DE3441249A1

DE3441249A1 - Stapelfoermiges trennelement aus geschichteten zuschnitten zur behandlung von fluiden

Info

Publication number: DE3441249A1
Application number: DE19843441249
Authority: DE
Inventors: Ulrich 3400 Göttingen Grummert; Hans-Weddo 3414 Hardegsen Schmidt
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1984-11-12
Publication date: 1985-05-30
Also published as: DE3441249C2

Description

'Sartorlus GmbH ^ Akte SM 8308-IP

Weender Landstraße 94-108 Kö/kl

D-3400 Göttingen

Stapeiförmiges Trennelement aus geschichteten Zuschnitten zur Behandlung von Pluiden

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein stapeiförmiges Trennelement für Fluide nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie es durch den Stand der Technik nach der DE-OS 31 27 -548, DE-OS 29 20 253 und US-PS 4 261 834 bekannt ist. Im ersten Falle werden inkompressible Trägerplatten mit Kanalrillen und Durchbrechungen für die Strömungsführung mit einem Trennelement in Form einer mikroporösen Membran abgedeckt und randseitig gedichtet und eine Vielzahl solcher Einzeltrennelemente werden zu einem Stapel vormontiert und in kommunizierende. Dichtungsrillen und Kanäle wird ein fließfähiges Dichtungsmittel eingepreßt, welches in dem zusammengepreßten Stapel aushärtet und damit diese einzelnen Platten zu einer fest verbundenen Kassette ver-

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eint. Die Spalthöhe zwischen benachbarten Membranen, die den Pluldspalt für die zu behandelnde Trübe bestimmt, kann aufgrund der Plattenkonstruktion und der von den Plattenrändern gebildeten festen Anschläge nachträglich nicht mehr verändert werden. Die Kassette ist insgesamt Inkompressibel und wird zwischen Gehäuseplatten mit Hauptanschlüssen eingespannt. Eine Vielzahl von Spannbolzen muß mit Hilfe von Drehmomentenschlüsseln angezogen werden. Mehrere Kassetten können in Reihe oder parallel geschaltet werden. Zwischen den einzelnen Kassetten sind sogenannte Maskendichtungen aus Silikon angeordnet. Fertigungstoleranzen in den Platten, die sich gegebenenfalls bei der Aufeinanderschichtung summieren können, können nur bedingt durch solche an den Endplatten angeordnete Maskendichtungen aus dauerelastischem Dichtungsmaterial ausgeglichen werden. Derartige Maskendichtungen aus Silikon oder Polyurethan sind nur begrenzt in der Lage, den von den Spannbolzen ausgehenden Preßdruck der beiden Gehäuseplatten an die einzelnen Kassetten und ihre Zwischenab- dichtungen weiterzugeben. Als weiterer Nachteil ist anzusehen, daß einmal in der fest verbundenen Kassette vorhandene Undichtigkeiten aufgrund zu schlecht verteiltem, eingespritztem Dichtungsmaterial nicht mehr nachträglich durch ein stärkeres Zusammenpressen der gestapelten Stützplatten beseitigt werden kann. Derartige Fehler führen häufig zu Ausschuß. · - —

Weiterhin ist es nach dem Stand der Technik gemäß DE-OS 29 "20 253 bzw. US-PS 4,261,834 bekannt, anstelle von festen Stützplatten ein inkompresslbles Gewebe zu verwenden, welches drainierende Eigenschaften hat..Um die einzelnen Strömungswege gegeneinander abzudichten, sind die Hohlräume des Gewebes in den abzudichtenden Bereichen mit einem inkompressiblen Kunstharz ausgefüllt, welches

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den gesaraten Stapel aus abwechselnd aufgeschichteten Gewebeabschnitten und Membranabschnitten im Bereich der abzudichtenden Durchbrechungen und Im gesamten Randbereich zu einer dauerhaften inkompressiblen kassettenförmigen Einheit verbindet. Auch dieses kassettenförraige Trennelement erhält bereits bei der Herstellung die fertige, inkompressible Ausbildung und wird ebenfalls zwischen Gehäuseendplatten eingespannt, welche ebenfalls nur die Aufgabe haben, das kassettenförmige Trennelement planparallel zwischen den beiden Gehäuseplatten einzuspannen und fest auf die darin endenden Leitungsabschnitte zu pressen. Auch bei dieser Form der Abdichtung wird die dem Fluid zur Verfügung gestellte Spalthöhe zwischen zwei Membranen bzw. zwischen der Membran einerseits und dem diese abstützenden Gewebe andererseits vorbestimmt, ohne daß der Benutzer die Möglichkeit hat, mögliche punktuelle oder regionale Undichtigkeiten durch mehr oder weniger starkes Zusammenpressen der Gehäuseplatten zu beseitigen oder auch die Spalthöhe für ein bestimmtes Fluid zu variieren.

Neben der notwendigen absoluten Abdichtung ist eine solche Variation der Spalthöhe häufig erwünscht, wenn ^c bei der Partikelfiltration eine Freispülung der belegten Filtermembran gewünscht wird bzw. wenn zur Wlederverwendungdas kassettenförmige Trenneiement von Rückständen befreit werden soll oder sich für die Filtration eines speziellen Mediums eine bestimmte Spalthöhe der Uberströmwege sich als optimal erwiesen hat.

■ Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trennelement der eingangs beschriebenen Bauart' so weiterzubilden, daß eine verbesserte Abdichtung geschaffen ist und daß der Benutzer die Möglichkeit erhält, die Spalthöhe der Überströmwege den zu behandelnden Fluiden anzupassen und gleich-

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zeitig die regionalen Dichtungen so verbessert sind, daß die empfindlichen Zuschnitte des Trennmediums vor mechanischer Beschädigung bei Veränderung der Spalthöhe bzw. beim starken Anziehen der Spannelemente vermieden wird, die das stapelförmige Trennelement zwischen Gehäuseplatten zusammenpressen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale alteΓΙΟ nativ gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Dabei sind erfindungsgemäß die Abstandshalter durch ein Gitterwerk aus im wesentlichen inkompressiblen Drähten und die Dichtungen aus einer die Freiräume des Gitterwerkes in den abzudichtenden Regionen ausfüllenden, dauerelastischen Dichtmasse gebildet, wobei.letztere mindestens einseitig im Bereich der abzudichtenden Durchbrechungen des Gitterwerkes über der Ebene des jeweiligen inkompressiblen Gitterwerkes derart übersteht, daß nur die Stärke der Überstandsschicht die Gesamtkompressibilität der Dichtung bestimmt. In Verbindung mit mikroporösen Membranen wird damit das Trennelement im prinzipiellen Aufbau gebildet. In einer al te rna-₁. tiven Ausbildung wird das Trennelement im prinzipiellen Aufbau durch eine mikroporöse Membran mit integriertem

Stützvlies gebildet,-wobei die drainierende Vliesstruktur

im Bereich der abzudichtenden Regionen thermisch und/oder chemisch zur Übernahme einer Dichtfunktion zu einer Dichtstruktur komprimiert ist. Diese Membranzuschnitte werden kombiniert mit Abstandshaltern in Form einer Gitterstruktur, dessen Freiräume in den abzudichtenden Regionen durch eine dauerelastische Dichtungsmasse ausgefüllt sind, die mindestens in den Ebenen der Gitterstärke endet/ gegebenenfalls einseitig oder beidseitig geringfügig übersteht.

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Der Erfindungsgedanke ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Pig. 1 die perspektivische Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform eines stapeiförmigen Trennelementes mit Gehäuseendplatten,

Pig· 2 die Draufsicht auf ein doppeltrapezförmigen Abstandshalter,

. Pig. 2A

2B Schnitte nach den Schnittlinien A-A, B-B in Fig. 2,

15

Fig. 3 die Draufsicht auf einen kongruenten Membranzuschnitt,

Fig. 3A ' -

3B Schnitte nach den Schnittlinien A-A, B-B in Fig. 3,

Fig. ¹J die Draufsicht auf einen zweiten kongruenten Ab- .. y Standshalter in einer anderen Ebene,

■_ 25 - Pie.—-5A _ _

5B zwei Längsschnitte schematisch vergrößert nach den Schnittstellen A-A bzw. B-B mehrerer auf einandergestapelter Abstandshalter nach Fig. 1,6,3,4 in Verbindung mit Zuschnitten des Trennmediums und Gehäuseendplatten,

Fig. 6 einen Detailquerschnitt durch einen mit Dichtungen versehenen Abstandshalter z.B. nach der Schnittlinie VI in Fig. 1,

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Pig. 7 einen Querschnitt durch einen Abstandshalter in Form einer Maskendichtung für aufeinanderfolgend gestapelte Kassettenmodule,

Fig· 8 einen Detailschnitt durch den Randbereich eines

variierten Trennelementes (2. Ausführungsform) mit eingelagerten Dichtungsringen und Schutzringen,

Fig. 9 eine Detailansicht bzw. Detailschnitt eines solchen Dichtungselementes nach Fig. 8,

Fig. 1OA

1OB eine Draufsicht auf die Abstandshalter eines abgewandelten Stapelmoduls (3· Ausführungsform), . '

Fig. HA eine Explosionsansicht mit Membranzuschnitt eines 4. Ausführungsbe'ispieles mit Schutzringen,

HB eine 5* Variante mit Schutzmasken als Druckverteiler, , 20

Fig. 12A

12B Querschnitte durch ein zwischen Endplatten eingespanntes Kassettenmodul nach Fig. 10 und 11.

Fig. 13 eine Perspektive Draufsicht auf die Vliesseite eines ■

Membranelementes bestehend aus einer mikroporösen Membran mit integriertem Stützvlies, das regional zu einer Dichtstruktur ausgebildet ist,

Fig. 14 einen Vertikalschnitt durch den Randbereich mehrerer

Zuschnitte nach der Schnittlinie XIV in Fig. 18,

Fig. 15 einen Querschnitt nach der Linie XV - XV in Fig. 13, Fig. 16 einen Querschnitt nach der Linie XVI - XVI in Fig. 13,

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Λ*

Pig. 17 eine Explosivzeichnung gestapelter Zuschnitte mit kreisrunden und geschlitzten Durchbrechungen und Membran-Vlies-Zuschnitten nach Flg. 13,

- Pig. 17A ein Kassettenmodul in Perspektive,

Pig. 18 eine entsprechende bevorzugte Variante mit geschlitzten Durchbrechungen und kreuzweise überströmten Zuschnitten nach Fig. 13,14, 10

Fig. 18a ein Kassettenmodul in Perspektive,

Fig. 19 einen Detailschnitt durch ein Filtergehäuse aus Stahl mit einer an die O-Ring-Dichtung angepaßten Dlchtstruktur eines Filterelementes nach Fig. 13 und

Fig. 20 einen Detailschnitt durch ein Filtergehäuse aus Kunststoff mit einer an die Klemmnase der Gehäuseteile angepaßten Dichtstruktur eines Filterelementes nach Fig. 13·

In der folgenden Beschreibung sind in den verschiedenen Ausfuhrungsformen einander entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen benannt.

