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präzisionswicke ifilter
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Zusatz zu Patent .. .. ... (P 31 29 385.9) Die Erfindung betrifft
ein Präzisionswickelfilter mit einer Wicklung aus einem Garn aus einer hochfibrillierten
Polymerisatfolie nach Patent .. .. ... (P 31 29 385.9).
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Es ist bekannt, zum Wickeln von Kerzenfiltern Garne zu verwenden,
die aus fibrillierten. Folien - in der Regel aus Polypropylen - hergestellt sind.
Diese Filter sind zwar insofern vorteilhaft, als sie keine Ausrüstung auf den Fasern
haben und sich daher auch zum Filtrieren von Nahrungsmitteln eignen; sie haben aber
den Nachteils daß sie keine so großen Mengen Verunreinigungen in der Filterkerze
festzuhalten vermögen, wie dies bei einer Filterkerze mit Textilfaserwicklung der
Fall ist, und sie haben auch keine so hohe Filterleistung, d.h. sie filtern nicht
so viele Verunreinigungen, insbesondere feine Teilchen, aus dem der Filterkerze
zugeführten Material aus, wie dies wünschenswert wäre.
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In der Us-Patentschrift 3 828 934 wird ein Wickelfilter beschrieben,
bei dem das Filtermaterial aus Fasern besteht, die auf einem Untergrund befestigt
sind. Die Wicklung ist aus Garnfäden aufgebaut, an denen die Fasern mit einem Ende
befestigt sind. DieHaftung.wird mit Hilfe eines
Klebstoffs erreicht.
Die Wahl des Kleb'stoffs muß sich nach der Natur der zu filtrierenden Flüssigkeit
richten, um zu vermeiden, daß die zu filtrierende Flüssigkeit den Klebstoff löst.
Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die Kosten für das Beschichten der Garnfäden
mit den Fasern, z.B. durch Flocken, unvertretbar hoch sind.
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Es besteht daher weiterhin ein Bedarf an verbesserten gewickelten
Filterkerzen aus fibrillierter Folie von höherer Filterleistung, längerer Lebensdauer
und besserem Aufnahmevermögen für Verunreinigungen.
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Im allgemeinen werden Präzisionswickelfilter in folgender Weise hergestellt.
Der Filterkern wird horizontal auf einer von einem Motor ange.triebenen Spindel
montiert. Ein Ende des Fadens des 'Filtermaterials wird an einem Ende des Kernmantels
befestigt. Der Garnfaden läuft durch eine Führung, die durch ein Getriebe oder einen
ähnlichen Mechanismus beim Umlaufen des Kerns über dessen Länge hin und her geführt
wird, wobei ein genau bestimmter Zusammenhang zwischen der Umdrehung des Kerns und
der Hin- und Herbewegung eingehalten wird. -Bei der Bewegung der Führung in der
einen Richtung über den rotierenden Kern wird eine Spirale des Fadens auf den Kern
von einem Ende zum anderen gewickelt. Wenn die Führung das eine Ende des Kerns erreicht,
kehrt sich ihre Bewegungsrichtung um, während sich die Umlaufrichtung des Kerns
nicht ändert. Dadurch wird eine umgekehrte Fadenspirale auf den Kern gewickelt,
die über der ursprünglichen Fadenspirale liegt, so daß zwischen den einzelnen Fadenlagen
Rauten gebildet werden.
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Ein derartigesRautenmuster, das beim Aufwickeln eines Fadens auf einen
Kern entsteht, ist in Figur 1 dargestellt.
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Figur 1 zeigt einen zylindrischen Kern, dessen Mantel axial aufgeschnitten
und auf einer Ebene abgewickelt worden ist. Jede beim Lauf der Führung in einer
Richtung auf
den Kern gewickelte Fadenspirale ist mit einem Buchstaben
bezeichnet. Die einzelnen Fadenspiralen sind in alphabetischer Reihenfolge aufgewickelt.
In der unteren linken Ecke der Figur 1 ist der Faden mit dem Kern verbunden, und
die davon ausgehende Fadenspirale ist als Spirale a bezeichnet. Sie wird beim Lauf
der Führung von unteren zum oberen Ende der Figur 1 auf den Kern gewickelt. Wie
daher aus Figur 1 ersichtlich, trägt jede vierte von links nach rechts ansteigende
Linie die Bezeichnung a. Wenn die Führung das durch die Oberseite der Figur 1 dargestellte
andere Ende des Kerns erreicht, ist die Spirale a been-.
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det, und mit der Umkehr der Bewegungsrichtung der Führung beginnt
die Spirale b. Dies ist im Oberteil von Figur 1 durch das Symbol a < b angedeutet.
Die Spirale b wird in entgegengesetzter Richtung zur Spirale a aufgewickelt und
durch eine von links nach rechts abwärts geneigte Linie dargestellt; jede vierte
dieser Linien ist als Spirale .b bezeichnet.
