DE3639932A1 - Membranmodul - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Membranmodul für eine Membran
trennanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Gattung. Als Membrantrennanlage kommt sowohl eine Mikro
oder Ultrafiltrationsanlage als auch eine Umkehrosmosean
lage in Betracht.
Die Druckrohre von Membranmoduln bestehen entweder aus
Metall oder aus Kunststoff, der gegebenenfalls eine Glas
faserverstärkung aufweisen kann. An den Enden der Druck
rohre müssen die Anschlüsse für die Rohwasserzufuhr einer
seits und für die Permeat- und Konzentrat- bzw. Restwasser
abfuhr andererseits angebracht werden. Dies erfolgt meist
mit Hilfe von Anschlußkörpern, die in das Rohrende einge
setzt werden und die Gewindebohrungen oder Leitungsdurch
führungen für den Anschluß von Flüssigkeitsleitungen sowie
Adapterstücke zur Verbindung mit dem innerhalb des Druck
rohrs angeordneten Membranelement aufweisen.
Bei Metallrohren besteht wegen der hohen Festigkeit kein
Problem, die Anschlußkörper mittels Flansch- oder Rastver
bindungen im Inneren des Rohrendes dicht anzuordnen. Dagegen
läßt die Korrosionsbeständigkeit von metallischen Druck
rohren vor allem bei salzhaltigen Wässern oft zu wünschen
übrig. Kunststoffrohre haben dagegen den Vorteil einer
guten Korrosionsbeständigkeit. Allerdings muß hierbei eine
geringere Festigkeit in Kauf genommen werden, die entweder
zu einer dickwandigen Bauweise oder zu Schwierigkeiten
bei der druckdichten Befestigung der Anschlußkörper an
den Rohrenden führt. Bei dickwandigen PVC oder GFK-Rohren
läßt sich eine ähnliche Verbindungstechnik wie bei den
Metallrohren verwenden. Die hohen Materialkosten zwingen
jedoch vor allem bei Großanlagen zu einer dünnwandigeren
Bauweise.
Hierfür bieten sich Rohre aus glasfaserverstärktem Kunst
stoff an, die beispielsweise durch Aufwickeln eines mit
einem aushärtenden Kunstharz getränkten Glasfaserstrangs
auf einem Wickeldorn hergestellt werden. Je nach Anzahl
der Glasfaserlagen kann ein solches Rohr mehr oder weniger
dickwandig ausgebildet und somit den Anforderungen an die
Druckbeständigkeit angepaßt werden. Die bei Metallrohren
übliche Verbindungtechnik kann bei diesen dünnwandigen
GFK-Rohren nicht mehr ohne weiteres verwendet werden, da
damit keine ausreichende Abdichtung im Bereich des Anschluß
körpers erzielt werden kann. Es werden dort vielmehr Ver
stärkungsmanschetten eingesetzt, die beispielsweise mit
Hilfe einer Gewinde- oder Klauenkupplung an der Außenseite
des Rohrendes im Bereich des Anschlußkörpers befestigt
werden. Die Verstärkungsmanschette hat dabei die Aufgabe,
das Druckrohr im Anschlußbereich so in seinem Durchmesser
zu fixieren, daß Dichtheit gewährleistet ist. Zur Befesti
gung der Manschette muß auf das GFK-Druckrohr ein Gegen
stück aufgebracht werden, beispielsweise ein Gewindering
bei einer Schraubverbindung oder ein Klauenring bei einer
Klauenkupplung. Zum Aufbringen der Gegenstücke beispiels
weise im Klebeverfahren muß das vorgefertigte GFK-Rohr
an der Oberfläche mechanisch vorbereitet, d.h. insbesondere
zur Herstellung der Paßgenauigkeit abgeschliffen und aufge
rauht werden. Dieser Herstellungprozeß bedarf mehrerer
Fertigungsstufen und ist daher relativ aufwendig und teuer.
