Endkappe 20 hat eine mittlere Öffnung, wie in Fig. 3 dargestellt, so daß ein Fluid in den Innenraum 25 des Filterelementes einströmen kann oder aus dem Innenraum ausströmen kann.

Im Betrieb strömt ein Fluid von innen nach außen oder umgekehrt. An der Außenseite des Filterelementes ist die fUr die Filterteilchen zur Verfügung stehende Fläche etwas größer als an der Innenseite, so daß ein Strömungsweg von außen nach innen bevorzugt wird. Das Filterelement leistet aber einem Zusammendrucken in beiden Richtungen gegenüber Widerstand. Unterliegt das Filterelement beispielsweise einer normalen Druckdifferenz in der üblichen Strömungsrichtung und wird das Filterelement dann plötzlich einer übergroßen Druckdifferenz in der anderen Strömungsrichtung unterworfen, beispielsweise wegen eines Leitungsbruchs stromauf des Filters, so wird das Filtermaterial trotzdem in beiden Strömungsrichtungen gestützt und fällt daher

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nicht zusammen. Dies gilt lediglich denn nicht, wenn die Druckdifferenz so groß ist, daß das Filtermaterial selbst dem Druck nicht standhält. Das Filterelement kann also so konstruiert sein, daß es allen üblicherweise auftretenden Druckdifferenzen stand hält, und zwar auch in Systemen, in denen ein sehr hoher Druck herrscht, ohne daß das Filterelement kollapieren kann.

Das zeichnerisch dargestellte Filterelement wird dadurch hergestellt, daß der Filterbogen 2 entsprechend gefaltet wird, wobei Gruppen von jeweils neun Faltungen zusammengefaßt werden. Anschließend werden die StUtzkeile 10 zwischen die Gruppen eingeschoben. Der StUtzbogen 15 und der StUtzbogen bzw. Stützkern 16 werden dann innen bzw. außen aufgeschoben. Wenn der Abstand zwischen den StUtzkeilen, den Faltungen des Filterbogene und den StUtzbogen klein ist, beispielsweise in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 mm, so werden die Bauelemente eng zusammengehalten und gegen eine Verformung, ein Zusammenfallen oder einen Bruch des Filterbogens geschützt.

Bei der Ultrafiltration und der Umkehrosmose wird ein Teil des gefilterten Fluids wieder zugeführt und wäscht dadurch den Filterbogen. .

Das neuartige Filterelement ist sehr vorteilhaft, weil die StUtzkeile einen Strömungspfad ausbilden, der sich parallel zur Filterfläche erstreckt. Es werden also alle parallele Flächen gewaschen und der Waschstrom kann eo ausgebildet werden, daß er längs der Außenseite oder der Innenseite des Filterelements strömt.

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Rohrförmigen Filterelement,

gekennzeichnet durch

die Kombination folgender Merkmale:

- einen Filterbogen (2), der beldseits in offenerem Lochbogen (S, 6) eingeschlossen 1st und zu einer Rohrform gewellt ist mit axialen Faltungen (3), die in Gruppen (4) angeordnet sind und deren stützend benachbarte Seitenflächen aneinander anliegen,

- Stützkeile (10) aus festem Material zwischen den Gruppen (4), die sich axial zu den Faltungen (3) von einem Ende zum anderen Ende des Filterelemente (1) erstrecken und deren Seitenflächen die äußeren Seitenflächen der Endfaltungen jeder Gruppe (4) stützen und dabei den Raum zwischen diesen Endfaltungen benachbarter Gruppen im wesentlichen ausfüllen sowie die Faltungen jeder Gruppe im wesentlichen in einer parallelen Reihe gegen eine seitliche Verschiebung sichern, und

- wenigstens einen gelochten Stützbogen (15, 16)

an der Innenseite und/oder Außenseite des Filterbogens (2) in stützender Anlage an benachbarten Faltungen (3) und die Stützkeile (10) und Faltungen gegen eine Verschiebung nach außen bzw. innen haltend.

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ORiGfINiAL INSPECTED

2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die StUtzkelle (10) derart geformt sind, daß sie In die Räume zwischen die Endfaltungen benachbarter Gruppen (4) unter Reibungssitz passen, wobei die Gruppen zwischen benachbarten Stutzkeilen gehalten sind.

3. Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzkeile (10) so geformt sind, daß sie in die Räume zwischen die Faltungen benachbarter Gruppen (4) in einem Paßsitz passen, wodurch die Gruppen zwischen benachbarten Stutzkeilen in einem Preßsitz gehalten sind.

4. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endkappe (20, 21) mit dem Filterbogen (2), mit den Stutzkeilen und mit dem oder den StUtzbogen (15, 16) an wenigstens einem Ende verbunden ist.

5. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Endkappen (20, 21) an beiden Enden des Filterelementes (1) vorgesehen sind.

6. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappe (20, 21) und die StUtzkeile (10) aus thermoplastischem, schmelzverträglichem Material bestehen und miteinander verbunden sind und dabei

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eine einstUckige Stutzstruktur ausbilden.

7. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappe (20, 21), der bzw. die Stützbogen (15, 16) und die StUtzkeile (10) aus demselben thermoplastischem Material bestehen und miteinander verbunden sind und dabei eine einstUckige Stützstruktur ausbilden.

8. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine innere Kernstütze (16) und eine äußere, plattförmige Stütze (15) aufweist.

9. Filterelement nach Anspruch Θ, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endkappe (20, 21) mit dem Filtermaterial (2), den Stutzkeilen (10) und mit den Bogen (5, 6, 15» 16) an wenigstens einem Ende des Filterelementes verbunden ist.

10. Filterelement nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß Endkappen (20, 21) mit beiden Enden des Filterelements (10) verbunden sind.

Patentanwalt:

Dr. D. Gudel

030 0 26/0660