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Wenn die Spirale a und darüber die Spirale b gewickelt sind, ist die
Führung zweimal über die Länge des Kerns von einem Ende zum anderen und zurü.ck
gelaufen. Die Führung hat damit einen vollständigen Zyklus durchlaufen. Wie ersichtlich,
sind dabei von der Spirale α genau 3 5/6 Windungen und von der Spirale b ebenfalls
genau 36 Windungen auf den Kern aufgetragen worden. Insgesamt hat also der Kern
während eines Zyklus der Führung 7 2/3 Umdrehungen ausgeführt.
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Nach einem vollständigen Zyklus kehrt die Führung zwar zum Anfang
des Kerns zurück, aber nicht zu derselben Stelle auf' dem Umfang des Kerns, von
dem sie ausgegangen ist.
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Am unteren Ende .von Figur 1 endet die Spirale b nicht an derselben
Stelle, an der die Spirale a begann; die Spirale b geht in die Spirale c über, angedeutet
durch das Symbol b < c, und zwar an einer Stelle, die genau zwei Drittel des
Umfangs vom Anfang der Spirale a in Umdrehungs-
richtung des Kerns
entfernt ist. An dieser Stelle kehrt sich die Bewegungsrichtung der Führung erneut
unl, und es wird die Spirale c gewickelt. Am anderen Ende des Kerns kehrt sich die
Bewegungsrichtung der Führung erneut um, und unter Vollendung des zweiten Zyklus
der Führungsbewegung wird die Spirale d gewickelt. Wiederum hat der Kern während
des zweiten Bewegungszyklus der Führung 7 3 Umdrehungen, während der beiden Zyklen
insgesamt also genau 15 Umdrehungen ausgeführt. Am anderen Ende des Kerns 3 geht
die Spirale c in die Spirale d über, im Oberteil von Figur 1 durch das Symbol c
< d bezeichnet, und die Spirale d wird in entgegengesetzter Richtung zur Spirale
c aufgewickelt. Zu diesem Zeitpunkt sind vier Spiralen aufgewickelt worden: die
Spiralen a und c in der gleichen Richtung und im wesentlichen parallel zueinander,
die Spiralen b und d in der gleichen Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Spiralen
a und c und ebenfalls im wesentlichen parallel zueinander, wie in Figur 1 dargestellt.
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Die Spirale d endet an einer Stelle, die genau zwei Drit'-tel des
Umfangs vom Anfang der Spirale c in Richtung der Umdrehung des Kerns entfernt ist.
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Am Ende des zweiten Zyklus der Führungsbewegung geht die Spirale d
in die Spirale e über, an der Unterseite der Figur 1 durch das Symbol d ->- 4
e angedeutet. Es beginnt ein dritter Zyklus der Führungsbewegung, in dessen Verlauf
die Spirale e gewickelt wird, die, wie durch das Symbol e 4 f im Oberteil von Figur
1 angedeutet, in die Spirale f übergeht. Bei Umkehr der Bewegungsrichtung der Führung
wird die Spirale f entgegengesetzt zur Richtung der Spirale e aufgewickelt. Am Ende
des dritten Zyklus der Führungsbewegung endet die Spirale f -an derselben Stelledes
einen Endes des Kerns, an der die Spirale a begann.
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Damit ist eine komplette Lage des Rautenmusters gewickelt.
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Im Verlauf des dritten Zyklus der Führungsbewegung hat der Kern wiederum
genau 7 2/3 Umdrehungen, während der drei Zyklen insgesamt also genau 23 Umdrehungen
ausgeführt.
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In der Fachsprache der Filtertechnik hat die in Figur 1 dargestellte
Filterkerze die 11Windungszahl11 3; sie gibt die Anzahl der Bewegungszyklen der
Führung an, die zum Wickeln einer vollständigen Lage eines Rautenmusters erforderlich
ist. Die Anzahl der Umfangsrauten auf der Filterkerze ist gleich der Windungszahl.
Ein anderer Begriff in der Filtertechnik ist das "Windungsverhältnis". Dieses Verhältnis
ist ein Bruch, dessen Nenner die Windungszahl und dessen Zähler die Anzahl der Umdrehungen
des Kerns ist, die für die Wicklung eines vollständigen Rautenmusters erforderlich
sind. Bei der in Figur 1. dargestellten Filterkerze waren für die Herstellung eines
kompletten Rautenmusters 3 Bewegungszyklen der Führung und 23 Umdrehungen des Kerns
erforderlich; das'Windungsverhältnis ist somit 233 oder 7 2 Dies ist genau' die
Anzahl. der Umdrehun-3 3 gen des Kerns während eines Zyklus der Führungsbewegung
von einem Ende zum anderen des Kerns und zurück.