Da im Verbindungsbereich Material abgetragen werden muß,
ist das gesamte Druckrohr überzudimensionieren, also mit
einer größeren Wandstärke zu versehen, als dies für die
jeweilige Druckstufe an sich notwendig wäre. Dies hat
wiederum erhöhte Materialkosten zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das Membranmodul
der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern,
daß trotz Verwendung eines relativ dünnwandigen Druckrohrs
aus vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff die Mög
lichkeit einer unmittelbaren druckdichten Anbringung der
Anschlußkörper ohne Zuhilfenahme von Manschetten und der
gleichen Hilfsmittel besteht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1
angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vor
teilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde,
daß eine zuverlässige Verbindung des Anschlußkörpers zu
mindest an den Enden des Druckrohrs ein formstabiles Teil
erfordert, welches die für die Befestigung erforderlichen
Vorkehrungen, wie Innengewinde oder Rastnuten bereits ent
hält. Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck ein ring
förmiges Einlegeteil im Zuge der Herstellung des Druckrohrs
in die Druckrohrenden formschlüssig integriert.
Gemäß der Erfindung wird demgemäß vorgeschlagen, daß auf
der Innenseite der Druckrohrenden je ein ringförmiges Ein
legeteil zur druckdichten Aufnahme des Anschlußkörpers
angeordnet ist, das an seiner Außenfläche von der Kunst
stoffhülle des Druckrohrs übergriffen und flächig mit die
ser verbunden ist. Das Einlegeteil kann dabei beispielsweise
als Präzisionsdrehteil aus Kunststoff oder Metall oder
als Spritzgußteil ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht
die Kunststoffhülle des Druckrohrs aus mit einem ausgehär
teten Kunstharz getränkten Glasfasersträngen oder -bändern,
die spiralig und mehrlagig zu einem Zylinder gewickelt
sind und die Einlegeteile an den Druckrohrenden unter Bil
dung einer ringförmigen Verdickung umschließen.
Zur Herstellung dieser Druckrohre werden die vorgeformten
ringförmigen Einlegeteile zweckmäßig auf einen Wickeldorn
aufgeschoben und dort in einem etwa der Länge des herzu
stellenden Druckrohrs entsprechenden Abstand voneinander
fixiert. Anschließend wird der Glasfaserstrang beziehungs
weise das Glasfaserband im Zuge des Aufwickelns auf den
Wickeldorn auch auf die Außenfläche der Einlegeteile unter
Bildung einer flächigen formschlüssigen Verbindung aufge
wickelt. Um eine erhöhte Haftung zu erzielen, kann auf
die vorzugsweise aufgerauhte oder mit Verankerungsrippen
oder -noppen versehene Außenfläche der Einlegeteile vor
dem Aufwickeln des Glasfaserstrangs ein Haftvermittler
aufgetragen werden.
Das erfindungsgemäße Druckrohrsystem kann bei der Umkehr
osmose, Nanofiltration, Ultrafiltration und Microfiltration
Verwendung finden. Es eignet sich für den Einbau der han
delsüblichen Wickelelemente mit unterschiedlichen Längen
und Durchmessern und läßt unterschiedliche Befestigungs
möglichkeiten für die Anschlußkörper zu. Auch eine seit
liche Anordnung der hochdruckseitigen Anschlüsse für die
Einspeisewasser-Zufuhr und die Restwasser- bzw. Konzentrat-
Abfuhr kann vorgesehen werden. Die Druckrohre sind korro
sionsbeständig und materialsparend und können kostengünstig
hergestellt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele des Ver
schluß und Anschlußendes eines Membranmoduls in axial ge
schnittener Darstellung.
Die in der Zeichnung ausschnittsweise dargestellten Membran
module sind für den Einsatz in Membrantrennanlagen für
die Wasseraufbereitung bestimmt.
