DE3311818A1 - Filtervorrichtung zur filtration von fluiden - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Filtergehäuse bzw. auf eine Filtereinheit, wie sie nach dem Oberbegriff der Ans sprüche 1 und 2 durch den Stand der Technik nach der DE-OS 32 00 443, US-PS 3 031 082, DE-GFI 7 141 076 und DE-PS 28 25 441 bekanntgeworden ist. Der flache Membranfilterzuschnitt wird im Bereich seiner Peripherie zwischen den beiden Fluidräumen unter Verwendung von elastischen Ringdichtungen leckdicht zwischen den beiden Gehäuseteilen eingespannt, so daß das abzutrennende Fluid bestimmungsgemäß nur von dem einen Fluid raum durch den Flachfilterzuschnitt hindurch in den anderen Fluidraum dringen kanne Die Gehäuseteile sind in der Regel aus Edelstahl gebildet.
• Die integrierte oder separate Filterunterstützung ist entweder ebenfalls aus Edelstahl oder aus einem speziellen, in wesentlichen inkompressiblen Kunststoff gebildet, der ebenso wie Edelstahl gegen aggressive Medien resistent ist.
• Für die Filtration der unterschiedlichsten Medien müssen die dafür geeigneten Trennelemente in Form von Membranen unter dem Gesichtspunkt der Porengröße, Lösungsmittelbe ständigkeit, Temperaturbeständigkeit und mechanischen Festigkeit ausgewählt werden. Hier hat der Anwender in der Regel eine große Auswahl. Das schwächste Glied in der Filtrationseinheit sind in der Regel die elastischen Ringdichtungen. Der Anwender muß also zu der geeigneten'!iembran zusätzlich aus dem Sortiment von auf dem fIarkt erhältlichen Ringdichtungen diejenige Ringdichtung auswählen welche für die beabsichtigte Stofftrennung für eine #inwandfreie Dichtung während des gesamten Flltrationsprozesses sorgt.
• Lösungsmittelgemische, die beispielsweise Tetrahydrofuran oder Cyklohexanon enthalten, greifen in der Regel die im Filterbau üblichen Dichtungen aus Silikon oder Dichtungen aus der Gruppe der Fluoroplaste (z.B. Vinyllidenfluorid/ Hexafluorpolypropylen copolimerisat, Handelsname Viton R) an, so daß derartige Dichtungen für bestimmte Filtrationsprozesse von vornherein ausscheiden bzw. in kurzer Zeit verschleißen und gegen neue Dichtungen ausgetauscht werden müssen. Dichtungen aus PTFE sind zwar lösungsmittelbeständig, jedoch gegen mechanische Beanspruchung empSindlich. In der Regel sind bei derartigen Filtrationsgeräten zwei Ringdichtungen vorhanden, die in einer umlaufenden Nut des betreffenden Gehäuseteiles eingelassen sind. Die Ringdichtungen sind teilweise mit Vorspannung oder Preßsitz in in den Nuten gehaltert, wodurch die Entfernung derselben aber auch die Reinigung und Sterilisation zwischen den einzelnen Filtrationsprozessen schwierig ist.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filtrationsgerät zu schaffen, welches speziell im Hinblick auf aggressive Medien eine vereinfachte und zuverlässige Abdichtung der von dem Flachfilterzuschnitt voneinander getrennten Fluidräume gewährleistet, ohne daß Leckverluste nach außen auftreten und ohne daß dadurch die Handhabung des Gerätes insgesamt und dessen Reinigung gegenüber den Stand der Technik verschlechtert wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 unter Schutz gestellte Filtergehäuse, in welches ein flexibler und begrenzt kompressibler Flachfilterzuschnitt einzusetzen ist, gelöst bzw. durch die im Anspruch 2 angegebene Filtereinheit mit einer speziellen Filtrationsmembran gelöst.
• Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.
• Der Erfindungsgedanke ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
• Dabei zeigt: Fig. 1 einen explosiv auseinandergezogenen Querschnitt durch die Filtereinheit, Fig. 2 einen Detailschnitt durch die Dichtungszone der beiden Gehäuseteile und den davon eingeschlossenen Flachfilterzuschnitt und Fig. 3 einen Querschnitt durch den speziellen Flach filterzuschnitt.
• Das kreisrund aufgebaute Filtergehäuse besteht aus dem Oberteil 1 mit Einlaßstutzen 3 und dem Unterteil 2 mit Auslaßstutzen 4. Peide Gehäuseteile 1 und 2 weisen Je eine zentrische Eindrehung 5 auf, die zur AuSnahme einer planaren und mit Durchbrechungen versehenen Abstützung 8 dient, die zumindest auf der Seite des Druckgefälles an geordnet ist. Da in der Regel das Druckgefälle bei der Filtration und bei einer rückläufigen Spülung beiden tig auftritt, ist auf beiden Seiten des Flachfilterzuschnittes 9 eine solche Abstützung 8 vorgesehen. Diese Eindrehung bzw. die Abstützung 8 kann entfallen, wenn auf dem Flachfilterzuschnitt 9 außerhalb des Dichtungsbereiches eine Struktur mit Drainagewirkung vorhanden ist. Derartige Trennelemente sind ebenfalls bekannt und Stand der Technik.