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Es ergibt sich, daß die Anzahl der "Axialrauten" - die Anzahl der
Rauten entlang der Längsachse der Filterkerze -gleich der Hälfte der Anzahl der
Umdrehungen des Kerns für die Bildung eines kompletten Rautenmusters ist. Bei der
in Figur 1 dargestellten Filterkerze betrug die Anzahl der Umdrehungen für die Bildung
eines kompletten Rautenmusters 23; die Anzahl der Axialrauten ist somit 11 1/2.
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Es ergibt sich ferner, daß die Gesamtzahl der Rauten auf der Filterkerze
das Produkt aus der Anzahl der Umdrehungen für die Bildung eines kompletten Rautenmusters
und der zum Wickeln des, Rautenmusters erforderlichen Anzahl der Bewegungszyklen
der Führung ist. Bei der in Figur 1 dargestellten Filterkerze betrug die Anzahl
der Umdrehungen 23 und die Anzahl der Bewegungszyklen der Führung 3; die Gesamtzahl
der auf der Oberfläche der Filterkerze gebildeten. Rauten beträgt somit 23 x 3 =
69, einschließlich der Halbrauten an..den Enden des Kerns.
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Bei der in Figur 1 dargestellten Filterkerze wurde zunächst die Spirale
a, dann in -entgegengesetzter Richtung die Spirale b gewickelt. Dadurch wurde ein'
Rautenmuster gebildet, dessen Rauten die dreifache Größe der Rauten hatten, die
schließlich die erste Lage des Rautenmusters bildeten. Dies ist in der Mitte von
Figur 1- durch die punktierte Linie angedeutet. Die Spirale b überlappt die Spirale
a. Sodann werden die Spiralen c und d gewickelt, wobei die Spirale c die Spiralen
a und b, die Spirale d die Spiralen a, b und c überlappt. Dadurch wurden in dem
großen ursprünglichen Rautenmuster zwei Parallelogramme gebildet: eine kleine Raute
und eine weitere Raute von doppelter Größe. Dies ist in Figur 1 durch die gestrichelte
Linie in Verbindung mit der punktierten Linie dargestellt. Zum Schluß werden die
Spiralen e. und f ge.wikkelt, wobei die Spirale e alle vorhergehenden Spiralen und
die Spirale f alle vorhergehenden Spiralen einschließlich der Spirale e überlappt.
Dadurch werden in der großen ursprünglichen Raute neun im wesentlichen gleich große
Rauten gebildet. Dies ist in Figur 1 durch die punktierten, gestrichelten und strichpunktierten
Linien veranschaulicht.
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Eine'der Rauten mit der Bezeichnung "d" wird von der Spirale a, der
kreuzenden Spirale b, der diese wiederum kreuzenden Spirale c und der die Spiralen
a, b und c kreuzenden Spirale f gebildet. Diese Rautenbildung durch sich kreuzende
Fäden ist in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht in Figur 2 dargestellt.
Durch. diese Fadenkreuzung wird dem Rautenmuster eine dritte Dimension hinzugefügt,
die Dicke, die durchschnittlich etwa das 2 1/2-fache des Nenndurchmessers des Fadenmaterials
einer jeden Spirale beträgt, wie in Figur 3 dargestellt, die eine Seitenansicht
der in Figur 2 veranschaulichten Spirale zeigt.
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Typische Filterkerzen haben einen Kerndurchinesser von etwa 29 mm
und einen Außendurchmesser von etwa 62 mm, so daß die Dicke des Filtermediums oder
der Wicklung etwa 17 mm
beträgt, wobei alle Abmessungen um bis zu
2 mm größer oder kleiner sein können. Das Filter wird mit Bewegungszyklen der Führung
im Bereich von 150 bis 200 gewickelt, und bei einem Filter mit der Standardlänge
von 254 mm liegt das Verhältnis der Umfangs rauten zu den Axialrauten in der Regel
in einem Bereich von 2 bis 5, d.h. je Umfangsraute gibt es 2 bis 5 Axialrauten.
Von diesen im Handel erhältlichen Filtern haben die gröbsten eine Windungszahl von
etwa 39, und die Anzahl der kompletten Rautenmusterlagen bewegt sich zwischen etwa
25 bis zu nur etwa 4.
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Beim Wickeln einer jeden nachfolgenden kompletten Rautenmusterlage
auf die vorhergehende Lage vergrößert sich natürlich der Gesamtdurchmesser der Filterkerze;
der Abstand zwischen den Rautenfäden auf dem Umfang nimmt zu, aber die Anzahl der
Rauten auf dem Umfang bleibi£-konstant, da die Windungszahl oder die Anzahl der
Bewegungszyklen der Führung und die Anzahl der Kernumdrehungen für jede komplette
Rautenmusterlage bei Beginn der Fertigung als Konstanten eingestellt werden. Die
Form der Rauten ändert sich mit der Zuna.hme des Filterkerzendurchmessers und der
Anzahl der übereinander aufgewickelten kompletten Rautenmusterlagen. Bei dem in
Figur 1 dargestellten Rautenmuster vergrößert sich die seitliche Länge der Rauten
mit der .Zunahme des Umfangs, aber die Höhe der Rauten bleibt konstant, da sich
die Länge der Filterkerze nicht ändert. Infolgedessen vergößert sich die Querschnittsfläche
der Rauten.
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Bei einer Draufsicht auf das kreisförmige Ende einer Filterkerze oder
- genauer - bei der Draufsicht auf .einen Querschnitt rechtwinklig zur Längsachse
einer Filterkerze, wie er in Figur 4 dargestellt ist, sieht man, daß' die Raue)
der kompletten Rautenmusterlaqen au.f dem Umfang mit zunehmender Anzahl der Rautenmusterlagen
nicht nur größer, sendern' nuch symmetrisch versetzt werden. Die Mitten -der Rauten
v.om ltern zur Außenfläclie hin li'egen nicht auf einer
Radiuslinie.
Die Mittelpunkte liegen vielmehr auf einer Raumkurve oder Spirale nach Art eines
Schneckengehäuses, wie aus Figur 4 ersichtlich. Die Mittellinien der .von den Rautenlagen
gebildeten Durchflußkanäle liegen daher nicht auf einer Geraden, -sondern folgen
der Spirale. Diese Erscheinung kommt durch die Verlagerung der tJbergangsstellen
der einzelnen Spiralen auf dem Umfang der Filterkerze beim Wickeln der einzelnen
kompletten Rautenmusterlagen zustande. Solche Filterkerzen werden als "Spiralkerzen"
oder "spiralgewickeltel' Filterkerzen bezeichnet In der Fachwelt wird angenommen,
daß die schneckenförmige Versetzung der Rauten Schikanen' im Strömungsweg der Flüssigkeit
bildet, die dazu beitragen, daß die Seitenwände der Rauten mit mehr Verunreinigungsteilchen
beaufschlagt werden und mehr Teilchen von. den Seitenwänden zurückgehalten werden.
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Nach der Theorie halten Teilchen, -die sonst einen größeren Rautenquerschnitt
passieren würden, an den Seitenwänden, während die Flüssigkeit hindurchfließt. Die
Nutzungsdauer der Filterkerzen soll dadurch verlängert werden, daß die größeren
Rauten Verunreinigungsteilchen zurckhalten, die sonst die geringeren Querschnitte
der kleineren Rauten in der Nähe des Filterkerns rasch verstopfen' würden.
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Mit jeder aufgewickelten Rautenrnusterlage nimmt der Querschnitt der
Rauten zu, und die Uohlräume'im Innern der Rauten werden größer, so daß Verunreinigungsteilchen
leichter durch die äußeren'Lagen in die darunterliegenden Lagen gelangen können.
Bei zu großem Querschnitt der Rauten, beispielsweise bei zu großem Gesamtdurchmesser
der Filterkerze im Verglaich.zun Kerndurchmesser, verliert die Filterkerze die Fähigkeit,
Verunreinigungsteilchen in den Außenlagen zurückzuhalten, weil die Verunreinigungsteilchen
zu klein und die Durchflußöffnungen zu groß sind.
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Dieser Nachteil kann allgemein dadurch beseitigt werden, daß man ein
fibrilliertes Fadenmaterial verwendet, bei dem sich Fibrillen von den Fäden in die
Hohlräume der äußeren Rautenmusterlagen erstrecken.-Die Herstellung fibrillier-
ter
Fäden ist jedoch kostspielig und schwierig, wie bereits vorstehend ausgeführt.
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Es stellte sich daher die Aufgabe, die Nachteile bekannter Filter
aus fibrillierten Foliengarnen zu beseitigen und eine Filterkerze mit einer Wicklung
aus fibrilliertem Foliengarn von verbesserter Filterleistung, längerer Nutzungsdauer
und erhöhter Aufnahmekapazität für Verunreinigungen zur Verfügung zu stellen. Diese
Aufgabe wird durch das Präzisionswickelfilter gemäß dem Hauptpatent gelöst.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen dieser Erfindung bilden den Gegenstand
dieses Zusatzes.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Rautenmuster einer kompletten Fadenlage einer präzisionsgewickelten Filterkerze
nach einem Längsschnitt und Abwicklung des Mantels auf einer Ebene; Fig. 2 eine
perspektivische Darstellung einer Fadenraute in vergrößertem Maßstab, die die Fadenlage
erkenne.n läßt; Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 dargestellten Raute, die
die Tiefenabmessung der Raute und die Fadenanordnung erkennen läßt; Fig. 4 eine
Querschnittsansicht eine herkömmlichen Filterkerze; Fig. 5 eine Querschnittsansicht
einer bekannten fibrillierten Polypropylenfolie in ver,größertem Maßstab; und Fig.
6 eine Querschnittsansicht einer hochfibrillierten Folie gemäß der Erfindung.
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Die präzisionsgowickelte i'ilLe'rkerze gemäß der Erfindung bietet
gegenüber bekannten Filterkerzen mit Wicklungen aus fibrillierter Folie wesentliche
Vorteile. Die Filterkerze gemäß der Erfindung hat eine bis zu dreimal längere Nutzungsdauer
bei gleichzeitig höherer Filterleistung. Sie hat ein höheres Zurückhaltevermögen
für Verunreinigungen und kann feinere Feststoffteilchen als die' bekannten Filterkerzen
zurückhalten. Ein ganz besonderer Vorzug der Fi,lterkerze gemäß der Erfindung ist
der Umstand, daß die Filterkerze mit Hilfe der Methoden und Vorrichtungen gefertigt
werden kann, die bei der Fertigung herkömmlicher Filterkerzen angewendet werden,
so daß keine zusätzlichen Kapitalaufwendungen für neue Herstellungsmaschinen erforderlich
sind.
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Zur Charakterisierung der Eigenschaften von Filterkerzen werden vor
allem folgende Begriffe verwendet: Abscheidungsgrad(für Teilchen bestimmter Größe),
Windungszahl (Wicklungszahl), Windungsverhältnis (Wickelverhältnis), Zurückhaltevermögen
für Verunreinigungen (ZwJ), Druckverlust, Raute, Rautenmuster und Garn aus fibrillierter
Folie. Diese Begriffe sind im Hauptpatent definiert worden und brauchen daher hier
nicht erneut bestimmt zu werden; auf die Definitionen wird verwiesen.
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Es ist bekannt, daß bei Präzisionswickelfiltern,eine Erhöhung der
Anzahl der Umfangsrauten feinere Wicklung) zu einem höheren Abscheidungsgrad führt,
die Nutzungsdauer der Filterkerze aber vermindert. Umgekehrt gibt eine Verminderung
der Anzahl der Umfangsrauten'(gröbere Wicklung) eine längere Nutzungsdauer der Filterkerze,
jedoch auf Kosten des Abscheidungsgrades.
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Als Beispiel sind in der folgenden Tabelle die Eigenschaften hochfibrilliertcr
und typischer fibrillierter Standardgarne vergleichend gegenübergestellt.
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llochfibrilliertes Fibrilliertes Eigenschaft Garn Standard-Garn Feinheit
(den) im Mittel 10 00O im Mittel 10 000 Gesamtfibrillen im Querschnitt 200600 50-75
Hauptfibrillen insgesamt 8-25% 30-50% Hilfsfibrillen insgesamt 7592% 5070% Länge
der llilfsfibrillen 12-19 mm S-10 mm Anzahl der.
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Hilfsfibrilen je Zentimeter Hauptfibrille 2-4 Anteil an gebrochenen
Elilfsfibrillen 50% 01% Foliendicke 0,025-0,044 mm 0,05-0,063 mm im Mittel 38 µm
im Mittel 57 µm Es ist bekannt, daß eine Verminderung des durchschnitt-' lichen
Querschnitts (denier) einer Faser deren Biegemodul (Steifigkeit) verringert. Gebräuchliche
Garne aus fibrillierter Folie werden in der Weise hergestellt, .daß ihr Biegemodul
verringert wird, während die Zugfesti'gkeitseigenschaften des Fadens erhalten bleiben.
Bei der Herstellung der hochfibrillierten Garne, die zur Fertigung des Kerzenfilters
gemäß der Erfindung verwendet werden, wird dagegen die Folie so stark gereckt, daß
die Zufestigkeit des Fadens gerade ausreicht, um das Wickeln zu ermöglichen, während
der durchschnittliche Querschnitt der einzelnen Fibrillen erheblich verringert wird..
Die hochfibrillierten Garne haben daher eine durchschnittliche Feinheit von weniger
als 50 den, un.d 'über 3% der Fibrillen sind gebrochen Die Gesamtfeinheit des Bündels
kann jeden Wert: haben, der eine yutc FilL'erleistung gewährleistet.
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Eine Gesamtfeinheit des Bündels von etwa 10 000 den erwies.
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sich als zufriedenstellend.
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Es wurde festgestellt, daß Filterkerzen mit Wicklungen aus hochfibrillierten
Garnen Verunreinigungsteilchen wesentlich besser als Filterkerzen der gleichen Windungszahl
mit Wicklungen aus gebräuchlichem fibrillierten Garn zurückhalten. Außerdem ist
die Nutzungsdauer der Filterkerzen mit Wicklungen aus hochfibrilliertem Garn länger
als diejenige von Filterkerzen mit Wicklungen aus gebräuchlichem fibrillierten Garn.
Es wurde gefunden, daß bei Verwendung hochfibrillierter Garne eine wesentliche Verlängerung
der Nutzungsdauer ohne Verminderung des Abscheidungsgrades erzielt werden kann,
wenn die Windungszahl (Wicklungszahl) herabgesetzt wird (gröbere Wicklung). Die
Nutzungsdauer kann bis zum Dreifachen derjenigen von Filterkerzen mit Wicklungen
aus gebräuchlichem fibrilliertem Garn betragen. Diese Verbesserung der Nutzvngsdauer
und des Abscheidungsgrades kann durch Herstellung der Filterkerzen'mit Wicklungen
aus' hochfibrilliertem Garn mit einer um ein bis zwei Nummern kleineren Windungszahl
als diejenige von Filterkerzen mit Wicklungen aus gebräuchlichem fibrilliertem Garn
erhalten werden.
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Die Garne aus hochfibrilliester Folie. können aus jedem folienbildenden
Polymerisat hergestellt werden. Außer den im Hauptpatent genannten Polymeren kommen
in Betracht: Po,lyäther, Polysulfide, Fluorpolymere, Polyvinylchloride und schlagfeste
Polystyrole. Besonders vorteilhaft sind Polyolefine, da sie preisgünstig sind, sich
leicht fibrillieren lassen und auch bei der Verarbeitung von Nahrungsmitteln verwendet
werden können. Von den Polyolefinen ist Polypropylen ein besonders geeignetes Material.
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Es wurde gefunden, daß bei herkömmlichen Filterkerzen von etwa 72
mm Durchmesser für A.C.-Teststaub "Grob" eine Windungszahl zwischen 10 und 13 besonders
günstig ist, da in diesem Bereich das beste Betriebsverhalten mit höchster Nutzungsdauer
und höchstem Abscheidungsgrad erzielt wird.
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Wie weiter oben erläutert wurde, hat eine Filterkerze mit
bestimmter
Windungszahl die gleiche Anzahl von Umfangsrauten auf jedem Umfangskreis, d.h. eine
Filterkerze'mit der Windungszahl 13 hat auch 13 Umfangsrauten. Das Ver-' hältnis
der Axialrauten zu den Umfangsrauten je 254 mm Filterkerzenlänge wird typischerweise
zwischen.2 und 5 gehalten..Ein im Hinblick auf gutes Filterverhalten besseres Verhältnis
liegt zwischen 2,5 und 4, das optimale Verhältnis zwischen 3 und 3,.5, da bei diesem
Verhältnis das Filterverhalten am besten und das Wickeln leicht ist.
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Da die fibrillierten Garne aus Folien hergestellt werden, können sie
zwar einen nahezu kreisförmigen Querschnitt haben, neigen aber beim Wickeln unter
Zugspannung zum Abplatten. Die effektive Fadenbreite der fibrillierten Garne ist
daher größer, die lichte Weite der daraus gewickelten Rauten kleiner als bei Textilgarnen
gleicher Bündel£einheit und Wicklungen gleicher Windungs.zahl. Bei einer Windungszahl
>13 und einer Gesamtfeinheit von 10 000 denentstehen bei Garnen aus fibrillierten
Folien'durch'diesen Abplattungseffekt überlappte Rauten, und die Filterleistung
(Nutzungsdauer) wird beträc.htlich herabgesetzt. Es wird angenommen, daß man bei
Verwendung eines fibrillierten Garnes von kleinerem 'Q'uerschnitt (yeringerer Gesamtfeinheit)
eine größere Anzahl kleinerer Rauten (Wicklung mit größerer Windungszahl) wickeln
kann. Ferner wird angenommen, daß bei Verwendung hochfibril,lierter Garne von noch
größerer Feinheit Wicklungen mit noch größerer' Windungszahl hergestellt werden
können, da die Packung der feineren Garne nicht so dicht ist.
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Nachstehende Beispiele veranschaulichen die durch die Erfindung erreichte
Verbesserung der Filterleist'ung.
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Drei verschiedene fibrillierte Garne wurden durch Extrudicren von
Polypropylenfolien, Recken der Folien, Bearbeiten der Folien mit Prägewalzen zum
Aufspalten der Folien in einc fascrcillnliclle Struktur (Fibrillieren), Längsschneiden
der Folien garnartige' F,adenst'reifen einer Ge-
samtfeinheit von
10 000 den und Aufwickeln der Garnfäden auf Vorratsspulen hergestellt.
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Das erste Garn wurde zur Herstellung von Filterkerzen mit Wicklungen
aus gebräuchlichem fibrilliertem Foliengarn verwendet; diese Filterkerzen werden
in den folgenden Beispielen mit ORD" bezeichnet. Das Garn wurde aus Polypropylen-Folie
von 57 um- Dicke hergestellt. Durch Recken und Prägen wurde eine Netzstruktur aus
tragenden Hauptfäden und Hilfsfibrillen erzeugt, wie sie in Figur 5 schematisch
dargestellt ist. Die Hauptfäden hatten eine Feinheit von durchschnittlich 173 den.