Das Membranmodul besteht im wesentlichen aus einem zylindri
schen Druckrohr 10 einem innerhalb des Druckrohrs 10 an
geordneten Wickelmembranelement 12 und je einem in die
offenen Enden des Druckrohrs 10 druckdicht einsetzbaren
Anschlußkörper 14. Das Druckrohr 10 enthält eine dünnwandige
Hülle 16 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, deren Enden
durch ein Einlegeteil 18 verstärkt sind. Das Einlegeteil
18 ist zweckmäßig ein Präzisionsdrehteil aus Kunststoff
oder Metall, das alle Vorkehrungen, wie Innengewinde oder
Innennuten für eine zuverlässige Verbindung mit dem An
schlußkörper (14) aufweist. Zwischen der Außenfläche des
Einlegeteils 18 und der Innenfläche der Kunststoffhülle
16 besteht eine großflächige formschlüssige Haftverbindung,
die beispielsweise durch eine Oberflächenaufrauhung oder
durch Oberflächenrippen 17 oder -noppen am Einlegeteil
verbessert werden kann.
Zur Herstellung des Druckrohrs 10 werden die beiden Einle
geteile 18 zunächst auf einen nicht dargestellten zylindri
schen Wickeldorn aufgeschoben und an diesem in einem der
Länge des Druckrohrs 10 entsprechenden Abstand voneinander
drehfest fixiert. Der Dorndurchmesser entspricht dabei
der lichten Weite des herzustellenden Druckrohrs 10. Auf
den in Drehung versetzten Wickeldorn wird sodann ein mit
einem aushärtbaren Kunstharz getränkter Glasfaserstrang
in einer dichtliegenden Spirale mehrlagig aufgewickelt,
so daß sich eine geschlossene Hülle 16 bildet. Der Glas
faserstrang wird dabei auch auf die mit dem Wickeldorn
mitgedrehten Einlegeteile 18 aufgewickelt, so daß sich
eine formschlüssige und haftende Flächenverbindung zwischen
Hülle 16 und Einlegeteilen 18 ergibt. Um die Haftwirkung
zu erhöhen, kann auf die Außenfläche der Einlegeteile vor
dem Aufwickeln des Glasfaserstrangs zusätzlich ein chemi
scher Haftvermittler aufgetragen werden. Auf diese Weise
entsteht allmählich ein aus mehreren Glasfaserlagen be
stehendes Rohr 10, das nach dem Aushärten des Kunstharzes
zusammen mit den nunmehr integrierten Einlegeteilen 18
vom Dorn abgezogen werden kann. Je nach Bedarf können ohne
Änderung des Herstellungsverfahrens oder der zu verwendenden
Werkzeuge unterschiedlich gestaltete Einlegeteile 18 in
den Druckrohrenden integriert werden (Fig. 1 bis 4).
Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen
handelt es sich um relativ langgestreckte Einlegeteile
18 mit Innengewinde 20, die zur Aufnahme von mit einem
entsprechenden Außengewinde 22 versehenen Anschlußkörpern
14 bestimmt sind. Dagegen sind die Druckrohre nach den
Fig. 3 und 4 mit relativ kurzen, an der Außenfläche konvex
gekrümmten Einlegeteilen 18 ausgestattet, die eine Innennut
24 zur Aufnahme eines Sprengrings 26 für die formschlüssige
Halterung des Anschlußkörpers 14 im Druckrohrende aufweisen.
Um auf der Innenfläche 28 des Druckrohrs 10 einen glatten
Übergang zwischen Einlegeteil 18 und Kunststoffhülle 16
zu gewährleisten, haben die Einlegeteile 18 bei allen Aus
führungsbeispielen ein spitz zulaufendes rückwärtiges Ende
30, das an der Außenfläche der Einlegeteile über einen
konkav gekrümmten Bereich 32 in einen größeren konvexen
Abschnitt 34 übergeht.
Die Abdichtung des Anschlußkörpers 14 gegenüber dem Druck
rohr 10 erfolgt beispielsweise mittels axial (Fig. 2) oder
radial (Fig. 3) wirkender Dichtungsringe 36, 38.
