DE3736225A1 - Kammer- und membranfilterplatte sowie verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kammer- oder Membranfilter­ platte aus Kunststoff, bestehend aus einem dickwandigen Rand und einem dünneren mittleren Bereich, sowie ein Verfahren zur Herstellung von als Kammer- und Membranfil­ terplatten dienenden Fertigformteiles aus Kunststoff mit Bereichen unterschiedlich starken Querschnitts, und zwar einem Rand, der erheblich stärker als der mittlere Bereich der Platte ist, bei dem man in eine aus Ober- und Unterteil bestehende Form zumindest ein vorgefer­ tigtes festes Teil aus Kunststoff einlegt, sodann weiteres Kunststoffmaterial in die Form einfüllt und an­ schließend unter Wärmezufuhr preßt, bevor man die Form abkühlt und das Fertigformteil aus der Form herausnimmt.

Diese Form der Kammer- und Membranfilterplatten ist notwendige Voraussetzung für deren Einsatz in Filter­ pressen, da die Filterkammern durch Rezesse in den ein­ zelnen Platten gebildet werden, wenn diese aufgereiht mit dem Rand aneinander anliegend in eine Filterpresse eingespannt sind. Der erheblich dickere Rand dieser Platten dient dabei als Dichtfläche gegen den Aus­ tritt von in die Filterkammern eingepreßter zu fil­ trierender Suspension.

Die Herstellung derartig geformter Platten aus Kunst­ stoff bereitet erhebliche Schwierigkeiten, weil durch die unterschiedliche Materialstärke dieser Platten beim Abkühlen in der Form nach der Herstellung aus ge­ schmolzenem Kunststoff die Bildung von Lunkern, Ein­ fallsstellen in der Oberfläche und Spannungen, die sogar bis zu Rißbildungen führen können, auftreten. Daher muß die Abkühlung der Form sehr langsam und vorsichtig unter stehenbleibendem Preßdruck vorge­ nommen werden. Es gehört viel Erfahrung und techni­ sches know how dazu, Fertigformteile aus Kunststoff dieser Art einwandfrei herzustellen. Lange Versuchs­ reihen, bei denen zuerst viel Ausschußware hergestellt wird, gehören zur Herstellung eines bestimmten Modells. Für jedes andere Modell einer solchen Platte gehören vor einer einwandfreien Herstellungsmöglichkeit ent­ sprechend Versuchsreihen. Das macht die Herstellung derartiger Kammer- und Membranfilterplatten aufwendig und teuer.

Um bei derartigen Fertigformlingen mit unterschiedlichen Querschnitten ein homogenes Materialgefüge ohne Lunker­ bildung zu erzielen, ist in der DE-PS 31 38 858 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Vorformling in Form einer beidseitig ebenen Platte in die geöffnete Form eingelegt wird, die Form dann geschlossen wird und der Vorformling unter Wärme und Druck zum Fließen gebracht wird, wobei in einer ersten Phase der Vorformling mit geringem Druck beaufschlagt wird, um diesen Vorformling beidseitig durch die erhitzte Form zu schmelzen, und dann in einer zweiten Phase in zeitlicher Anpassung an den Oberflächenschmelzvorgang des Vorformlings der Abstand zwischen Ober- und Unterteil der Preßform durch Druck­ steigerung zunehmend vermindert wird. Das von beiden Oberflächen des plattenförmigen Vorformlings geschmol­ zene Material wird durch den Druck der Preßform in den Randbereich gedrängt und füllt schließlich den gesamten Rand aus. Auch diese Art der Herstellung erfordert einen hohen Aufwand an Zeit und technischer Erfahrung und schließt dabei die Bildung von Lunkern, eingefallenen Stellen in der Oberfläche des Fertigformlings sowie sich bildende Spannungen, die zur Rißbildungen führen können, nicht aus.

Dem gleichen Ziel der Bildung von Fertigformlingen mit homogenem Materialgefüge ohne Lunkerbildung dient das Verfahren der DE-PS 31 38 857: Bei diesem Verfahren wer­ den in die Form vorgefertigte Teilformlinge eingelegt, nämlich ein den fertigen Rand bildender Rahmen sowie Stütznocken. Sodann werden die übrigen in der Form ver­ bleibenden Hohlräume mit Kunststoffgranulat gefüllt und dann mit dem vorgefertigten, den Rand bildenden Rahmen und den Stütznocken unter Beheizung der Form verpreßt. Während des Heiz- und Preßvorganges wird über den ge­ samten Fertigformling eine einheitlich dicke Zone aufge­ schmolzen, und zwar sowohl an den Außenflächen des den Rand bildenden Rahmens als auch in dem aus zusammenge­ preßtem Material bestehenden mittleren Teil. Man erhoff­ te sich mit diesem Verfahren, daß während der Abkühlung der Fertigformling überall um den gleichen Betrag schrumpft. Mit diesem Verfahren konnten jedoch bisher keine als Kammer- und Membranfilterplatten brauchbaren Fertigformlinge hergestellt werden. Spannungen und Brüche traten insbesondere am Übergang vom mittleren Bereich in den Randbereich auf. Dieses ist auch bei den sehr lang dauernden herkömmlichen Herstellungsverfahren immer ein gefährdeter Bereich gewesen. Bei nach diesem Verfahren hergestellten Fertigformlingen erwies sich jedoch dieser Übergangsbereich als besonders kritisch. Das liegt daran, daß das Kunststoffmaterial gerade in diesem Bereich durch die von der Form her in den Kunst­ stoff eingebrachte Wärme besonders schlecht aufgeschmol­ zen wird. Dabei erfordert auch dieses Herstellungsver­ fahren einen hohen Aufwand an Herstellungszeit.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfach und schnell her­ stellbare Kammer- und Membranfilterplatte zu schaffen, die lunker- und spannungsfrei ist und insbesondere im Übergangsbereich von dem mittleren dünnen Bereich der Platte in den starkwandigen Rand keinerlei Proble­ me bereitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß als vorgefertigtes Teil ein ringförmiger fester Kern ver­ wendet wird, der so eingelegt wird, daß er von allen Innenwandungen der Form im niedergepreßten Zustand gleichen Abstand aufweist und daß das weitere Kunststoff­ material als Schmelze in die Form eingefüllt wird.

Bei diesem Herstellungsverfahren wird das als Schmelze in die Form eingefüllte Kunststoffmaterial beim Zu­ sammendrücken der Formhälfte aus dem mittleren Bereich in den Randbereich getrieben, wo es den Kern von allen Seiten, im Querschnitt ringförmig, umgibt.

Dadurch entsteht eine Kammer- oder Membranfilterplatte, die sich dadurch auszeichnet, daß der Rand aus einem Kern besteht, der allseitig von dem Material des mitt­ leren Bereiches umgeben ist, wobei dieses den Kern um­ gebende Material etwa die Hälfte der Stärke des Mate­ rials im mittleren Bereich aufweist.

Dadurch entsteht ein Fertigformling, der in der Form schnell abgekühlt werden kann und dabei völlig gleich­ mäßig schwindet, weil das abzukühlende Material über­ all die gleiche Materialstärke (gesehen von der ab­ kühlenden Wandung) aufweist. Dadurch, daß das als Schmelze eingefüllte Material von der Mitte der Plat­ te aus in die Randbereiche um den Kern herumgedrückt wird, ist das Material völlig homogen insbesondere im Übergangsbereich vom dünnen mittleren Teil in den dicken Randbereich. Spannungen, Lunkerbildungen, die Bildung von eingefallenen Oberflächen und sonstige Ungleichmäßigkeiten, die beim Stand der Technik immer wieder vorkommen, können hier nicht auftreten. Die Ab­ kühlung ist hier sehr schnell durchführbar, sie erfor­ dert etwa nur die Hälfte der Zeit, die für Verfahren nach dem Stand der Technik benötigt wird. Dadurch werden die teueren Formen und Pressen erheblich besser ausgenutzt.

Stellt man sich einen Querschnitt durch die Kammer- oder Membranfilterplatte nach der Erfindung durch Zer­ sägen einer solchen Platte her, so kann man erkennen, daß im Querschnitt Fließlinien vorhanden sind, die sich vom mittleren Bereich um den Kern herum erstrec­ ken. Sie zeigen, wie homogen hier das Material insbe­ sondere in dem Übergangsbereich vom dünnen Teil der Platte in den dicken Teil der Platte ist. Das erklärt die hohe Belastbarkeit und Haltbarkeit dieser in dieser Weise hergestellten Platten.

Für das Herstellungsverfahren kann es vorteilhaft sein, wenn der Kern vor dem Einfüllen des weiteren Kunststoff­ materials an seiner Oberfläche bis zur Schmelztemperatur erhitzt wird. Diese Erhitzung kann z. B. durch Strahlung sehr schnell erfolgen, es ist nicht notwendig, daß das Kunststoffmaterial des Kernes bis in tiefere Bereiche Schmelztemperaturen aufweisen. Es ist vielmehr vorteil­ haft, wenn nur die Oberfläche des Kernes bis zu Schmelz­ temperaturen erhitzt ist.

Zweckmäßigerweise erfolgt diese Erhitzung vor dem Ein­ legen des Kernes in die Form.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn der Abstand der auf Schmelztemperatur vorerhitzten Teile des Kernes von allen Innenwandungen der Form im niedergepreßten Zustand einen Abstand von der Hälfte der Stärke des mittleren Bereiches aufweist.

Ist der Kern nicht oder nur in einer geringfügigen Tiefe vorerhitzt, so ist es zweckmäßig, wenn der Abstand der Außenfläche des Kernes von allen Innenwandungen der Form im niedergepreßten Zustand einen Abstand von der Hälfte der Stärke des mittleren Bereiches aufweist.

Für das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es we­ sentlich, daß nur die Oberfläche des Kernes auf Schmelz­ temperatur gebracht ist, das Innere des Kernes soll möglichst Raumtemperatur aufweisen.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des Fertigformteiles,

Fig. 2 einen Querschnitt des Fertigformteiles,

Fig. 3 eine Ansicht des Kernes,

Fig. 4 eine Ansicht der Presse mit geöffneter Form im Schnitt,

Fig. 5 eine Ansicht der Presse mit geschlossener Form im Schnitt,

Fig. 6 eine Ansicht eines einstückig hergestellten Kernes, von dem aus sich Teile bis in den Spiegel erstrecken,

Fig. 7 einen Querschnitt durch den Kern der Fig. 6,

Fig. 8 eine Bewehrung, die bei der Herstellung des Kernes in die Form eingelegt wird,

Fig. 9 einen Querschnitt durch diese Bewehrung,

Fig. 10 eine Ansicht einer Bewehrung, die neben dem Kern in die Form eingelegt wird,

Fig. 11 einen Querschnitt durch diese Bewehrung und durch den Kern.

Die Platte besteht aus einem mittleren Bereich 1, der relativ dünnwandig ist und Noppen 2 tragen kann. Um­ geben ist dieser mittlere Bereich 1 vom starkwandigen Rand 3, der über Schrägflächen 4 in den mittleren Be­ reich übergeht. Der gegenüber dem Rand tiefer liegende mittlere Bereich bildet zusammen mit den Schrägflächen 4 einen Rezeß, durch den bei in einer Filterpresse zu­ sammengestellten Platten dieser Art die Filterkammer ge­ bildet wird. Im Inneren des Randes 3 befindet sich ein Kern 5. Dieser Kern 5 ist in den äußeren Bereichen 6 des Randes 3 von demselben Kunststoffmaterial umgeben, wel­ ches den mittleren Bereich 1 bildet. Dieses Kunststoff­ material ist an Fließlinien 7 erkennbar, selbst dann, wenn der Kern 5 aus dem gleichen Material wie der mitt­ lere Bereich 1 und der äußere Bereich 6 gefertigt ist.

Die Herstellung dieses Fertigformteiles erfolgt in einer aus Unterteil 8 und Oberteil 9 bestehenden Form. Diese beiden Formteile sind in der Presse 10 angeord­ net. Die Presse 10 arbeitet hydraulisch. Der Preß­ stempel 11 trägt den Oberteil 9 der Form 8, 9 und preßt diesen herab.

Für die Herstellung wird in das Unterteil 8 der Form zuerst der Kern 5 eingelegt, sodann wird in die Mitte der Form die Kunststoffschmelze 12 eingefüllt, die die Konsistenz eines gut fließfähigen Breies aufweist, der, zu einem Haufen aufgeschüttet, nach den Seiten hin weg­ fließt. Sobald dieser Haufen von Kunststoffschmelze 12 in den Unterteil der Form eingefüllt ist, wird der Preßstempel 12 mit dem Oberteil 9 der Form nach unten ge­ fahren. Dabei drückt das Oberteil 9 der Form den Haufen der Kunststoffschmelze 12 zu den Seiten weg, so daß die Kunststoffschmelze 12 in die Randbereiche 13 der Form hineinfließt und dabei den Kern 5 völlig umgibt. Die vorgeheizte Form wird nach Ausführung dieses Preßvor­ ganges kurzzeitig weitergeheizt, dann wird unter Fort­ bestehen des Pressens die gesamte Form mit hoher Kühl­ geschwindigkeit gekühlt. Ist auf diese Weise der in der geschlossenen unter Preßdruck liegenden Form befind­ liche Preßling, das Fertigformteil, ausreichend kalt geworden, so wird die Form geöffnet, das Fertigform­ teil herausgenommen und die Form für den nächsten Formvorgang wieder geheizt.

Der Kern kann auch so gestaltet werden, wie es in Fig. 6 und 7 gezeigt ist: Von dem einen Ring bilden­ den starkwandigen Kernteil 5 A erstrecken sich dünnwan­ dige Teile 58 in den Innenraum des Kernringes 5 A. Die­ ser Innenraum des Kernringes 5 A bildet später die als Spiegel bezeichnete Innenfläche, nämlich den mitt­ leren Bereich 1. Dieser mittlere Bereich 1 ist dann teilweise durch am Kernring 5 anhängende Teile 5 B verstärkt.

In den Fig. 8 und 9 ist eine Bewehrung dargestellt, die bei der Herstellung des Kernes in die Form einge­ legt werden kann. Diese besteht im gezeichneten Aus­ führungsbeispiel aus Stahlstäben, und zwar aus einem äußeren, zu einem Ring geschlossenen Randbewehrungs­ stab 15 und einem inneren Randbewehrungsstab 16, der ebenfalls zu einem Ring gebogen ist und an den Ecken nach innen eingezogene Viertelkreise aufweist, damit die Löcher 14 im Kern und später in der Membranfilter­ platte ausgebildet werden können. Zwischen diesen Randbewehrungsstäben 15, 16 sind sich kreuzende Beweh­ rungsstäbe 17, 18 angeordnet, die zweckmäßigerweise miteinander und mit den Randbewehrungsstäben 15, 16 verschweißt sind. Hier können auch anstelle der Be­ wehrungsstäbe 17, 18 Bänder aus Gewebe gespannt sein, die dem mittleren Bereich 1 der Platte, also dem Spie­ gel, eine größere Elastizität verleihen. Die Enden dieser Bewehrungsstäbe 17, 18 sind zweckmäßigerweise zu einem Ring 19 gebogen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bewehrung ist in den Fig. 10 und 11 gezeigt. Diese Bewehrung wird zusammen mit dem Kern 5 in die Form eingelegt. Auch hier sind Randbewehrungsstäbe 15, 16 und sich kreuzen­ de Bewehrungsstäbe 17, 18 vorgesehen. Diese sind am Rand nicht zu Ringen gebogen, sondern lediglich zu halben Ringen gebogen, so daß sie auf den Kern in der Form aufgelegt werden können.

• Liste der Bezugszeichen 1 mittlerer Bereich
  2 Noppen
  3 Rand
  4 Schrägfläche
  5 Kern
  6 äußerer Bereich
  7 Fließlinien
  8 Unterteil
  9 Oberteil
  10 Presse
  11 Preßstempel
  12 Kunststoffschmelze
  13 Randbereich
  14 Loch
  15 Randbewehrungsstab
  16 Randbewehrungsstab
  17 Bewehrungsstab
  18 Bewehrungsstab

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von als Kammer- und Membran­ filterplatten dienenden Fertigformteilen aus Kunststoff mit Bereichen unterschiedlich starken Querschnitts, und zwar einem Rand, der erheblich stärker als der mittlere Bereich der Platte ist,
bei dem man in eine aus Ober- und Unterteil bestehende Form zumindest ein vorgefertigtes festes Teil aus Kunst­ stoff einlegt,
sodann weiteres Kunststoffmaterial in die Form einfüllt und anschließend unter Wärmezufuhr preßt, bevor man die Form abkühlt,
dadurch gekennzeichnet,
daß als vorgefertigtes Teil ein ringförmiger fester Kern verwendet wird,
der so eingelegt wird, daß er von allen Innenwandungen der Form im niedergepreßten Zustand gleichen Abstand auf­ weist
und daß das weitere Kunststoffmaterial als Schmelze in die Form eingefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern vor dem Einfüllen des weiteren Kunststoff­ materials an seiner Oberfläche bis zur Schmelztemperatur erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Erhitzung vor dem Einlegen des Kernes in die Form erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der auf Schmelztemperatur vorerhitzten Teile des Kernes von allen Innenwandungen der Form (im niedergepreßten Zustand) einen Abstand von der Hälfte der Stärke des mittleren Bereiches aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Außenflächen des Kernes von allen Innenwandungen der Form (im niedergepreßten Zustand) einen Abstand von der Hälfte der Stärke des mittleren Bereiches aufweist.

6. Kammer- oder Membranfilterplatte aus Kunststoff, bestehend aus einem dickwandigen Rand und einem dünneren mittleren Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (3) aus einem Kern (5) besteht, der all­ seitig von dem Material des mittleren Bereiches (1) umgeben ist, wobei dieses den Kern (5) umgebende Material etwa die Hälfte der Stärke des Materials im mittleren Bereich (1) aufweist.

7. Kammer- oder Membranfilterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt Fließlinien vorhanden sind, die sich vom mittleren Bereich um den Kern (5) erstrecken.

8. Kammer- oder Membranfilterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) eine Verstärkung durch textile oder metallische oder aus Glasfasern bestehende Einlagen, insbesondere in Form von Stäben, Bändern, Streifen, erhalten hat oder aus einem anderen Material als die Oberfläche der Platte, insbesondere aus Metall, vorzugsweise Stahl, hergestellt ist.

9. Kammer- oder Membranfilterplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (17, 18) sich vom Kern (5) aus durch den mittleren Bereich (1) (Spiegel) der Platte er­ strecken.

10. Kammer- oder Membranfilterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) sich bis in das Material des mitt­ leren Bereiches (1) hinein oder durch dieses hindurch erstreckt.