Je Zentimeter Hauptfaden waren 1 bis 2 Hilfsfibrillen vorhanden. Diese hatten eine
mittlere Feinheit von etwa 22,5 den und waren etwa 10 mm lang.
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Praktisch alle Hilfsfibrillen waren an beiden Enden mit Hauptfäden
verbundeln, wie in Figur 5 dargestellt. Garn dieser Art ist im Handel erhältlich.
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Das zweite zur Herstellung von Filterkerzen mit Wicklungen aus fibrilliertem
Foliengarn verwendete Garn wird in den folgenden Beispielen als "HOCH" bezeichnet.
Es wurde aus einer Polypropylen-Folie von 38 um Dicke hergestellt. Rekken und Prägen
wurden im wesentlichen in gleicher Weise wie bei dem .ersten Garn vorgenommen. Durch
das Recken und Prägen wurde jedoch eine Netzstruktur aus Hauptfäden und Hilfsfibrillen
erzeugt, wie sie in Figur 6 dargestellt ist. Die Hauptfäden hatten eine durchschnittliche
Feinheit von etwa 107 den. Je Zentimeter Hauptfaden waren 3 bis 4 Hilfsfibrillen
mit einer durchschnittlichen Länge von etwa 16 mm und einer Feinheit von etwa 22,4
den vorhanden.
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Das dritte Garn - in den Beispielen mit "EXTRA HOCH" bezeichnet wurde
ebenfalls aus Polypropylen-Folie von 38 m Dicke hergestellt. Die Folie wurde in
gleicher Weise wie bei der Herstellung des ersten und zweiten Garns gereckt. Beim
Prägen wurde jedoch die Kontaktfläche der Prägewalzen vergrößert. Dadurch wurden
Garnfäden mit einer
durchschnittlichen Feinheit von etwa 107 den
wie bei dem zweiten Garn erhalten. Je Zentimeter llauptfaden waren 3 bis 4 Hilfsfibrillen
vorllanden. Die durchschnittliche Feinheit der Hilfsfibrillen betrug jedoch nur
etwa 12 den und ihre Länge etwa 22 mm. Etwa 50% der Hilfsfibrillen waren an mindestens
einem Ende vom Hauptfaden abgebrochen.
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Aus den drei vorstehend beschriebenen Garnen wurden Filterkerzen gewickelt,
wobei ein Kern aus Weißblech mit einem Durchmesser von etwa 29 mm verwendet wurde.
Die Kerzen wurden über eine Länge von 254 mm zu einem Gesamtdurchmesser von etwa
62 mm gewickelt. Die Spindeldrehzahl beim Wickeln betrug 650 U/min. Das Verhältnis
der Axial-ZU den Umfangsrauten lag zwischen 3 und 3,5 bei der Wikkellänge von 254
mm. Die Fadenspannung beim Wickeln der Filterkerzen wurde zwischen 3,9 und 7,8 N
gehalten. Zum Wickeln wurde eine Leesona-Wickelmaschine mit einer Andruckplatte
verwendet, die gegen die umlaufende Kerze gedrückt wurde, nachdem die ersten 203
mm gewickelt waren.
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Auf jede Kerze wurden durchschnittlich etwa 200 g Garn aufgewickelt.
Der Druck der Andruckplatte wurde so eingestellt,- daß, die Filterkerzen die in
der nachstehenden Tabelle angegebenen Luftdichten hatten. Luftdichte ist der Druckverlust
in Millibar einer Luftströmung von 11'0 Z/min unter Nermalbedingungen durch eine
Filterkerze.
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Die fertigen Filterkerzen wurden in fließendem Wasser mit mit A.C.
-Teststaub "Grob" der A.C. Spark Plug Company geprüft. Dieser Tests Laub hatte folgende
Kornverteilung: 12% (g/g) bis 5 ßm; 12% 5 bis 10 Wrn; 14% 10 bis 20 µm; 23% 20 bis
40 µm, 308 40 bis 80 µm und 9% 8'0 bis 200 um.
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Das Wasser hatte bei der Prüfung eine Strömungsgeschwindigkeit von
etwa 13 1/min, und der Test wurde abgebrochen, wenn der Druckverlust in der Kerze
etwa 2 bar betrug oder nicht; weiter anstieg. Die Testergebnisse sind in nach-;
tehender Tabelle wiedergegeben.