Im Fall der Fig. 2 3 und 4 sind die Anschlußkörper mit
einer (Fig. 3) oder mit zwei (Fig. 2 und 4) Bohrungen 40,
42, 44 bzw. Leitungsdurchführungen für den Anschluß von
Flüssigkeitsleitungen ausgestattet. Bei dem Ausführungs
beispiel nach Fig. 1 ist die Bohrung 40′ für den Leitungs
anschluß radial durch das Einlegeteil 18 und die Kunststoff
hülle 16 hindurchgeführt, während der Anschlußkörper 14
als solcher keine Bohrung oder Durchführung aufweist.
In den Fig. 1 und 3 ist das Eintrittsende eines Membran
moduls mit nur einem Anschluß 40, 40′ für die Rohwasserzu
fuhr dargestellt, während in den Fig. 2 und 4 das austritts
seitige Ende des Membranmoduls mit einem zentralen Permeat
anschluß 44 und einem exzentrischen Konzentratanschluß
42 gezeigt ist. Der Rohwasseranschluß 40, 40′ auf der einen
Seite und der Konzentratanschluß 42 auf der anderen Seite
steht mit je einer zwischen Anschlußkörper 18 und Membran
element 12 angeordneten Ringkammer 46 in Verbindung, während
der Permeatanschluß 44 auf der Austrittsseite über den
Stutzen 48 mit dem Permeatsammelrohr des Membranelements
in Verbindung steht.
Die beidseitig überstehenden Stutzen 48 des Permeatsammel
rohres werden von einem Adapterstück 50 druckdicht über
griffen, das bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ein
stückiger Bestandteil der Anschlußkörper 18 ist. Die Adap
terstücke 50 bilden somit eine stabile Halterung für das
Membranelement 12 und gewährleisten dessen zentrierte Aus
richtung innerhalb des Druckrohrs 10. Auf der Eintrittsseite
hat das Adapterstück 50 zusätzlich die Funktion einer Ver
schlußkappe für das beidseitig offene Permeatsammelrohr,
während auf der Austrittsseite das Adapterstück 50 eine
Verbindung zwischen Permeatsammelrohr und Permeatanschluß
44 herstellt.
Claims (19)
1. Membranmodul für eine Membrantrennanlage mit einem
aus vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff be
stehenden zylindrischen Druckrohr, mit einem innerhalb
des Druckrohrs angeordneten, einen Permeatkanal mit
axial überstehenden Rohrstutzen aufweisenden Membran
element, mit je einem in die offenen Enden des Druck
rohrs druckdicht einsetzbaren, gegebenenfalls minde
stens einen Durchbruch oder eine Leitungsdurchführung
für den Anschluß einer Flüssigkeitsleitung sowie ein
auf den benachbarten Rohrstutzen des Membranelements
druckdicht aufschiebbares Adapterstück aufweisenden
Anschlußkörper, und mit je einer im Inneren des Druck
rohrs zwischen Anschlußkörper und Membranelement ange
ordneten, von dem Adapterstück axial durchdrungenen,
als Verteiler- oder Sammlerraum für Rohflüssigkeit
bzw. Konzentrat ausgebildeten Ringkammer, dadurch ge
kennzeichnet, daß auf der Innenseite (28) der Druck
rohrenden je ein ringförmiges Einlegeteil (18) zur
druckdichten Aufnahme des Anschlußkörpers (14) ange
ordnet ist, das an seiner Außenfläche von der Kunst
stoffhülle (16) des Druckrohrs (10) übergriffen und
flächig mit dieser verbunden ist.
2. Membranmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das ringförmige Einlegeteil (18) eine dem Druckrohr
(10) entsprechende lichte Weite aufweist.
3. Membranmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Einlegeteil (18) als Präzisionsdreh
teil aus Kunststoff oder Metall ausgebildet ist.
4. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) an seiner
Außenfläche aufgerauht oder mit Verankerungsrippen
(17) oder -noppen versehen ist.
5. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) eine in axialer
Richtung konvexe Außenfläche (34) aufweist.
6. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) an seinem
nach dem Druckrohrinneren weisenden Ende (30) eine
spitz zulaufende, zumindest abschnittsweise konkav
gekrümmte Außenfläche (32) aufweist.
7. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anschlußkörper (14) form
schlüssig mit dem Einlegeteil (18) verbindbar ist.
8. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß in das Einlegeteil (18) ein Innen
gewinde (20) zur Aufnahme des mit einem entsprechenden
Außengewinde (22) versehenen Anschlußkörpers (14) ein
geformt ist.
9. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß in das Einlegeteil (18) mindestens
eine Ringnut (24) oder Ringrippe zur formschlüssigen
Verankerung des Anschlußkörpers (14), beispielsweise
mit Hilfe eines Sprengrings (26), eingeformt ist.
10. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Innenfläche des Einlegeteils
(18) und/oder der Außenfläche des Anschlußkörpers
(14) eine Umfangsnut zur Aufnahme eines Dichtungsrings
(38) angeordnet ist.
11. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anschlußkörper (14) einen an
einer freien Stirnfläche des Einlegeteils (18) vorzugs
weise unter Zwischenklemmen eines Dichtungsrings (36)
druckdicht anpreßbaren Flansch aufweist.
12. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (18) mindestens
eine zur Ringkammer (46) führende Radialbohrung (40′)
für den Anschluß einer Flüssigkeitsleitung aufweist,
und daß die Kunststoffhülle im Überlappungsbereich
mit der Radialbohrung (40′) radial durchbrochen ist.
13. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Druckrohr neben dem Ein
legeteil ein als radiales Anschlußstück für eine
Flüssigkeitsleitung ausgebildetes, mit einer ent
sprechenden Bohrung versehenes Kunststoff- oder Metall
teil eingebettet ist.
14. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Adapterstück (50) einstückig
mit dem Anschlußkörper (14) verbunden ist.
15. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckrohrenden im Bereich der
Einlegeteile (18) eine ringförmige Verdickung aufweisen.
16. Membranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kunststoffhülle (16) des Druck
rohrs (10) aus mit einem ausgehärteten Kunstharz ge
tränkten Glasfasersträngen oder -bändern besteht, die
spiralig und mehrlagig zu einem Zylinder gewickelt
sind und die Einlegeteile (18) an den Druckrohrenden
unter Bildung einer ringförmigen Verdickung umschließen.
17. Verfahren zur Herstellung eines Druckrohrs für ein
Membranmodul, bei welchem mindestens ein mit einem
aushärtenden Kunststoff oder Kunstharz getränkter Glas
faserstrang oder ein entsprechendes Glasfaserband auf
einen die lichte Weite des Druckrohrs definierenden
zylindrischen Wickeldorn spiralig aufgewickelt und
das Druckrohr nach dem Aushärten des Kunstharzes vom
Wickeldorn abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß auf den Wickeldorn vorgeformte ringförmige Einlege
teile aufgeschoben und dort in einem etwa der Länge
des herzustellenden Druckrohrs entsprechenden Abstand
voneinander fixiert werden, und daß der Glasfaserstrang
bzw. das Glasfaserband im Zuge des Aufwickelns auf
den Wickeldorn auch auf die Außenflächen der Einle
geteile unter Bildung einer flächigen formschlüssigen
Verbindung aufgewickelt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet
daß auf die vorzugsweise aufgerauhte oder mit Veranke
rungsrippen oder -noppen versehene Außenfläche der
Einlegeteile vor dem Aufwickeln des Glasfaserstrangs
ein Haftvermittler aufgetragen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Wickeldorn beim Wickelvorgang unter
Mitnahme der Einlegeteile um seine Längsachse gedreht
wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CILLIT WASSERTECHNIK GMBH & CO, 7100 HEILBRONN, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |