DE3817793A1

DE3817793A1 - Rohrfoermiges filterelement

Info

Publication number: DE3817793A1
Application number: DE3817793A
Authority: DE
Inventors: Massoud Prof Dr Karbachsch; Herbert Radmacher; Michael Becker
Original assignee: Seitz Filter Werke GmbH and Co; Seitz Filter Werke Theo and Geo Seitz GmbH and Co
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-11-30
Also published as: DE3817793C2; FR2631850B1; US5043068A; FR2631850A1; GB8912195D0; GB2218921A; GB2218921B

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Filterelement, insbe sondere eine Filterkerze, mit einem den eigentlichen Filter körper tragenden Stützgerüst, das mindestens ein sich im wesentlichen über die axiale Länge des Filterelements er streckendes, mit Durchlaßöffnungen versehenes Rohr und das Filterelement stirnseitig abschließende Endkappen besitzt.

Bei rohrförmigen Filterelementen, insbesondere Filterkerzen, dieser Art ist der eigentliche Filterkörper als gewickelte oder plissierte Filterlage ausgebildet und an den Innenseiten der beiden Endkappen fest und dicht angebracht, um das zu filtrierende Gut zu zwingen, ausschließlich durch die Filter lage hindurchzutreten und nicht etwa zwischen der Filterlage und den Endkappen durchdringen zu können.

Bei den bisher bekannten rohrförmigen Filterelementen, insbe sondere Filterkerzen, dieser Art ist das im Stützgerüst vorge sehene, mit Durchlaßöffnungen versehene Rohr oder Rohrpaar von Endkappe zu Endkappe durchgehend ohne axiale Nachgiebigkeit ausgebildet, wobei Filterkerzen bekanntgeworden sind, in welchen das Zentralrohr (Innenrohr) eines Rohrpaares mit seinen Enden in entsprechende ringförmige Aufnahmen an den Innenseiten der Endkappen eingesteckt ist, während das Stütz mantelrohr (Außenrohr) mit seinen beiden Enden mit den Endkappen fest verbunden ist. Das Stützgerüst der bekannten rohrförmigen Filterelemente bzw. Filterkerzen ist aus gegenüber dem zu filtrierenden Gut inertem Kunststoff, der ein vom je weiligen Filterkörper unterschiedliches Ausdehnungsmaß bzw. Schrumpfmaß in Folge der Einwirkung äußerer Faktoren wie bei der Filtration bzw. Sterilisation mit Dampf usw. aufweist. Hierdurch wird der eigentliche Filterkörper bzw. die gewickelte oder plissierte Filterlage unter solchen Einwirkungen axial gespannt oder gestaucht. Wie sich in der Praxis herausgestellt hat, treten durch diese Beanspruchung mechanische Beschädigungen an dem Filter auf, die sich darin äußern, daß die Filterlage stellenweise Mikrorisse erhält, durch die das Unfiltrat durchbrechen kann. Dies tritt insbesondere bei empfindlichen Filterlagen, insbesondere Filter membranen auf.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, in Filterelementen der eingangs angegebenen Art den Filterkörper bzw. die im Stützgerüst gehaltene Filterlage oder gehaltenen Filterlagen gegen Einwirkung axialer Zugspannungen und Stauchungen aus reichend zu schützen, um hierdurch verursachte mechanische Schädigung des Filterkörpers zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das im Stützgerüst des Filterelements vorgesehene Rohr mindestens einen sich über den gesamten Rohrumfang erstrecken den, in axialer Richtung nachgiebigen, jedoch in den radialen Richtungen im wesentlichen festen Rohrabschnitt aufweist. Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Stützgerüst einer seits dem eigentlichen Filterkörper ausreichende Abstützung bietet, aber unterschiedliche axiale Dehnungen und Schrumpfungen des Filterkörpers und des Stützgerüstes sich gegeneinander durch axiale Nachgiebigkeit des Stützgerüstes ausgleichen können. Die dann noch am Filterkörper evtl. wirksamen axialen Zugspannungen und Schrumpfungsspannungen können auch von sehr empfindlichen Filterlagen, beispielsweise Filtermembranen, ohne das Risiko mechanischer Schädigung aufgenommen werden.

Der in axialer Richtung nachgiebige Rohrabschnitt kann dadurch gebildet sein, daß dort die zwischen den Durchlaßöffnungen des Rohrs angeordneten axialen Stege axial elastisch streckbar und stauchbar ausgebildet sind. Dies hat den besonderen Vorteil, daß der nachgiebige Rohrabschnitt eine eigene elastische Rückstelleigenschaft in axialer Richtung aufweist.

Beispielsweise können zur Bildung eines solchen in axialer Richtung elastisch nachgiebigen Rohrabschnittes die zwischen den Durchlaßöffnungen angeordneten axialen Stege bogenförmig ausgebildet sein. Es ist auch in entsprechender Weise möglich, die zwischen den Durchlaßöffnungen ausgebildeten axialen Stege winkelförmig oder zick-zack-förmig auszubilden.

Eine andere Möglichkeit zur Bildung eines in axialer Richtung elastisch nachgiebigen Rohrabschnittes besteht darin, daß die zwischen den Durchlaßöffnungen angeordneten axialen Stege in axial benachbarten Reihen alternierend und mit genügendem Abstand zueinander angeordnet und die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Stege in Axialrichtung des Rohres nachgiebig ausgebildet sind. Hierdurch drücken die alternierend zueinander angeordneten axialen Stege den jeweils mit ihnen verbundenen Teil des Umfangssteges axial in die jeweils benachbarte Durchlaß öffnung hinein bzw. ziehen den jeweils mit ihnen verbundenen Teil des Umfangssteges etwas axial von der Durchlaßöffnung ab. Solange diese nachgiebigen Verformungen des Umfangssteges gering sind, hat dies keinen Einfluß auf den Durchmesser des Rohres, also keine Auswirkung in radialen Richtungen. Wenn jedoch größere Wege elastischer Verformung der Umfangsstege zu erwarten sind, kann dem Entstehen radialer Verformung des elastischen Rohrabschnittes dadurch vorgebeugt werden, daß die zwischen den Durchlaßöffnungen angeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Stege in Umfangsrichtung des Rohres elastisch streckbar sind. Dies kann durch bogenförmige Ausbildung oder winkelförmige Ausbildung der sich in Umfangs richtung des Rohres erstreckenden Stege erreicht werden.