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Tabelle 1 Garn- Abscheidungsgrad Fibrillierungs- Windungs- ZVV* (Prozent
bei Korngröße) Versuch grad zahl Luftdichte (g) 5 µm 10 µm 20 µm 30 µm 50 µm 1a
ORD 8 7,5 kein Anstieg Unterhalb der Erfassungsgrenze 1b EXTRA HOCH 8 10,0 0,14
bar Anstieg 10 14 20 25 30 2a ORD 10 10,0 0,01 bar Anstieg -- 9 12 15 18 2b HOCH
10 24,9 227 20 40 55 62 75 2c HOCH 9 15,0 0,34 bar Anstieg 20 25 30 38 56 3a ORD
11 15,0 0,21 bar Anstieg 20 23 28 32 35 3b HOCH 11 37,4 35 89 96 99 99,4 99,9 4a
ORD 13 82,2 13 37 44 54 58 64 4b EXTRA HOCH 13 127,1 57 57 68 94 98 100 4c HOCH
12 49,8 79 54 65 76 79 89 * Das Zurückhaltungsvermögen für Verunreinigungen (ZVV)
ist ausgedrückt in Gramm Material, die bis zum Anstieg des Druckverlustes auf 2
bar zugeführt wurden, Einige Filterkerzen erreichten einen Druckverlust von 2 bar
nicht. Filterkerzen, die höhere Druckverluste erreichten, dürften ein höheres Zurückhaltevermögen
für Verunreinigungen haben. Filterkerzen, die den Druckverlust von 2 baqr nicht
erreichten, schieden anfangs den Teststaub ab, ließen ihn dann aber passieren, Bei
Filterkerzen, die den Druckverlust von 2 bar nicht erreichten, ist das ZVV durch
den Anstieg des Druckverlustes statt in Gramm Material angegeben.
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Die in Tabelle 1 wiedergegebenen Versuchsergebnisse zeigen, daß die
hochfibrillierten Foliengarne bei vorgegebener Windungszahl die Nutzungsdauer (ZW)
einer Filterkerze verlängern und dabei zugleich einen höheren Abscheidungsgrad bieten.
Beim Versuch 4 zeigten die Filterkerzen mit Wicklungen aus hochfibrillierten Foliengarnen
(4b und 4c). ein mehr als vierfach größeres Zurückhaltungsvermögen für Verunreinigungen
als die Filterkerze mit eincr Wicklung aus Standard-Fibrilien-Foliengarn (4a) und
einen etwa doppelt so hohen Abscheidungsgrad.
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Die Beispiele 2 und 4 lassen erkennen, daß bei Verwendung hochfibrillierter
Foliengarne dank ihrer besseren Filtereigenschaften die Filterkerzen mit einer niedrigen
Windungszahl als Kerzen mit Wicklungen aus herkömmlichem fibrilliertem Foliengarn
gewickelt werden können und dennoch einen vergleichsweise höheren Abscheidungsgrad
und eine längere Nutzungsdauer bieten. Aus einem Vergleich des Versuchs 4a mit dem
Versuch 3b und des Versuchs 3a mit dem Versuch 2c ist ersichtlich, daß eine Filterkerze
mit einer Wicklung aus hochfibrilliertem Foliengarn eine längere Nutzungsdauer (ZVV)
und einen höheren Abscheidungsgrad bietet als eine Filterkerze mit einer Wicklung
aus Standard-ii'ibrillengarn und einer um zwei Nummern höheren Windungszahl.
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Die Versuche zeigen also, daß Filterkerzen mit Wicklungen aus hochfibrilliertem
Foliengarn einen höheren Abscheidungsgrad und ein höheres Zurückhaltungsvermögen
für Verunreinigungen bieten als Filterkerzen mit Wicklungen aus herkömmlichem fibrillierten
Foliengarn, und zwar selbst dann, wenn die Windungszahl um zwei Nummern kleiner
als die der bekannten Kerzenfilter ist.
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Die Efindunq kann in vielfältiger Weise modifiziert werden. 13eispielswei£e
können statt der zylindrischen Kerne oder I1ülsen auch unregelm'ißicJ cjefermte
Kerne verwendet wer-
den, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.
Beispielsweise können die Filterkerzen aus unregelmäßig geformten Körpern -statt
aus zylindrischen Rohren geformt werden. Ferner wurde die Erfindung zwar an Hand
des üblichen Filterkerzen-Formats von 62 mm Durchmesser beschrieben, doch kann die
Erfindung auch auf Filterkerzen anderer .Größen angewendet werden, und zwar sowohl
hinsichtlich der Rohrdurchmesser als auch der Rohrlänge. Die Garne können auch niedrigere
oder höhere Gosamtdockenfeinheiten haben; dann ändert sich die Windungszahl, da
sich auch die Rautenabmessungen ändern. Beispielsweise dürften hochfibrillierte
Garne vori höherer Dockenfeinheit (niedrigerem Denier-ert) die beste Filterleistung
bei höheren Windungszahlen erreichen. Die wichtigen Faktoren der hoch£ibrillierten
Garne - hohe durchschnittliche Feinheit (niedriger Denier-Wert) der Fibrillen und
Gegenwart gebrochener Fibrillen - sind auch in Docken anderer Geatfeinheit vorhanden.
Schließlich kann auch das Kernmaterial modifiziert und statt Weißblech Kunststoff
oder nichtrostender Stahl verwendet werden, die besonders für den Einsatz in Nahrungsmitteltechnik
geeignet sind.