Das Trennmodul in der bevorzugten Ausführung nach Fig. 1 bis besteht außer der Vielzahl von doppeltrapezförmigen länglichen (Sechseck)-Zuschnitten eines Gewebes aus monofilen Kunststoffäden, die z.B. in Körperbindung gewebt sind und im Siebdruckverfahren mit einer dauerelastischen Dichtungsmasse 3,4 gemäß Draufsicht nach Fig- 1 und 2 bedruckt sind. Das Dichtungsmaterial 3,4 steht dabei gemäß Fig. 7 und 8 geringfügig über die Ebene El der Gewebefläche über. Hat das Gewebe z.B. eine Gesamtstärke von 0,4 mm, so steht die dauer-

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-j) elastische Dichtungsmasse aus Silikon oder Polyurethan eln-"^¹" seitig, gegebenenfalls beidseitig je 50 μπι über, die ihrer-— selts damit die Kompressibilität des gesamten Abstands-

. halters bestimmt, dessen monoflie Kunststoffäden im wesent- ^> 5 liehen inkompressibel- sind und als Gitterwerk damit wie eine inkompressible jedoch flexible Platte wirkt. Nach Verfestigen des Dichtungsmaterials 3,4 erfolgt anschließend das Stanzen der Durchbrechungen 1,1',2. Dies erfolgt zur besseren Montage oder um saubere Kanten der Dichtungsflächen und kleinen Schachtdurchmessern zu erhalten. Bei schlitzartigen Schächten und Schächten mit größerem Durchmesser können die Durchlässe in den Gitterebenen auch "vergittert" bleiben, so daß lediglich das Filtermedium M Durchstanzungen aufweist. Die das PiItrat führenden. Durchbrechungen des Gitterwerkes können generell "vergittert" bleiben.

Der dargestellte Membranzuschnitt M hat dieselbe Umrissform gemäß Fig. 2 und 4 und das darin dargestellte Lochbild, so daß abwechselnd aufeinandergeschichtete Abstandshalter nach Fig. 2, Trennmedium M nach Fig. 3 und Abstandshalter nach Fig. 4 fluchtende Verteilerschächte im Bereich der Durchbrechungen 1,1',2 bilden. Die Durchbrechungen 1 .bilden dabei die Sammelschächte für ein erstes Fluid Fl (Trübe), die Verteilerschächte 1' dienen zur Abführung des Retentats (Konzentrat) Fl' und das durch die Zuschnitte des

Trennmediums M hindurchgetretene Permeat (FiItrat) wird durch die Verteilerschächte 2 als Fluid F2 abgeführt. Die zu einem Stapel lose aufeinandergeschichteten Zuschnitte 6,M und 7 sind vorzugsweise randseitig zusätzlich mit einem dauerelastischen Dichtungsmaterial 4', ähnlich wie in Fig.5A, 5B dargestellt, dauerhaft zu einem Kassettenmodul verbunden.

Wie aus Flg. 1 und 5A, 5B ersichtlich ist, fluchten die durch die Durchbrechungen 1,1',2 gebildeten Verteilerschächte derart, daß diese in Verteilerkanälen 14 und Sammelkanälen 12 und 19 der Gehäuseplatten 8 und 9 enden, welche durch Spannbolzen 10 den Gesamtstapel gegen die Rückstellkraft der Dichtungen 3,4 und des unter Druck eingeführten Fluids Fl zusammenpressen.

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Wie aus der Schnittausstellung (Längsschnitt) der Fig. 5A,5B

^ ersichtlich ist, ist der untere Zuschnitt 6 des Abstands- ^ halters 5 gemäß Darstellung in Fig. 4 bezüglich der Durchbrechungen 1 abgedichtet und ebenso bezüglich der stirnseitlgen Durchbrechungen 1' an den schmalen Trapezseiten ebenfalls abgedichtet, dagegen in bezug auf die Durchbrechungen 2 offen. Darauf liegt ein Trennelement M mit einem identischen Lochbild nach Fig. 1 und 4. Darauf folgt ein Zuschnitt 7 eines Abstandshalters nach Fig. 2, bei dem nach der Schnittlinie A-A, B-B gemäß Fig. 2 die Durchbrechungen 1 frei und die Durchbrechungen 1,2 alternierend frei bzw. abgedichtet sind. Darauf folgt wieder ein Zuschnitt M des Trennmediums usw.

Das in den Mittelanschluß eingeleitete Fluid Fl verteilt sich über die Durchbrechungen 1 des Verteilerkanales 14 in allen' Schächten 1, die Durchbrechungen 1 der Abstandshalter 6,7 und den Durchbrechungen 1 des Trennmediums M gebildet sind. Dabei durchströmt das' Fluid Fl von der Mitte ausgehend die Zuschnitte 7 der Abstandshalter 5 in Richtung auf die Auslässe 1', wobei ein Teil des Fluids Fl aufgrund des Druckgefälles die freie Fläche des Trennmediums M durchdringt und als Permeat (FiItrat) in den Sammelleitungen 19 als Fluid F2 abgeführt wird. Das aufkonzentrierte Fluid Fl ver- ___läßt als Fluid Fl¹ bzw. als Konzentrat über die Sammelleitung 12 die Gehäuseplatte 8 und wird einem Sammelbehälter und damit erneut im Kreislauf der Leitung l4 zugeführt. '

Mit Hilfe von Drehmomentenschlüssel lassen sich die Spannbolzen 1.0 so anziehen, daß sich der Dichtungspreßdruck korrigieren läßt und die Spalthöhe in den Strömungskanäien verschiedenen Betriebsbedingungen anpassen läßt.

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Die vorstehend beschriebene Ausführungsform bildet ein rüekspülbares Filterelement, bei dem mit Hilfe eines rückläufigen Staudruckes mit Hilfe einer Piltratpumpe ein sich auf der vom Abstandshalter 6 abstützenden Membran bildender Filterbelag quasi im Status nascendi halbseitig durch eine Pulssteuerung abgelost und von der Trübe Fl wieder weggespült werden kann. Dies kann jeweils im Wechsel bezüglich der beiden Trapezhälften erfolgen. Die Filtratabführleitungen 19 werden dabei kurzzeitig zu Rückspülleitungen umfunktioniert bzw. mit Druck beaufschlagt.

Der Vorteil einer solchen sechseckigen bzw. länglichen Doppeltrapezform ist darin zu sehen, daß neben einer günstigen Stromungsführung (Vermeidung von Totzonen, Berücksichtigung des verminderten Fluidvolumens an den Auslaßseiten) zusätzlich eine verschnittlose Geometrie der Zuschnitte von Gitterwerk 5 und Trennmedium M möglich ist. Die jeweils abwechselnd hälftige pulsartige Rückspülbarkeit läßt eine kontinuierliche Filtration/Aufkonzentration und eine hohe Standzeit des Filterelementes zu.

Fig. .7 zeigt ein mehrere Kassettenmodule trennende Maskendichtung, bei der der gesamte Zuschnitt des Abstandshalters 5 nach Fig. 1 bzw. 2 mit einer dauerelastischen ' Dichtungsmasse 4 ausgefüllt ist und nur die eingestanzten Durchbrechungen 1,1',2 aufweist. Eine solche Maskendichtung 50 gemäß Fig. 7'läßt sich.auch zwischen Kassettenmodule mit festen Platten einsetzen, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind. Eine solche zwischen Endplatten 8, 9 bzw. auch zwischen einzelnen Kassettenmodulen eingesetze Maskendichtung gemäß Flg. 7 hat den Vorteil, daß sie nur begrenzt kompresslbel ist nämlich nur in bezug auf das Maß

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des einseitig oder wie dargestellt beidseitig über das Ge- ~ webe 5 überstehenden Dichtungsmaterials 4. Der Oberstand

J" . übernimmt die Dichtfunktion, während das inkompressible Gewebe 5 die Druckverteilung übernimmt. Dickere Schichten lassen sich durch zwei aufelnanderliegende Gewebe erzielen, die gemeinsam die inkompressible Schicht bilden. Welsen die abzudichtenden Flächen der Kassettenmodule bereits überstehende Dichtregionen auf, so ist es ausreichend, wenn die Maskendichtung nach Pig. 7 auf die Stärke des Gewebes 5 beschränkt ist.

In der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 8 und 9 sind die die Dichtung aufnehmenden Durchbrechungen 5¹' der Abstandshalter 5 im Durchmesser größer gehalten als die ohne Dichtungen ausgestatteten Durchbrechungen 5', wie dies in Fig. 8 ersichtlich ist. Die Dichtungen werden durch scheibenförmige Dichtungsringe 16 aus Silikon oder Polyurethan gebildet, die in der Stärke etwas größer bemessen sind als die Gesamtstärke des Ab Standshalters 5 aus Inkompressiblem Gewebe. Der Dichtungsring 16 steht dabei beidseitig über die Ebene El des Gewebes 5 vor und läßt sich somit flächenmäßig nur in diesem Bereich komprimieren. Der Innendurchmesser des Dichtungsringes 16 entspricht dem Außendurchmesser der Durchbrechung 5¹ in dem ohne Dichtung ausgebildeten Abstandshalter 5 und entspricht

dem-Durchmesser^ der -Durchbrechung 1,-1 '-^2 des Filtermediums M. Um dieses empfindliche Filtermedium M20 vor mechanischen Beschädigungen aus den abgestanzten Fadenenden der Abstandshalter 5 zu schützen, ist die Stoßstelle im Bereich dieser Durchbrechung 5¹' durch eine Ringscheibe 17 überbrückt, welche gegebenenfalls auf dem Dichtungsring 16 durch Klebung fixiert ist. Diese Schutzringscheibe 17 ist in ihrer Stärke der Stärke des Trennmediums M20 angenährt, und besteht aus einem im wesentlichen Inkompressiblen Material wie z.B. Polyester und hat eine Stärke von etwa 50 pm

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f und bedeckt die Stoßstelle in einer Breite von etwa 5 mm. } Die ebenfalls scharfen Endabschnitte im Bereich der Durchbrechung 5' des AbStandshalters 5 führen nicht zur Beschädigung des Filtermediums M20, da dieses in diesem Bereich ja bereits die Durchbrechung M' aufweist.

Zur Bildung enger Spalthöhen innerhalb der Strömungswege haben diese Schutzringscheiben 17 zusätzlich die Punktion von Druckverteilern. Ihre Inkompressibilität verhindert, daß sich die kompresslblen Dichtungen 3 oder 16 in die drainierende Gitterstruktur eines darüber oder darunter liegenden AbStandshalters 26,27 einpreßt, die offen zu haltende Gitterstruktur 5 verengt oder gar blockiert.

Wie aus Fig. 8 und 9 ersichtlich ist, sind die Durchbrechungen 1,1',2,M¹,M'' insgesamt im Randbereich der Zuschnitte angeordnet, so daß sich eine möglichst große Freifläche des Trennmediums M20 erreichen läßt. Gleichzeitig wird damit auch erreicht, daß sich die zum Außenrand hinweisenden Ränder der Schutzringscheibe 17 in das Randdichtungsmaterial 4 bzw. auch in das Dichtungsmaterial V der Kassette einbeziehen und in diesem fixieren läßt. Auf eine Fixierung der Schutzringscheiben 17 durch Klebung auf den Dichtungsringen 16 kann somit verzichtet werden. Da die

Zuschnitte M20 des Trennmediums im wesentlichen kongruent -

mit den Zuschnitten.der Abstandshalter 26,27 ausgebildet sind und somit bis an.deren Ränder hinreichen, ist zur Vermeidung" von Querströmungskomponenten der gesamte Stapel nochmals mit einem dauerelastischen Dichtungsmaterial 4'im Randbereich abgedichtet. Zum Anschluß des Kassettenmoduls zwischen Endplatten 8 und 9 kann vorzugsweise auf den Stapel

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— beidseitig eine zusätzliche Maskendichtung 50 gemäß Fig. 7 ^ angeordnet sein, wenn nicht die Ausführung mit durchström- "^ barem Gitterwerk gemäß Fig. 6 als Deckschicht gewählt 1st.

In diesem Fall wird der Stapel beidseitig mit einer dem Loch- - bild entsprechenden fluiddicken Folie 11 abgedeckt, deren

Ränder in die Randdichtung V eingebunden sind, so daß auch die unbenutzte Kassette gegen Staubpartikel bei ihrer Handhabung geschützt 1st. Auch dieses Kassettenmodul ist als rückspülbare Filtereinheit ausgebildet. 10

Das modifizierte Kassettenmodul nach Fig. 1OA und 1OB ist ebenfalls als rückspülbares Filterelement ausgebildet. Anstelle lose eingelegter Dichtungsringe 16 sind bei diesen rechteckigen Abstandshaltern 26,27 die Dichtungen 3 durch eine dauerelastische, in die Gitterstruktur des Gewebes 5 eingepreßte Dichtungsmasse gebildet, wie dies in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 7 beschrieben ist.

Dem überströmten Trennmedium M20 ist stromaufwärts, also trübseitig, eine als Vorfilter oder Grobfilter dienende überstrom- und Durchströmstrecke in Form der nicht mit dem Trennmedium M20 belegten Gitterzuschnitte 26,27 vorgelagert, so daß sich ein Verteilerraum über die gesamte Zuschnittbreite erstreckt, der in der Ebene 26 durch eine Dichtleiste 3' —____ab ge schott eJb_.i sjb. und _der. _in. der Ebene des Gitterzuschnittes gemäß Fig. 1OB offen und lediglich durch einen Druckvertellerstreifen 17' beidseitig am Rand von M20 überbrückt ist. Dieser Druckverteilungsstreifen 17' kann auch zu einer Druckverteilungstnaske oder einem Druckverteilungsvolumen 18 nach . Flg. 11 ergänzt sein.

Die in Fig. 11 bis 12A,12B dargestellte 4. Ausführungsvariante ist ohne Verteilerraum l40 ausgeführt und ist jedoch im übrigen mit den anderen Ausführungen vergleichbar.

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Wie aus Pig. HA ersichtlich ist, sind beiderseits der Durchbrechungen 1,1',2 Schutzringscheiben 17 angeordnet, die die Membran M20 vor Beschädigung und die freizuhaltende Gitterstruktur 5 vor Abdichtung durch darunter oder darüber an-. geordnete Dichtungen 3 schützen. Anstelle der Schutzringscheiben 17 können auch gemäß Pig. HB Schutzringmasken oder Schutzrahmen 18 verwendet werden. In beiden Fällen sind jeweils diejenigen Durchbrechungen 1,1',2 der Abstandshalter 6, 7,26,27 beidseitig von Schutzringscheiben 17 bzw. 18 überdeckt, in denen die Gitterstruktur 5 in der Schichtungsebene geöffnet und demgemäß offen zu halten ist.

In der vereinfachten Schnittdarstellung 12A, 12B sind diese Schutzringscheiben 17 nicht dargestellt. Diese kommen insbesondere bei einem hohen Anpressdruck der Gehäuseendplatten 8, 7 zum tragen, um sehr enge Überströmungsspalten zu erzielen. Die Anordnung der Durchbrechungen 1 für die Trübe Fl auf der einen Seite und die Anordnung der Durchbrechungen I¹,2 für Konzentrat Fl' und FiItrat F2 auf der gegenüberliegenden Seite ■ der rechteckigen oder trapezförmigen Zuschnitte hat den Vorteil, daß die Trübe zur überströmung über die Membran M bzw. M20 gezwungen wird und damit Kurzschlußpfade ausgeschlossen sind. Das Fluid Fl aus der Leitung 14 z.B. als Trübe in Form einer Hefeaufschlemmung überströmt die freie · Membranfläche

_25___ durch ^ie Abstandshalter 5 hindurch in Richtung auf die in

dieser Ebene offenen Verteilerschächte 1' und verläßt diese durch die Leitung 12 als aufkonzentriertes Medium Fl'. Ein Teil des Fluids Fl ist durch die freie Membranfläche hindurchgedrungen und verläßt die Freiräume der Abstandshalter 5' durch die Durchbrechungen 2 als Filtrat F2 durch die Leitung 19· Setzt sich die Porens.truktur des Filtermediums M20 im Laufe der Filtration zu, so kann das Filterelement dadurch freigespült werden, daß auf der Filtratseite ein Staudruck angelegt wird, der den Filterbelag ab-

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°^ sprengt und dieser durch das überströmende Fluid Pl in die -^- Trübe zurückbefördert wird. Je nach den zu vorfiltrierenden _Cr₎ Fluiden, Flüssigkeiten oder Gase kommen die verschiedenen Arten von Trennmedien und Porengrößen zum Einsatz. Beispielsweise kann das Filtermedium aus mikroporösen Membranen von einer Porengröße von 0,2 μτα. bis 0,45 um bestehen.

Gemäß Fig. 13 besteht das Trennmedium MV aus einer mikroporösen Membran M, z.B. aus Polysulfon oder Zellulosetriacetat auf der Trübseite (in der selektiven Porenstruktur •w symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut) und einem damit dauerhaft integrierten Stützvlies V auf der Filtratseite. Dieses Stützvlies V besteht aus einem Kunststoffvlies, ζ.b.

aus Polypropylen, hat drainierende Wirkung und erhöht die mechanische Festigkeit des Trennmediums insgesamt. Erfindungsgemäß ist in den abzudichtenden Regionen des Trennmediums die an sich drainierende Vliesstruktur durch thermische und/oder chemische Einwirkung zu einer Dichtstruktur komprimiert, so daß in Verbindung mit Gehäuse- oder Hilfselementen (O-Ring-Dichtung 25, Klemmnasen 28, Dichtungen 3,4 der Abstandshalter 6,7,26,27,30,31) sich fluiddlchte Verbindungen herstellen lassen, und das Fluid bestimmungsgemäß selektiv nur durch das Trennmedium hindurchtreten kann. Gemäß Fig. 13,14,15 1st auch der Randbereich mit einer Dichtstruktur 20 ausgestattet, so daß die einzelnen.Zuschnitte MV und 30,31 in allen abzudichtenden. Bereichen allein durch den Anpreßdruck der Gehäuseteile 8 gemäß Fig. 14 abgedichtet sind. Ist eine dauerhafte Verbindung mehrerer Zuschnitte MV und 30,31 zu einer Kassette durch Umspritzung mit einer Dichtung 4^r der gestapelten und gepreßten Zuschnitte vorgesehen, so ist die Randausbildung zweckmäßig wie bei Fig.

ausgebildet,.d.h. die Vliesstruktur ist im Randbereich erhalten, so daß die Randdichtung 4' (Fig. 5A,5B,8,12A,12B) besser an den Zuschnitten haftet. ...

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yj Pig· 14 zeigt übrigens die Zuschnitte MV und 31 noch ~ unverpreßt, d.h. noch nicht gegeneinander abgedichtet. Bei 4- Zuschnitten der Abstandshalter 31 endet die Dichtung 3 bündig "° In der Gitterstärke. Je nach Vliesdicke sind diese Abstandshalter 31 gegebenenfalls mit solchen nach Pig. 6 mit beidseitig oder einseitig geringfügig überstehender Dichtmasse 4 zu kombinieren.

Pig. 17>17A zeigen Varianten in der Anordnung und Ausbildung der Durchbrechungen. Hier kombiniert in Form von Rundlöchern I¹,2 und Schlitzen 1. Die Schlitze 1 sind quer zur jeweiligen Strömungsrichtung der betreffenden Fluide angeordnet. Die Gitterstruktur auf beiden Seiten des Stapels ist vorzugsweise durch eine fluiddlchte Schutzfolie 11 abgedeckt, die randseitlg in die Dichtmasse 4' eingebunden ist und ein den Durchbrechungen 1,1',2 entsprechendes Lochbild aufweist. Die Schutzfolie 11 verhindert ein Eindringen von Schmutzpartikel in die oberen Gewebeabschnitte bei der Handhabung des Kassettenmoduls. An der Randdichtung 4' angeordnete Führungs- nuten 13 für die Spannbolzen 10 erleichtern das Einsetzen und' Justieren des Kassettenmoduls zwischen den Endplatten 8,9 bzw. das Stapeln der kongruenten Zuschnitte.

Das unverpreßte Vlies V hat z.B. eine Stärke von 220 μ und die mikroporöse Membran eine Stärke von 60 μ. Bei der Ausführungs-

form nach Fig. 20 ist das Trennelement MV zwischen zwei Ge-___ häuseteilen 23 und 24 aus Kunststoff eingeklemmt und mit der Klemmnase 28 abgedichtet, und beide Gehäuseteile 23,24 sind randseitig bei 29 verschweißt, wie es bei Kleinfiltern nach dem Stand der Technik üblich ist.

Durch die erfindungsgemäße Dichtungsausbildung sind alle handelsüblichen Filtermembrane, mit verschiedener Porengröße bzw. cut off- verwendbar, da die Dichtungen 3,4 nicht durch Klebe- oder Schweißverfahren mit den Filterelementen M,M¹

dichtend verbunden werden müssen, sondern ihre Wirkung als

Preßdichtung entfalten.

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-<r Der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Filterelemente erstreckt sich auf die Behandlung (Trennung) organischer Flüssigkeiten mit folgenden Inhaltsstoffen: Pigmenten, Metallhydroxyden, kolloidal verteilten Metallen, Keramik, Partikel, Abriebstoffe, emulgierte öle, Benzin-Wassermischungen. Vorfiltration bei ümkehrosmoseanlagen, Sterilfiltration von Wein und anderen Getränken, Mikrofiltration. Filtration von Blut, Anreicherung von Blut mit Sauerstoff, Separierung von Milchinhaltsstoffen, ZeIlseparierung. Die Auswahl der notwendigen Membranen richtet ^w sich nach den vorgenannten Einsatzzwecken.

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Claims

Ansprüche:

1. Aus geschichteten Zuschnitten eines flachen, selektiv permeablen Trennmediums und flächigen Abstandshaltern mit Drainagewirkung gebildetes stapeiförmiges Trennelement für Fluide, mit rechtwinklig zu den Stapel- und den Schichtungsebenen angeordneten schachtartigen, fluchtenden Durchbrechungen, die zur getrennten Strömungsführung der " Fluide teilweise und die Außenränder der Abstandshalter von Dichtungen eingefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (6,7) durch ein Gitterwerk (5) aus im wesentlichen inkompressiblen Drähten und die Dichtungen (3,4) aus einer die Freiräume des Gitter-" Werkes (5) in den abzudichtenden Regionen ausfüllenden, dauerelastischen Dichtungsmasse bestehen, wobei letztere mindestens einseitig und mindestens im Bereich der abzudichtenden Durchbrechungen .£1,3;|.»2,;5') des Gitterwerkes (5) flächig über die Ebene (El) des jeweiligen Inkompressiblen Gitterwerkes (5) derart" übersteht, daß nur die Stärke. der Überstandsschicht die.'Gesamtkompressibilität der Dichtung (3,4) bestimmt.

2. Trennelement aus einem membranartigen mikroporösen Flachfilterzuschnitt, dessen Ränder zur Bildung einer selektiv _____ permeablen Scheidewand für zwei Fluide zwischen Gehäuseteilen eines umgebenden Gehäuses oder zwischen Gehäusehilfstellen dichtend elnklemmbar sind, dadurch gekennzeichnet , daß der mikroporöse Flachfilterzuschnitt (M) zumindest einseitig mit einem mit der Membranstruktur dauerhaft integrierten Stützvlies (V) mit Drainagewirkung beschichtet ist, und die drainlerende Vllesstruktur im. Bereich der durch Klemmwirkung abzudichtenden Regionen thermisch und/oder chemisch zur Übernahme, der Dichtfunktion zu einer Dichtstruktur (20) komprimiert ist.

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3. Stapeiförmiges Trennelement für Fluide mit folgenden Merkmalen:

a. membranartige Zuschnitte eines flachen, selektiv permeablen Trennmediums (MV) sind abwechselnd mit annähernd kongruenten Zuschnitten eines flachen Gitterwerkes (5) mit Drainagewirkung aus im wesentlichen inkompressiblen Drähten aufeinandergeschichtet,

b. der Stapel wird von mehreren im Abstand auselnanderliegenden, quer zu den Schichtungsebenen verlaufenden Verteilerschächten für die Fluide (Fl,Fl¹,F2> durchsetzt, die von fluchtenden Durchbrechungen des Trennmediums (MV) und denen des Gitterwerkes (5) gebildet sind, -,. .

c. die Verteilerschächte bilden Teilabschnitte von Fluidleitungen und sind an Leitungen (12,14,19) und Anschlüsse zweier den- Stapel parallel zur Schichtung zusammenpressenden Gehäuseplatten (8,9) anschließbar," d.dle einzelnen Zuschnitte des Gitterwerkes (5) als Abstandshalter mit Drainagewirkung sind im Randbereich der Verteilerschächte (1,I¹,2) alternierend von Lage zu Lage derart mit Dichtungen (3,4) eingefaßt, daß innerhalb des Stapels das zu behandelnde Fluid bzw. die zu behandelnden Fluide (F1,F1',P2) in zwei getrennten Strö-■ mungswegen geführt und der Stoffaustausch nur durch

-_ZuschnItte"lies "Trennmediüms " (MV)""erf οIgt," ~~

dadurch gekennzeichnet, daß

e. die Dichtungen·(3,4) durch ein die Freiräume des tJitterwerkes (5) in den abzudichtenden Regionen ausfüllende dauerelastische Dichtungsmasse gebildet sind und . ,^

f. das Trennmedium (MV) durch eine mikroporöse Membran (M) mit integriertem Stützvlies (V) gebildet ist, dessen drainierende Vliesstruktur im Bereich der abzudichtenden Regionen thermisch und/oder chemisch zur Übernahme einer Dichtfunktion zu einer Dichtstruktur (20) komprimiert ist.

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4. Trenneleraent nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützvlies aus einem Kunststoffvlies wie Polypropylenvlies gebildet ist.

5· Trennelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmedium (MV) durch eine Ultrafiltrationsmembran (M) mit einem cut off von^> 5000 Daltons gebildet ist, deren Membranstruktur der Trübseite und wobei das integrierte Stützvlies (V) der PiIträtselte zugewandt ist und eine Schichtstärke von ^. 300 um aufweist.

6. Trennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (1,1·,2) des Gitterwerkes (5) bedarfsweise von dünnen Schutzringscheiben (17) abgedeckt sind, welche mit ihrem Innendurchmesser mit dem der Durchbrechungen (1,1*,2) übereinstimmen und mit ihrem Außendurchmesser etwas größ'er bemessen sind als die den Durchbrechungen (1,1',2) zugeordneten Dichtungsabschnitte und die Schutzringscheibe (17) die Stoßstelle zwischen Dichtung (3j4) und drainierender Gitterstruktur (5) überdeckt .

7· Trennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dichtung (3,4) bildenden oder aufnehmenden Bereiche der Abstandshalter (27) von einer dünnen rahmen-' artigen Schutzmäske (18) abdeckt sind, welche die Durch—— brechungen (l,l'-,2) der Dicht ungs ab schnitte freiläßt und die Stoßstellen zwischen Dichtung (3,4) und drainierendem Gitterwerk (5) überbrückt.
- .

8. Aus geschichteten Zuschnitten (M,26,27) eines flachen, selektiv permeablen Trennmediums (M) und flächigen Abstandshaltern (26,27) mit Drainagewirkung gebildetes stapeiförmiges Trennelement für Fluide, mit rechtwinklig zur Stapel- und den Schichtungsebenen angeordneten schacht-

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artigen, fluchtenden Durchbrechungen (1,2,I¹,2',5·,5''), die zur getrennten Strömungsführung der Fluide teilweise von Dichtungen (3,4) eingefaßt und die Außenränder der Abstandshalter (26,27) umlaufend von Dichtungen (4) eingefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (26,27) durch ein Gitterwerk (5) aus im wesentlichen lnkompressiblen Drähten und die einem Teil der Durchbrechungen (5'¹) zugeordneten Dichtungen (16) aus dauerelastischen Plachringdichtungen gebildet sind, die die zugeordneten, größer gehaltenen Durchbrechungen (5^!l) der Abstandshalter (26,27) durchsetzen und beidseitig flächig über deren beiden Ebenen (El) überstehen und die Uberstandsschicht der Dichtungsringscheibe (16) die Gesamtkompressibilität derselben bestimmt und daß eine der Stärke des Trennmediums. (M20) angepaßte weitere Ringscheibe (17) als dünne Schutzringscheibe aus im wesentlichen inkompressiblen Material vorgesehen ist, welche mit ihrer Ringfläche die Stoßstelle der Abstandshalterdurchbrechungen (5¹¹) und der zugeordneten Dichtungsringscheibe (16) überbrückt und jeweils als Schutzschicht zwischen diesen Abstandshalterdurchbrechungen (5¹¹) und dem Trennmedium (M20) angeordnet sind, und die ümfangsränder und Umfangsseiten des gesamten Stapels vorzugsweise nach außen hin durch ein kompressibles dichtungsmaterial (4·) abgedichtet und durch dieses zu einem kassettenförmigen Trennmodul dauerhaft verbunden sind.

9. Trennelement nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, ' daß die Deckzuschnitte eines Trennmoduls jeweils durch einen Gitterwerkzuschnitt (5) mit Dichtungen (3,4) gebildet sind und diese Deckzuschnitte durch eine fluiddichte Folie abgedeckt sind, wobei deren Ränder in die Außendichtung einbezogen sind und ein den Deckzu- . — schnitten entsprechendes Lochbild aufweisen. ^. .-·

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10. Trennelement nach· Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen einem. Trennmodul und den Gehäuseplatten (8,9) bzw. zwischen Trennmodulen untereinander durch eine Maskendichtung (50) (Fig. 7) gebildet 1st, und diese - aus einem Gitterwerk (5) aus im wesentlichen inkompressiblen Drähten und einer die Freiräume des Gitterwerks (5) ausfüllenden dauerelastischen Dichtungsmasse (4) besteht, wobei letztere beidseitig flächig über die Ebene des inkompressiblen Stützgerüstes (5) derart übersteht, daß nur die Stärke der Oberstandsschicht die Kompressibilität der Dichtung bestimmt.

11. Trennelement nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitterwerk (5) aus monofilen Kunststoffdrähten besteht und als Gewebe ausgebildet ist.

12. Trennelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinandergestapelte Lagen eines Gitterwerkes (5) die Stützstruktur der Dichtung bilden.

13·· Trennelement nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das dauerelastische Dichtungsmaterial (3,4) aus Silikon oder Polyurethan besteht und etwa 50 μπι über die Ebene (El) des Gitterwerkes (5) übersteht.

14. Trennelement nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzringscheibe (17) bzw. Schutzmaske (18) aus Polyester besteht und ihre Stärke 40 bis 60 um beträgt.

15·. Trennelement nach Anspruch 2,3,4 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen .(1,I¹,2,2',5',5'') im Rand bereich der Zuschnitte (M,M20,6,7,26,27) angeordnet sind und die Schutzringscheiben (17) mit ihrem zum Zuschnittrand weisenden Bereich in der Dichtungsmasse (4,4') der Außenranddichtung eingebettet und gehalten sind.. · , .......

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l6. Trennelement nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschnitte (M,6,7) Im Grundriß die Form eines Doppeltrapezes (Sechseck) aufweisen, deren Grundselten aneinanderstoßen und In ihrer gemeinsamen Grundlinie mehrere Durchbrechungen (1) für das zu behandelnde Fluid (Fl) und an ihren gegenüberliegenden schmalen Seiten wechselweise nebeneinanderliegende Durchbrechungen (l',2) für das Retentat (Fl') und das Permeat (F2) aufweisen (Fig.l bis Fig.5)·

17· Trennelement nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (1,1·,2,5'·5'') und die Ringscheiben (16,17) kreisrund ausgebildet sind.

18. Trennelement nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (1,1',2) längliche Schlitze bilden, die quer zur jeweiligen Strömungsrichtung der zu führenden Fluide (F1,F1',F2) in den Ebenen der Zuschnitte (MV,30,3D angeordnet sind. . ■

19· Trennelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen eines rechteckigen oder des doppelttrapezförmigen Trennmoduls in mindestens fünf Leitungen (12, 14,19) der Endplatten (8,9) enden, wobei in der einen Endplatte (9) in dem Mittelbereich des Trennmoduls eine Zu-

.25 führerleitung _(l4)jüpjas zu behandelnde Fluid (Fl) mit

den zugeordneten Durchbrechungen (1) verbunden 1st, zwei Leitungen (12) die parallel ,zu diesen Durchbrechungen an den gegenüberliegenden Seiten angeordneten Durchbrechungen (I¹) für das Ret.entat (Fl¹) entsorgen und zwei Leitungen (19) in ■ 30 der anderen Endplatte (8) an den gegenüberliegenden selben Seiten angeordnet sind und die zugeordneten Durchbrechungen (2) für das Permeat (F2) entsorgen und wechselweise intermittierend (pulsartig) im Gegenstrom mit Per-· meat (F2) zum Abbau eines sich bildenden Filterbelages,

versorgen. *-" ; ■ ■ ^:

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20. Trennelement nach Anspruch 1 bis 19»dadurch gekennzeichnet, daß bei Im wesentlichen rechteckigen oder trapezförmigen Zuschnitten (6,7,M) die Durchbrechungen (1,1·,2) an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und an einer Seite die Durchbrechungen (1) für das zu behandelnde Fluid (Pl) und die gegenüberliegende Seite die Durchbrechungen (1,2) für das Retentat (Pl') und das Permeat (P2) abwechselnd aneinandergereiht sind (Pig. I; Pig.10,11).

21. Trennelement nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß dem überströmten Trennmedium (M20) stromaufwärts (trübseitig) eine als Vorfilter (Grobfilter) dienende Uberström- und Durchströmstrecke aus unbelegtem Gitterwerk (5) der geschichteten Gitterzuschnitte.(26,27) vorgelagert ist und das Trennmedium (M20) in diesem zur Ausströmseite der Trübe (Pl) weisenden Randbereiche zwischen einem Dichtungsstreifen (3^f) des Gitterwerkes (5) und einem Gitterwerk (5) ohne Dichtungsstreifen (3') gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Druckverteilungsstreifens (17') bzw. einer Schutzmaske (18) aus inkompressiblem Material eingeschlossen ist, wobei die vor- _ gelagerte Durchström- und überströmstrecke den gesamten Stapel erschließenden Verteilerraum (140) für das zu behandelnde Fluid (Trübe) (Pl) bildet (Pig. 1OA,10B).

22. Trennelement nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet y-

daß die dem Stapel.aus Zuschnitten durchsetzenden schachtartigen Durchlässe in den Ebenen der Abstandshalter (6,7,26,27) durch 'die verbliebene Gitterstruktur (5) vergittert sind.

23 Trennelement nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Stapel geschichteten Zuschnitte (6,M,7,26, M20,27,31,MV,32,MV) insgesamt mit ihren aufeinanderliegenden Außenrändern durch ein kompressibles Dichtungsmaterial (¹J') zu einer lcassettenförmigen Einheit verbunden sind.

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