• Ober den Umfang verteilt sind mehrere Bolzenlöcher 6 im Oberteil 1 und entsprechende Gewindelöcher 7 im Unter teil 2 angeordnet, so daß die beiden Gehäuseteile 1 und 2 mit Hilfe von Spannbolzen 13 miteinander verschraubt werden können. Die eigentliche Dichtung ist gebildet durch eine im Querschnitt abgerundete umlaufende Feder 10 im Gehäuseoberteil 1 und eine damit korrespondierende umlaufende und im Querschnitt ebenfalls abgerundete Nut 11 im Gehäuseunterteil 2 und durch den Peripheriebereich des eigentlichen Flachfilterzuschnittes 9, wobei beim Verspannen der beiden Gehäuseteile 1 und 2 mit Hilfe der Spannbolzen 13 die in Fig. 2 dargestellte Preßdichtung erzeugt wird. Nut 11 und Feder 10 arbeiten dabei nach Art einer patrize und Patrize zusammen, die die Struktur des Flachfilterzuschnittes auf einer Kreislinie derart zusammenpressen und verdichten, daß der Flachfilterzuschnitt nicht nur radiale Zugkräfte ausüben kann ohne daß dessen Peripherie aus Nut 11 und Feder 10 herausrutschen kann, noch bei höheren Drücken radiale Leckverluste durch an der Peripherie der beiden Gehäuseteil austretendes Fluid auftreten kann.
• Reben handelsüblichen Membranen, insbesondere solchen rlembranen, deren Struktur durch eingelagerte Fasern oder Gitter verstärkt sind, hat sich die in Fig. 3 schematisch dargestellte Filtermembran auf der Basis von Zellulosehydrat mit einer in der mikroporösen Struktur eingelagerten Gewebeverstärkung bestens bewährt. Die Gesamtstärke dieser Membran bzw. dieses Flachfilterzuschnittes beträgt 80 Mm bis 250 m. Der Querschnitt der monofilen Kunststoffäden zur Bildung der Gitterstruktur 14 beträgt 30 bis 60 Um. Die von der Gitterstruktur gebildeten Freiräume zwischen sich kreuzenden Fäden beträgt im Lichten zwischen 30 und 100 pjn.
• Das Gehäuseunterteil 2 ist gewöhnlich mit Stützfüßen ausgestattet und bildet in der Regel den stationären Teil, während das Gehäuseoberteil 1 in der Regel zum Auswechseln des Filtermediums bzw. der Filterunterf stützung 8 vom Unterteil 2 entfernt wird und mit seiner Flachseite auf einem Labortisch oder dergleichen vor den Autoklavieren abgelegt wird. Un die axial vorstehende Feder 10 als entscheidendes Dichtungselement vor nechanischen Beschädigungen zu schützen, weist dieses Gehäuseteil 1 gemäß Fig. 2 einen axial weiter vorstehen den Kragen 12 auf, der als Führungselement der aufeinanderliegenden Gehäuseteile 1 und 2 und als Abstands halter für die etwas zurückliegende Feder 10 dient, wenn bei der Demontage das Gehäuseteil 1 auf einer flachen Unterlage deponiert wird.
• Anstelle eines umlaufenden Kragens kann das Führungsele ment auch aus axial vorstehenden Zapfen bestehen, welche über den Umfang des Gehäuseoberteiles 1 verteilt angeordnet sind und gleichermaßen die Funktion von Führungsv element und Abstandshalter bzw. Schutz für die umlaufende Feder 10 haben.
• Durch das Fehlen auswechselbarer Ringdichtungen sind die beiden Gehäuseteile 1 und 2 überaus pflegeleicht und auch deren Handhabung beim Beschicken und Auswechseln der Abstützungen 8 und des Flachfilterzuschnittes 9 Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Flachfilterzuschnittes und der erfindungsgemäßen Gehäusekonstruktion läßt sich die Einheit insbesondere für die Dampfsterilisation9 Sterilfiltration und Partikelfiltration verwenden Die Temperaturbeständig~ keit der erfindungsgemäßen Membran ist größer als l450C bei Bedampfung und Autoklavierung Es tritt auch keine Änderung des Durchflusses und des Bubble-Points ein.
• Auch die Membran ist lösungsmittelbeständig und mechanisch stabil und auch regenerierbar.
