DE3135604A1

DE3135604A1 - Gewickelter filter

Info

Publication number: DE3135604A1
Application number: DE19813135604
Authority: DE
Inventors: Walter Dale 46032 Carmelurg Ind. Womer
Original assignee: KENNECOTT ENG SYST
Current assignee: KENNECOTT ENG SYST
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1981-09-09
Publication date: 1982-07-08
Also published as: FR2489706A1; AU7513981A; IT8149268A0; GB2085313A; BE890322A; NL8104213A; IT1142798B; JPS5779874A

Description

PATENTANWALTS BÜRO

SCHUMANNSTR. 97 . D-4OOO DÜSSELDORF

Telefon: (0211) G8 33 46 Telex: 0858 6513 cop d

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing, W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dipl.-Ing. H. 8. COHAUSZ · Dipl.-Ing. 0. H. WERNER

Kennecott Engineered Systems Company 20600 Chagrin Boulevard
Cleveland, Ohio 44122
U.S.A.

Gewickelter Filter

Die Erfindung bezieht sich auf einen gewickelten Filter, insbesondere ein präzisionsgewickeltes Filterrohr aus spiralförmig gewickelten Lagen aus Garn oder Roving.

Es ist seit langem bekannt, Filter als rohrförmige EIemente aufzubauen, bestehend aus einem gelochten (rohrförmigen) Kern, der präzisionsbewickelt ist mit einer Mehrzahl von Schichten von im Abstand zueinander liegenden Umgängen von kreuzgewickelten Strängen, so daß eine Mehrzahl von Rauten geformt wird, welche die Filterdurch^- gangsöffnungen in der Seitenwand des Filterelements darstellen, durch die die zu filternde Flüssigkeit hindurchgeht. Die durch den Filter hindurchgehende Flüssigkeit wird von in ihr enthaltenen Teilchen befreit, die von den faserförmigen Strängen zurückgehalten werden. Das Filter-

material kann während des Wickeins geraut werden, um zusätzliche lose Fasern zu erzeugen, die die Durchgänge sperren. Beispiel eines solchen Filters enthält das USA-

- Reissue Patent 22 651. Diese Filterhaben den Nachteil, daß sie auch schon vor dem vollständigen Zuse'tzen mit ausgefilterten Teilchen einen starken Druckabfall hervorrufen. Das Zusetzen des Filters tritt gewöhnlich durch größere Teilchen ein, die den Außenabschnitt des Filters zusetzen und die Durchgänge für die Flüssigkeit blockieren.

Gewöhnlich ist die Außenseite des Filters die Schmutz- und die Innenseite die Reinseite.

In der US-PS 3 471 028 ist vorgeschlagen worden, den Außenabschnitt des Filters durch spiralförmig präzisionsgewickeltes Garn zu erzeugen und den gelochten Kern mit zwei Innenlagen aus gerollten Schichten aus Filtermaterial zu versehen. Hierdurch sollte ein Filter geschaffen werden, mit dem sehr feine Partikel zurückgehalten werden können und der der Flüssigkeit einen verhältnismäßig freien Durchfluß bei längerer Lebensdauer des Filters gegenüber einem Filter mit nur gerolltem Filtermaterial ohne den Außenabschnitt aus spiralförmig gewickeltem Garn ermöglicht.

Die US-PS 3 904 798 enthält den Vorschlag, Filter mit veränderlicher Dichte durch Extrusion von Fasern direkt auf eine rotierende Oberfläche zu erzeugen. Jedoch ist ein solches Verfahren teuer, und die Kontrolle der Gleichförmigkeit des Auftrags der Fasern ist schwierig. Dieses bekannte Verfahren ist begrenzt auf extrudierfähige Fasern und ist nicht anwendbar auf Roving oder gerauhte Fasern. Im übrigen können die Filter aus den dort beschriebenen Polypropylen-Fasern nur bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen eingesetzt werden. Die Anwendung des Extrudierverfahrens fordert einen verhältnismäßig hohen Kapitaleinsatz für die Einrichtung, der beim Bewickeln eines rotierenden gelochten Kerns mit vorgefertigtem Roving entfällt.

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Es besteht daher ein Bedarf für einen Filter, mit dem Teilchen in einem weiten Bereich ihrer Größe gefiltert werden können, ohne daß der Filter verstopft wird; Dabei soll der Filter preiswert herzustellen und für eine Vielzahl von Anwendungsfällen geeignet sein. Schließlich ist es erwünscht, daß ein Filter des gewickelten Typs mit vorhandenen Einrichtungen erzeugt werden kann und eine lange Lebensdauer hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Filters, der den vorstehend genannten Anforderungen genügt, d.h. eine große Schmutzaufnahmekapazität für Teilchen verschiedener Größe hat und preiswert hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Filter mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäße Filter vom präzisionsgewickelten Typ zeichnet sich durch die Bewickelung des gelochten Kerns mit einer eng gewickelten Lage aus gegebenenfalls feineren Fasern aus, die eine größere Zahl von Rauten in Umfangsrichtung entstehen läßt, während der Außenabschnitt loser gewickelt ist mit einer kleineren Zahl von Umfangsrauten. Diese Bewicklungsart setzt voraus, daß der Filter zum Filtern von Flüssigkeiten oder Gasen die Schmutzseite außen und die Reinseite innen hat. Bei umgekehrter Durch-Strömungsrichtung müßten die beiden unterschiedlich gewickelten Lagen umgekehrt angeordnet werden.

Vorzugsweise 4/5 der Wandstärke des Filters ist engmaschiger gewickelt, während die äußere 1/5 der Wandstärke des Filters ausmachende Lage grobmaschiger gcwlcko.lt ißt. Kin solcher

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Filter hat eine erhöhte Lebensdauer und behält seinen Mikron-Leistungsgrad und Wirkungsgrad.

Der erfindungsgemäße Filter hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber bekannten Filtern. Der erste Vorteil besteht in einer sehr viel längeren Lebensdauer bei im wesentlichen dem gleichen Mikron-Leistungsgrad. Längere Lebensdauer bedeutet, daß mehr verschmutzte Flüssigkeit durch den Filter strömen kann, bevor der Druckabfall so groß ist, daß der Filter ersetzt werden muß. Ferner hat der erfindungsgemäße Filter eine größere Schmutzaufnahme-Kapazität und entzieht der durchströmenden Flüssigkeit so mehr Teilchen. Ein anderer Vorteil ist der geringere Garnverbrauch, weil die grobmaschigere Lage an der Oberfläche nicht so viel Material zur Herstellung benötigt.

Außerdem wird für die Herstellung des Filters keine Änderung der Produktionstechnik erforderlich. Außerdem kann der erfindungsgemäße Filter an den jeweiligen Bedarf der Benutzer angepaßt werden. Dabei wird ein zufriedener Filtereffekt in einem breiten Bereich der Teilchengröße erzielt.

Bei Beschreibung und Beanspruchung der Erfindung werden Begriffe verwendet, die im folgenden definiert werden: 25

Mikron—Leistungsgrad - das ist der Punkt, bei dem 90% einer

bestimmten Teilchengröße aus der durch den Filter strömenden Flüssigkeit entfernt ist.

Wirkungsgrad - Verhältnis der stromabwärts gemessenen Zahl oder Gewicht von Teilchen einer bestimmten Größe zu der Zahl oder dem Gewicht einer bestimmten Teilchengröße in der Aufwärtsströmung von dem Filter.

Wickelzahl

Wickelverhältnis

Schmutzaufnahme-Kapazität

Schmutzkapazität Druckverlust Raute

Rautenmus ter

Anzahl von Umfangsrauten auf der Oberfläche des Filters entlang einer Umfangslinie, die In^einer-Ebene senkrecht zur Achse des Filters liegt.

gleich Spindelumdrehungen pro Minute, dividiert durch die Verschiebefrequenz (komplette Zyklen des Seitwartsdrehmechanismuses hin und zurück zum Ausgangspunkt).

Menge an Schmutz in der Flüssigkeit, die dem Filter zugeführt wird, (auch Lebensdauer des Filters)» Schmutz im Filter (Schmutzkapazität kann nur schwierig oder gar nicht gemessen werden).

Druckänderung zwischen Flüssigkeitsein- und -auslaß am Filter während des Filterns.

eine Raute ist die offene Fläche, gemessen von Strangmittelpunkt zu Strangmittelpunkt zwischen gegenüberliegenden Strängen eines Rautenmusters, das präzisionsgewickelt auf einer Filterpatrone gebildet ist. ist die vollständige Wicklung zur Ausbildung einer Lage von Umfangsrauten, d.h. 15 Querzyklen werden benötigt um ein komplettes Rautenmuster für eine 15 "Wickelzahl"· Filterpatrone zu bilden.

Aus den obigen Definitionen ergibt sich, daß, wenn der Wirkungsgrad derselbe bleibt,ein Anstieg in der Schmutzauf-

nahmekapazität gleich einem Anstieg in gefördertem

Schmutz ist. Es ist bekannt, daß bei einem einzelnen ge- ■

wickelten Filter bei einer Zunahme der Anzahl von Um- %

fangsrauten (feinere engmaschigere Wicklung) ein höherer \

^Wirkungsgrad erzielt wird, daß jedoch die Lebensdauer Z-

der Filterpatrone verkürzt wird. Die Vielfachlagen- I

oder Vielfachwicklungs-Filter gemäß der Erfindung er- |.

lauben eine Verlängerung der Lebensdauer bei gleich- %

zeitiger Beibehaltung des Wirkungsgrades und des Mikron-

Leistungsgrades. .

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Filter gemäß der Erfindung bei dem die äußere grobe Wicklung teilweise

weggeschnitten ist, um die innere feinere (engmaschigere) Wicklung mit einer größeren Anzahl von ümfangsrauten erkennen zu lassen.

Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung- für die verbesserte Ausgestaltung einer Zweilagen-Filterpatrone gemäß der Erfindung zur Filterung groben Staubes.

■ Fig.'3 ist eine grafische Darstellung für eine verbesserte Ausgestaltung einer Zweilagen-Filterpatrone gemäß der Erfindung für das Ausfiltrieren feines Staubes.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung für eine verbesserte Ausgestaltung eines Dreilagen-Filters gemäß der Erfindung zum Ausfiltern groben Staubes.

Fig. 5 ist eine grafische Darstellung für die Auslegung einer Filterpatrone nach dem weiter unten folgenden Beispiel.

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In der Zeichnung ist eine Filterpatrone dargestellt, deren äußere Lage gröberer Wicklungen zum Teil weggelassen worden ist. Die Filterpatrone hat einen zylindrischen gelochten Kern 14, der üblicherweise aus perforiertem verzinnten Stahl, rostfreien Stahl oder Kunststoff geformt ist. Die innere Lage 42. der Filterpatrone weist, wie im Abschnitt 18 gezeigt, eine feinere Wicklung (Maschen) auf als die äußere Lage 44, die wie im Abschnitt 16 gezeigt, größere Rauten besitzt. Sichtbar sind etwa 6 offene Rauten 22, 24, 25, 26, 28 und 29 in einer Ümfangslinie an der Außenoberfläche in der oberen Hälfte. Die innere feiner gewickelte Lage hat entlang einer Ümfangslinie ungefähr 9 offene Rauten 32, 34, 35, 36, 38, 39, 40 und 41. Ungefähr 6 Rauten für die grober gewickelte äußere Lage und ungefähr 9 für die feinere eng gewickelte Innenlage sind sichtbar. Im Gegensatz dazu hätte nach dem Stand der Technik eine Filterpatrone die gleiche Anzahl Umfangsrautcn durch ihre gesamte Dicke.

Natürlich steigt die Zahl der Rauten mit zunehmender Wicklungszahl. Die Anzahl der Garnführungskreuzungen pro • Minute und die Anzahl der Umdrehungen der Wickelspindel bleiben gleich und deshalb die Anzahl der Rauten gleich ohne Rücksicht auf die Dicke der Lage des filterumwickelnden Material an der Oberfläche des Kerns 14. Gemäß der Erfindung werden jedoch Rauten von sogar größerer Fläche als die, welche durch zunehmenden Durchmesser vorkommen, durch Anwendung einer niedrigeren Wickelzahl gebildet, wenn der äußere Teil der Filterpatrone geformt wird. Der Unterschied der Wickelzahl zwischen der inneren Lage 18 und der äußeren Lage 16 der Filterpatrone ändert sich mit Größe der Filterpatrone und für jede Wickelzahl der Basis bzw. des Kerns. Für die Filterpatrone, welche einen Kerndurchmesser von ungefähr 2,86 cm und nach dem Wickeln einen Gesamtdurchmesser von ungefähr 6,19 cm hat, wurden das

Verhältnis von innerer und äußerer Wickelzahl für allgemeine Filterpatronenwindungen vorherbestimmt. Die Bereichsreihe für diese Filterpatrone bei Anwendung seiner Kernwickelzahl zwischen 13 und 27 und einer äußeren Wickeizahl zwischen 10 und 23 ist das Verhältnis von ungefähr zwischen 1,3 und ungefähr 2Y¹I= wenn' die Filterpatrone für groben Staub.benutzt wird. Wenn die Filterpatrone für feinen Staub gebraucht wird und eine innere Wickelzahl zwischen 15 und 27 und eine äußere Wickeizahi zwischen 13 und 21 hat, ist das Verhältnis zwischen ungefähr 1,07 und ungefähr 1,85. Bei grobem Staub ist der Teststaub geineint, handelsüblich als AC Grob-Test-Stäub. Dieser Staub hat folgendes Teilchengrößen-Spektrum: 12% von 0 bis 5 um; 12% von 5 bis 10 -um; 14% von 10 bis 20 um; 23% von 20 bis 40 um; 30% von 40 bis 80 um; 9% von 80 bis 200 um. Der feinere Staub (AC Fein-Test-Staub) hat folgendes Teilchengrößen-Spektrum: 39% von 0 bis 5 um; 18% von 5 bis 10 um; 16% von 10 bis 20 um; 18% von 20 bis 40 um; 9% von 40 bis 80 um; 0% von 80 bis 200 um.

In den Fig. 2 und 3 ist die Leistung üblicher 6,19 cm Filter vorherbestimmt für Filter mit einer üblichen Grundwicklung und einer dünnen Lage einer unterschiedlichen Wickelzahl und gröberer Wicklung auf der Außenfläche.

Fig. 2 ist eine Dare'stellung von vorherbestimmter Leistung für Filterpatronen mit Grundwicklungen (grob) der Wickelzahl 13, 15, 19, 23 und 27, verwendet zum Filtern einer wässrigen Lösung von AC Grob-Test-Staub. Fig. 3 stellt die vorausbestimmte Leistung von Filtern gemäß der Erfindung dar, die eine wässrige Lösung von AC Fein-Test-Staub filtern. Die vorausbestimmten Kurven der Fig. 2 und wurden von mathematischen Vergleichen der Filterwirksamkeit von verschiedenen Stärken gewickelter Lagen Filtermaterial abgeleitet. Diese Voraussagen wurden, wie in dem

nachfolgenden Beispiel im allgemeinen durch Versuche bestätigt. Der Ausdruck "Grundwicklung" wird verstanden als Roving-Wicklung von höherer Wickelzahl als die Außonlaqe, ausgehend von dem Kern mit dem enger (feiner) gewickelten Kernlagen. Die äußere Wicklung ist von einer Stärke von ungefähr 1/5 der gesamten Filterstärke oder Filterdicke.. Fig. 2 zeigt, daß die Leistung der Filterpatrone durch eine Zusatzlage gröberer Wicklung an der Oberfläche der Filterpatrone stark erhöht wird. Man sieht, wenn Oberflächenwicklungen mit größerer Raute über der Grundwicklung haben, Filterpatronen mit stark verbesserter Leistung entstehen. An einer Stelle wird ein Maximum erreicht und dann fällt die Leistung rasch bis zu einer sehr großen Raute ab.

Niedrigwertige Oberflächewickelzahlen im Vergleich zur Kernwihdungszahl der Filterpatrone mindert die Leistung die ein dünnerer Filter mit einer Oberflächenlage, die keine große Filterleistung hat, aufweist.

Ein Vergleich von Fig. 2 und 3 mächt deutlich, daß die Leistungsverbesserung für den groben Staub größer ist als für den feinen Staub mit einer leicht möglichen Verbesserung von 100% bei grobem Staub, wohingegen die Verbesserung für feinen Staub nicht so groß ist. Die Zusammensetzung des groben Staubs hat ein breiteres Spektrum der Teilchengröße und scheint enger mit dem allgemeinen Lauf von Schmutz bei handelsüblicher Anwendung von Filtrierungen im Bereich der Fotografie, Nahrungsmittel und chemischen Branche zu liegen und ist daher von etwas größerer kommerzieller Bedeutung. Der feine Teststaub hat ein engeres Spektrum der Teilchengröße.

Die Faser, die zur Bildung des Filters gemäß der Erfindung benutzt wird, kann ausgewählt werden aus irgendeiner Zusammensetzung fasrigen Materials, das einen Strang bildet,

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der zur Bildung eines geeigneten Filters gewickelt werden kann. Typisches Material für Wickelgarne und Rovings für Filter sind Polyesterfasern, Kunstseidefasern, ZeI-lulosetriacetatfasern, Glasfiber, Nylon und Polyolefine wie Polypropylen. Die Fasermaterialien können verfaserter Film_r gesponnenes Garn, Roving oder kontinuierlicher Garnfaden sein. Das bevorzugte Material für die Filter gemäß der Erfindung ist Baumwollgarn, weil es preisgünstig ist, eine außergewöhnliche Verbesserung der FiI-terfähigkeit für Filter gemäß der Erfindung schafft und sehr wirksame Filterung für Filterpatronen im Leistungsbereich von etwa 1 bis 100 Mikron ermöglicht.

Die Filterpatronen gemäß der Erfindung können j ede Stärke haben, die die gewünschten Filtereigenschaften in einem bestimmten Medium und einem Filterapparat gibt. Obwohl die Verwendung gewöhnlicher 2,86 cm Kerndurchmesser und Gcsamtfilterdurchmesser von etwa 6,19 erwähnt ist, kann die Erfindung auch bei anderen Filtergrößen Verwendung finden. Zur Zeit ist die Benutzung dickerer Filter nicht gleichbleibend praktisch, weil der Filter vor Benutzung des Filterkörpers an der Außenlage oder dem Kern (bei Innen- nach-Außenarbeitsweise) verstopft. Die Filterpatrone wird anhand eines gesamten Filterdurchmessers von 6,19 cm beschrieben, weil das die zur Zeit übliche Größe in Filtergeräten ist. Im Falle der Erfindung, wo die Verstopfung des Filters normalerweise nicht stattfindet, bis der Schmutz verhältnismäßig gleichmäßig durch den ganzen Filter verteilt ist, ist es praktisch

:U) anwendbar, Filter mit qrüßcrer Stärke als bisher zu vorwanden. Bot Benutzung des erfinduncjsgomäßon Prinzips mag es erwünscht sein, mehr als zwei Lagen zu benutzen, um den Vorteil der gesamten Filterdicke auszunutzen.

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Pig. 4 ist eine Voraussagekurve für die Leistung einer Reihe von dreilagigen Filterpatronen gemäß der Erfindung. Aus einem Vergleich mit Fig. 2 wird deutliche daß eine weitere Steigerung der Leistung durch Hinzufügen fortschreitend gröberer Wicklungen in zwei Lagen auf der äußeren Oberfläche der Filterpatrone erreicht werden kann. Die zwei äußeren Schichten der Außenlage haben Wickelzahlen auf jeder Seite der einzelnen Außenlage der zweifach gewickelten zweilagigen Patrone» Fig. 2 zeigt eine maximale Schmutzzurückhaltekapazität der Patrone mit 27 Grundwickelzahl und einer Oberflächenwickelzahl von 16. Dagegen zeigt Fig. 4 eine maximale Schmutzzurückhaltekapazität bei einer Grundwickelzahl von 27 mit einer Außenlage mit einer Wickelzahl von 14 und unter dieser einer Schicht mit einer Wickelzahl von 21. Die Verwendung einer einzelnen Lage erhöht die SchmutzZurückhaltekapazität von etwa 20 gms bis 50 gms, und die Verwendung eines dreilagigen Filters auf 90 gms, wobei jeweils kein wesentlicher Verlust an Wirkungsgrad oder Erhöhung des Mikron-Leistungsgrades eintritt.

Das Verhältnis zwischen der Dicke der äußeren loser gewickelten Faser und der inneren gröber gewickelten Faser kann, um die beste oder gewünschte Eigenschaft eines speziellen Filters zu geben, reguliert werden. Ein passender Bereich für die äußere gröbere Lage würde im allgemeinen zwischen ungefähr 10% und ungefähr 40% der Dicke der gesamten Filterstärke sein. Ein bevorzugter Bereich ist ungefähr 20 bis 30% der gesamten Filterdicke, weil dies eine große Verbesserung der Lebensdauer mit einer nur geringfügigen Schwächung, falls überhaupt, in dem Mikron-Leistungsgrad des Filters ergibt. Es wurde fustcjcstellt, daß dieser Prozentbereich im Verhältnis

■'''·' zu der herkömmlichen l-'iltcrpaLrono von insgesamt. oLwa

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-j 6,19 cm Durchmesser mit einem Kerndurchmesser von etwa 2,86 cm liegt. Bei Anwendung der Erfindung ist es möglich, daß dickere Filterlagen verwendet werden, wobei auch mehr als zwei Lagen vorgesehen sein können. In allen Fällen würde die obere Lage bzw. würden die oberen Lagen, die dem zu filternden Medium zugewandt sind, eine gröbere Wicklung haben und eine geringere Dicke als die darunter befindlichen Lagen. In allen Fällen ist die Anzahl der äußeren ümfangsrauten geringer an Zahl als die inneren ümfangsrauten. Die Oberflächenlage und' jede Außenschicht sollte in allen Fällen nicht weniger als ein vollständiges Rautenmuster bilden.

Bei der Bildung eines spiralförmig gewickelten Filters ist die Fläche der Rauten natürlich abhängig von ihrer Breite entlang der Filterachse und ihrer Länge in Umfangsrichtung. Wenn der Filter bei gleicher Wickelzahl dicker wird, bleibt die Breite in Axialrichtung im wesentliche! dieselbe_/ während die Länge in Umfangsrichtung zunimmt, wenn der Umfang des Filters zunimmt. Bei dem handelsüblichen 6,19 cm Außendurchmesser aufweisenden Filter ist das Verhältnis zwischen Axialrauten zu Ümfangsrauten pro 25,4 cm Filterpatronenlänge typischerweise zwischen etwa 2 und etwa 5. Dor bevorzugte Bo-

2[j reich liegt zwischen 2,5 und 4 für gute Filterleistung. Das optimale Verhältnis liegt zwischen 3 und 3,5, weil dann die beste Filterleistung und ein einfaches Wickeln erreicht wird. Außerhalb des genannten Bereichsverhältnisses entstehen Filterpatronen, die entweder nicht strukturstabil sind oder keine genügende Porosität für eine gute Durchflußcharakteristik haben. Ohne eine Gewähr für die Richtigkeit der Theorie übernehmen zu können, wird die enorm erhöhte Leistung der erfindungsgemäßen Filter-' patrone damit erklärt, daß ein Zusammenhang zwischen Faserdichte pro Volumeneinheit des Filters und der FiI-

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-j terleistung besteht. Die Abnahme der Wickelzahl, an der Oberfläche erhöht die Rautenabmessung und vermindert die Faserdichte pro Volumeneinheit. Es wird angenommen, daß die Faserdichte in direktem Verhältnis zur Rautengröße steht. Ferner wird angenommen, daß die weniger dichten Oberflächen größere Teilchen ohne zu verstopfen auffangen und daß die Basiswicklungsabschnitte des Filters die kleineren Teilchen ausfiltern. Man glaubt, daß das Verstopfen oder Blockieren der Oberflächenlage von bisher verwendeten Filterpatronen oft ihr Versagen hervorrief, bevor das Filterinnere durch Schmutz zugesetzt ist. Die weniger dichte Oberfläche der Patrone gemäß der Erfindung verstopft nicht so schnell, wodurch die Lebensdauer erhöht wird.

Es gibt andere Einflußnahmemöglichkeiten bei der Produktion von gewickelten Filtern, welche deren Eigenschaften beeinflussen. Darunter sind der Druck der Stützplatte oder -Rolle während des Wickeins, die Garnspannung, der Feuchtegehalt des Garns und die Garnfülle. Weiterhin beeinflußt die benutzte Wicklerausführung die Eigenschaften dahingehend, daß sie einen querlau'fenden Mechanismus haben, der auf dem Filter verbleibt odor beim Wickeln des Filters Abstand hält. 0b~ wohl diese und andere Einflußnahmemöglichkeiten die Eigenschaften der Filterpatrone beeinflussen, führt die erfindungsgemäße Lösung zu einer verbesserten Filterleistung, wenn andere Einflußnahmen konstant gehalten werden.

Anhand des nachfolgenden Beispiels wird die Leistungsverbesserung des erfindungsgemäßen Filters einer Lage mit niedriger Wickelzahl auf eine Grundwicklung mit höherer Wickelzahl (feinerer Maschen) erläutert.

- 18 Beispiel·

Eine Serie von Fiiterpatronen wurde geformt aus einer Basiswickiung mit einer Wickeizahl von 19 und OberfTachenWickeiiagen mit unterschiediicher Wickelzahl. Der Kern der Patrone bestand aus perforiertem verzinnten Stahl· mit einem Durchmesser von 2,86 cm. Die Fiiter wurden auf einen Gesamtdurchmesser von 6,19 cm gewickeit. Bei jedem der Test-Patronen betrug die Dicke der Basiswicklung 1,27 cm und bestand aus gl·eichtem Baumwoll-Roving mit einem Nominaidurchmesser von etwa 0,18 cm und einer linearen Dichte von etwa 0,3 gms/Fuß. Dieses gebleichte Baumwoll-Roving war hergestellt aus gebleichtem Baumwollkratzabfall.

Die äußeren 0,48 cm waren geformt aus einer Lage mit verschiedener Wickelzahl· aus demse^en gebl·el·chten Baumwol·l·-Roving. Durch Wickeln mittels eines Präzisionswicklers wurden jeweils zwei Patronen jeder Type in einer Länge von etwa 25,4 cm hergestell·^ Die Spindel·- geschwindigkeit betrug 650 U/min. Die Queriaufvorrichtung führte 19 kompiette Zykien pro 132 Umdrehungen aus, um 19 Umfangsrauten und etwa 66 Axialrauten auf der 25,4 cm Patrone zu erzeugen. Die Rovingspannung betrug zwischen 400 und 800 g, um sowohl die Außen-ais auch die Inneniage zu wickein. Der wickier vom Typ Lessona drückte nach Bildung etwa der ersten 3 mm wicklung mit einer Stützplatte gegen die drehende Patrone. Der Druck der Stützplatte wurde so eingesteht, daß die fertige Fiiterpatrone einen Luftdruckveriust von 2,54 bis 5,08 cm Wassersäuie bei 3,9 scfm Luftströmung erreichte. Filtorpatroncn mit einer Basiswicklung der Wickelzahl 19 wurden gebildet mit einer Oberflächenlage von etwa 0,48 cm Dicke und WickolZat^en von 19, 17, 15, 13 und 10. Jeweiis zwei Fiiterpatronen von jeder Wickeiart wurden hergeste^t.

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•j Nach Herstellung der Filterpatronen wurden diese in fließendem Wasser, das 200 mg pro Liter groben Staub enthielt, getestet. Die Wasserdurchflußmenge betrug 15,4 1 (3,5 Gallonen) pro Minute während der Testphase. Der Test wurde bei einem Druckverlust über die Patrone von etwa 13,5 kg (30 Pounds) unterbrochen. Die Lebensdauer der Patrone in Gramm der der Patrone zugeführten Menge ist in Fig. 5 aufgetragen für einen Durchschnitt von zwei Proben zu jedem Punkt.

Während des Versuchs wurden regelmäßig Proben vom Ein- und Ausfluß des Filters gesammelt, um die Konzentration und Verteilung der Teilchen im Ausfluß im Vergleich mit der zugeführten Strömung festzustellen. Der Mikron-Leistungsgrad wurde festgestellt. Der Mikron-Leistungsgrad ist der Punkt, bei welchem 90% der Teilchen einer Größe entfernt sind. Der Mikron-Leistungsgrad der Patrone, die insgesamt eine Wickelzahl von 19 hatte betrug 10 Mikron, während eine Patrone mit einer Basiswicklung der Wicke1-zahl 19 und einer Oberflächenwicklung der Wickelzahl 13 einen Mikron-Leiyüumjotjrad von 12 hatte.

Der Unterschied im Wirkungsgrad von TO zu 12 Mikron ist auf diesem Gebiet nicht nennenswert. Jedoch zeigt der Anstieg der Schmutzaufnahmekapazität von 40 g gegenüber 100 g eine Verdopplung der Lebensdauer der Filterpatrone mit der Oberflächenwicklung der Wickelzahl 13 auf der Basiswicklung der Wickelzahl 19. In Fig. 5 wurde die vorhergesagte Kurve gegen die tatsächliche Kurve grafisch aufgetragen. Der enge Zusammenhang zwischen der geprüften und der vorhergesagten Leistung bestätigt die Verläßlichkeit der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Kurven und der Leistung von Filterpatronen außerhalb des Versuchs für die 19-Windung sowie die geraden Wickelzahlen oder die niedrigeren Außenwickelzahlen als 10.

Vorläufige Versuche haben gezeigt, daß die Erfindung auch gute Ergebnisse bringt durch erhöhte Schmützhaltefähigkeit bei Filterpatronen aus anderem Material als Baumwolle und auch bei anderen Filtermedien als

Wasser, z.B. bei Öl. ~ ~

Zahlreiche Änderungen können bei der Erfindung gemacht werden, ohne daß vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird. Z. B. können die Filterpatronen anstelle von Rohren in unregelmäßige Form gebracht werden. Die Erfindung kann auch bei Filtern mit anderen als den angegebenen Nenndurchmessern zur Anwendung gelangen. Die Erfindung ist auch unabhängig von der Länge der rohrförmigen Filter. Die 25,4 cm lange rohrförmige Filterpatrone wurde nur zu Testzwecken verwendet, weil dieses Maß gebräuchlich ist und Filter dieser Länge leichter zu testen sind als längere. Die Erfindung ist auch anwendbar auf. mehr als zweilagige Filterpatronen. Für einige Fälle kann es ferner wünschenswert sein, eine dickere Außenlage zu formen, wenn das zu filternde Material eine größere Teilchengröße aufweist. Es ist auch möglich, Stränge mit unterschiedlichem Denier bei Herstellung der Filter zu verwenden.

Diese und andere Abwandlungen sind für den Fachmann offensichtlich. Der Gedanke, die völlige Ausnutzung des Filtermaterials in der Filterpatrone zu erreichen, mag verwendet werden, um spezielle Filterpatronen zu entwerfen, um Medien zu filtern, die hauptsächlich, zwei Teilchengrößen haben. Z.B. für einen Futtervorrat mit 30 und 15 um Teilchengröße aber sehr geringer Zahl von Teilchen anderer Größe könnte ein Filter entworfen werden, um diese beiden Teilchemjrößen mit einem maximalen Wirkungsgrad zu entfernen. Im Rahmen des normalen Fachkönnens liegt es außerdem, den Druck der Stützt-

platte oder die Garnspannung während des Wickeins zu verändern, um Veränderungen des Mikron-Leistungsgrads zu erreichen bei gleichbleibender Wickelzahl. Jedoch, wenn jeder Parameter konstant gehalten wird, kann durch die Erfindung die Leistungsfähigkeit des Filters erhöht werden. Solche Änderungen liegen im Rahmen der Erfindung. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf die angeführten beispielhaften Angaben beschränkt.

Claims

COHAUSZ $.:irL-ö.B&C&·· .L 3135804

PATENTANWALTS BÜRO

SCHUMANNSTR. 97 · D-4000 DÜSSELDORF

Telefon:(02ID 683346 , Telex:08586513 copd

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ DipL-lng. R. KNAUF ■ Dipl.-Infl. H. B COHAUSZ · Dlpl.-Ing. D. H. WERNER

8.9.1981

Ansprüche

T. Gewickelter Filter, gekennzeichnet durch einen ersten dickeren enggewickelten Abschnitt (42) und einen zweiten dünneren loser gewickelten Abschnitt (44).

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (42) die Innenlagc und der zweite Abschnitt (44) die Außenlage des Filters bildet.

3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Wickelzahl der Innenlage (42) zu der der Außenlage (44) in einem Verhältnis von etwa 2,1 bis 1,07 steht.

4.0 Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, daß er einen Kern von etwa 2,86 cm Durchmesser und einen Gesamtdurehmesser von etwa 6,19 cm hat.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet/ daß in der Innenlage (42) mehr Umfangsrauten (32, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41) vorgesehen sind als in der Außenlage (44) .

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der Anzahl von Umfangsrauten zu Axialrauten zwischen 3 und 3,5 pro 25,4 cm Filterlänge liegt.

7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Außenlage (44) etwa 10 bis 40% der gesamten Wandstärke des Filters beträgt.

8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenlage (44) aus zwei Schichten besteht.

9. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Schicht der Außenlage (44) loser gewickelt ist als die innere (Mittel-)Schicht der Außenlage (44), wobei diese mittlere Schicht grober gewickelt ist als die Innenlage (42) des Filters.

10. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ein Roving, insbesondere aus gebleichter Baumwolle ist.

11. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial strangförmig ist und aus Baumwolle, Polyester, Polypropylen, Nylon oder Fiberglas-Fasermaterial besteht.

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12. Filterpatrone, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen dickeren Innenabschnitt und einen dünneren Außenabschnitt besitzt und zur Maximierung des Wirkungsgrades nach den Kurven gemäß Fig. 2 ausgelegt ist.

13. Filterpatrone, gekennzeichnet durch einen gelochten Kern (14) von etwa 2,86 cm Durchmesser und auf diesen zu einem Ge^ samtdurchmesser von etwa 6,19 cm präzisionsgewickeltes Fasermaterial, wobei die Patronenober-fläche durch eine etwa 1,6 bis 6,4 mm starke Lage (44) mit niedrigerer Wickelzahl als die auf den Kern (14) gewickelte Lage (42) aus Fasermaterial gebildet ist.

14. Filterpatrone nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelzahl der inneren Laga (4 2) 19 und d.1 e dor Außcnlago (AA)

13 ist.
20

15. Filterpatrone nach Anspruch 13, dadurch, gekennzeichnet, daß die Wickelzahl der inneren Lage (42) 23 und die der Außenlage (44)

14 ist.
25

16. Filterpatrone nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Wickelzahl der inneren Lage (42) 27 und die der Außenlage (44) 17 ist.

17. Filterpatrone nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Wickelzahl ' der inneren Lage (42) 15 und die der Außenlage (44)

12 ist.
35

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1 18. Filterpatrone nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelzahl der inneren Lage (42) 13 und die der Außenlage (44) 10 ist.