• Die Abstützung 8 kann sowohl aus einem wiederverwendbaren Streckmetallgitter oder einem Gitter in Form eines Gewebes aus Kunststoffäden gebildet sein, welche mit im ausgewechselten Flachfilterzuschnitt 9 eine Wegwerfeinheit bilden können. Das Gehäuse 1,2 ist in der Regel aus Edelstahl gebildet. Es ist aber auch möglich, dieses aus einem schlagfesten, inkompressiblen Kunststoff oder aber aus einem bruchsicheren Glas zu bilden.
• Damit das Einlegen und Ausrichten des Flachfilterzuschnittes erleichtert wird, ist im unteren Gehäuseteil 2 außerhalb der Nut 11 eine umlaufende Harkierungsnut 16 konzentrisch eingelassen, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser des kreisrunden Flachfilterzuschnittes 9. Beim Beschicken des Filtergehäuses 1,2 läßt sich der Flachfilterzuschnitt 9 also leicht konzentrisch im Gehäuse positionieren, so daß dessen Peripherie überall den gleichen radialen Abstand von der Dichtungsstelle aus Nut 11 und Feder 10 einnimmt.
• Das mit der Feder 10 ausgestattete Gehäuseteil 1 kann natürlich gleichermaßen das untere Gehäuseteil bilden, auf das der Flachfilterzuschnitt 9 aufzulegen ist. In diesem Fall ist die Markierungsnut 16 zweckmäßig in diesem Gehäuseteil angeordnet.
• Dargestellt und beschrieben wurde ein kreisrund aufgebautes Filtergehäuse, wie es im Laborbereich derzeit üblich ist.
• Das beschriebene Dichtungsprinzip und die Gehäusebauform läßt sich natürlich auch bei rechteckig aufgebauten Filtergehäusen verwirklichen, wie sie durch die US-PS 1 495 825 bekannt sind.

Claims (12)

1. Filtervorrichtung zur Filtration von Fluiden Ansprüche: Mit einem Einlaß (3) und Auslaß (4) versehenes, mindestens zweiteilig aufgebautes Filtergehäuse (1,2) für einen zwischen zwei Fluidräume (5) an deren Peripherie dichtend zwischen den Gehäuseteilen eingespannten, flexiblen und begrenzt kompressiblen Flachfilterzuschnitt (9), dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (1,2) aus einem inkompressiblen Material bestehen und beide Gehäuseteile (1,2) einen eine Dichtfunktion übernehmenden umlaufenden Dichtrand in Form einer dem einen Gehäuseteil (2) zubeordneten Nut (11) und einer dem anderen Gehäuseteil (1) zugeordneten Feder (10) aufweisen, die nach Art einer Matrize und Patrize den Randbereich des Flachfilterzuschnittes (9) zwischen sich einspannen und diesen darin dichtend verpressen, wobei die Uut (11) und Feder (10) in ihrem Querschnitt gerundet ausgebildet und die beiden Gehäuseteile durch Spannmittel (6,7,13) gegeneinander verspannbar sind, und daß das Gehäuseteil (1), welches die axial vorstehende und umlaufende Feder (10) aufweist, an seiner Peripherie außerhalb der Dicht zone ein axial über die axiale Dichtflächenebene der Feder (11) hervorstehendes Führungselernent aufweist und in Form mehrerer auf dem Gehäuseumfang verteilt angeordneter Zapfen oder eines umlaufenden Kragens (12) ausgebildet ist, wobei das Führungselement (12) den Außenrand des anderen Gehäuseteiles (2) übergreift.
2. 2. 7u einer Filtereinheit zusalnmengefaßtes, mindestens zweiteiliges Filtergehäuse mit einem Einlaß (3) und einem Auslaß (4) und einem zwischen zwei Fluidräumen (5) an deren Peripherie dichtend zwischen den Gehäuseteilen (1,2) eingespannten, flexiblen und begrenzt kompressiblen Flachfilterzuschnitt (9), gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Das Gehäuse (1,2) besteht aus einem inkompressiblen Material und weist einen eine Dichtfunktion übernehmenden umlaufenden Dichtrand in Form einer dem einen Gehäuseteil (2) zugeordneten Hut (11) und einer dem anderen Gehäuseteil (1) zugeordneten Feder (10) auf, die nach Art einer Matrize und Patrize den Randbereich des Flachfilterzuschnittes (9) zwischen sich einspannen und diesen darin dichtend verpressen, b) die Nut (11) und Feder (10) sind in ihrem Querschnitt gerundet ausgebildet, c) die beiden Gehäuseteile sind durch Spannmittel (6,7, 13) gegeneinander verspannbar, d) der Flachfilterzuschnitt (9) besteht aus eier von Material und Freiräumen gebildeten Gitterstruktur (14) als mechanische Verstärkung und einer die Freiräw.le ausfüllenden und die Gitterstruktur (14) beidseitig überdeckenden mikroporösen Nembranstruktur (15), wo bei die mikroporöse Membranstruktur (15) auf Zellulose basiert, e) der durch die Gitterstruktur (14) und durch die Hembranstruktur (15) gebildete Flachfilterzuschnitt (9) ist im Querschnitt begrenzt kompressibel, f) die den Fluidräumen (5) zugewandte Fläche des Flachfilterzuschnittes (9) ist mindestens auf der Seite des Druckgefälles planar durch eine Durchbrechungen aufweisende Abstützung (8) stabilisiert, welche in einer Eindrehung (5) des zugewandten Gehäuseteiles (1,2) lagert und g) das Gehäuseteil (1), welches die axial vorstehende und umlaufende Feder (10) aufweist, weist an seiner Peripherie außerhalb der Dichtzone ein axial über die axiale Dichtflächenebene der Feder (11) hervor stehendes Führungselement (12) in Form mehrerer auf dem Gehäuseumfang verteilt angeordenter Zapfen oder eines umlaufenden Kragens auf, wobei das Führungselement (12) den Außenrand des anderen Gehäuse teiles (2) übergreift.
3. 3. Filtergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeicbnt, daß die beiden Gehäuseteile (1) und (2) aus einem inkompressiblen Kunststoff bestehen.
4. 4. Filtergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (1,2) aus Metall, vorzugsweise Edelstahl bestehen.
5. 5. Filtergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (1,2) aus bruchsicherem Glas bestehen.
6. 6. Filtergehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen aufweisende Abstütfung (8) für den Flachfilterzuschnitt (9) durch ein Gitter aus Kunststoffdraht, insbesondere aus einem Kunststoffgewebe gebildet ist.
7. 7. Filtergehäuse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (8) für den Flachfilterzuschnitt (9) aus einem Streckmetallgitter gebildet ist.
8. 8. Filtergehäuse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der umlaufenden Nut und Federanordnung (8,10) konzentrisch zu dieser an unteren Gehäuseteil (2) eine umlaufende Slarkierungsnut (16) eingelassen ist, deren Durchmesser gleich oder geringfügig größer ist, als der Durchmesser des auf das untere Gehäuseteil (2) auflegbaren Flachfilterzuschnittes (9).
9. 9. Filtereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Membranstruktur des Flachfilterzuschnittes durch ein Zellulosehydrat gebildet ist.
10. 10. Filtereinheit nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Membranstruktur (15) eingelagerte und verstärkende Gitterstruktur (14) durch ein Gewebe aus Kunststoffäden gebildet ist.
11. 11. Filtereinheit nach Anspruch 2,9 und 10, dadurch gev kennzeichnet, daß der Flachfilterzuschnitt eine Gem samtdicke von 80 Wm bis 250 Am aufweist und die Fadenstärke der eingelagerten Gitterstruktur 30 pm bis 60 m beträgt und die lichte Maschenöffnung zwischen sich kreuzenden Fäden zwischen 30 und 60 Um liegt.
12. 12. Filtergehäuse zur Aufnahme eines Flachfilterzuschnttes, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Slerkm male: a) der axial vorstehende Außenrand (12) eines ersten, mit einem Anschlußstutzen (3) und einem daran anschlie ßenden Fluidraurn (5) ausgestatteten Gehäuseteiles 1 aus Metall, übergreift als radiales und axiales Fühw rungselement den Rand eines entsprechend mit Fluidraum (5) und Anschlußstutzen (4) ausgestatteten zweiten Gehäuseteiles (2) aus Metall, b) das erste Gehäuseteil (1) mit dem axial vorstehenden Außenrand (12) weist eine konzentrisch dazu angeordnete umlaufende Feder (1Q) auf, die axial geringfügig gegenüber dem axialen Sberstand des Außenrandes (12) zurückgesetzt ist, c) das zweite Gehäuseteil (2) weist eine Mit der Feder (10) des ersten Gehäuseteiles (1) zusammenarbeitende Nut (11) auf, wobei beide (Nut 11 und Feder 10) nach Art von Matrize und Patrize Teil eines Dichtungselementes bilden, d) das die Funktion eines unteren, horizontal ausgerichteten Gehäuseelementes übernehmende Gehäuseteil (2) weist eine umlaufende Markierungsnut (16) auf, welche konzentrisch in Richtung der Gehäuseperipherie außerhalb des Dichtungselementes (10 oder 11) angeordnet ist, e) der Querschnitt von Nut (11) und Feder (10) ist gerundet ausgebildet.

    f) beide Gehäuseteile (1 u. 2) sind durch Spannmittel (13) gegeneinanderliegend verspannbar.