Eine andere Möglichkeit zur Bildung mindestens eines sich über den gesamten Rohrumfang erstreckenden, in axialer Richtung nachgiebigen, jedoch in den radialen Richtungen im wesent lichen festen Rohrabschnittes besteht darin, daß das im Stütz gerüst vorgesehene Rohr aus zwei oder mehr axial aneinander gereihten Rohrteilen besteht, wobei jeweils zwei benachbarte Rohrteile sich mit ihren Enden überlappend teleskopartig zu sammengesteckt sind, während die anderen Enden mit den Endkappen fest verbunden sind, beispielsweise verschweißt oder fest verklebt sind. Bei solcher Ausbildung eines in axialer Richtung nachgiebigen Rohrabschnittes werden auch große Differenzen des axialen Verformungsweges des eigentlichen Filterkörpers und des Stützgerüstes ohne weiteres ausgleichbar, wobei allerdings der eigentliche Filterkörper die Rückstellkraft aufzubringen hat und evtl. auf das rohrförmige Filterelement ausgeübte axiale Haltekräfte im Filtergerät aufzunehmen hat. Bevorzugt sollte aber bei dieser teleskopartigen Ausbildung des im Stütz gerüst vorhandenen Rohres ein gegenseitiges Verdrehen der Rohrteile vermieden werden, um ein Verwinden des Filterkörpers bei den auftretenden Dehnungen und Schrumpfungen auszuschließen. Dies läßt sich besonders einfach dadurch erreichen, daß die teleskopartig zusammengesteckten Enden der Rohrteile mit gegen seitiges Verdrehen verhindernden Führungselementen für die gegenseitige axiale Relativbewegung ineinandergreifen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Stützgerüst des Filterelements ein Stützmantelrohr (Außen rohr) und ein Zentralrohr (Innenrohr) enthält, weist das Stütz mantelrohr mindestens eine, vorzugsweise zwei, axial nach giebige Rohrabschnitte mit zwischen den Durchlaßöffnungen angeordneten elastisch streckbaren und stauchbaren, axialen Stegen auf, während das Zentralrohr aus zwei Rohrteilen gebildet ist, deren einander zugewandten Ende sich überlappen und teleskopartig axial verschiebbar ineinandergesteckt sind. Auf diese Weise wird die für die ständige axiale Anpassung des Stützgerüstes an den Filterkörper erforderliche Rück stellkraft durch das Stützmantelrohr aufgebracht, während an dem Zentralrohr die bei axialer Längenänderung kräftefreie Teleskopverbindung vorgesehen ist.

Zur Ergänzung und Weiterbildung der Erindung wird eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für das zapfenförmige Führungselement vorgeschlagen, das drei in Umfangsrichtung um je 120° zueinander versetzte, in radialer Richtung puffernde Führungsleisten mit S-förmigem Querschnitt aufweist, die mit ihrem einen S-Schenkel im zentralen Achsbereich des Führungs elements miteinander fest verbunden sind und mit ihrem anderen S-Schenkel drei leistenförmige Umfangswandteile des Führungsele mentes bilden. In dieser Ausführungsform weist das Führungsele ment hohe Stabilität und hervorragende Führungseigenschaften sowie sicheren Halt des Filterelements in radialer Richtung bei einfacher Ausbildung der Halterungseinrichtung im Filter gerät auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine gemäß der Erfindung ausgebildete Filterkerze teilweise in Seitenansicht und teilweise axial geschnitten;

Fig. 2 die Filterkerze gemäß Fig. 1 im Schnitt nach der Linie 2-2 etwas vergrößert;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 nochmals vergrößert,

Fig. 4 den oberen Bereich der erfindungsgemäßen Filterkerze in Abwandlung gegenüber Fig. 1 des oberen in axialer Richtung nachgiebigen Rohrabschnitt des Stützmantelrohres,

Fig. 5 den oberen Teil einer erfindungsgemäßen Filterkerze in einer anderen Abwandlung des in axialer Richtung nachgiebigen oberen Rohrabschnitts des Stützmantelrohres,

Fig. 6 den oberen Teil einer erfindungsgemäßen Filterkerze mit einer dritten Abwandlung im oberen in axialer Richtung nachgiebigen Rohrabschnitt des Stützmantelrohres;

Fig. 7 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Seiten ansicht des Führungselements auf der Oberseite der oberen Endkappe und

Fig. 8 das Führungselement nach Fig. 7 in Draufsicht.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Filterkerze 10 weist einen eigentlichen Filterkörper 11 auf, der beispielsweise aus plissierter oder gewickelter Filterschicht oder bevorzugt aus plissierter Filtermembran besteht. Der eigentliche Filter körper 11 ist in einem Stützgerüst gehalten, das im dargestellten Beispiel aus einem Stützmantelrohr 12, einem Zentralrohr 13 a, 13 b, einer unteren Endkappe 14 mit in einen Boden des Filter gerätes einzusetzenden Anschlußstutzen 15 und Dichtungselementen 16 sowie einer oberen Endkappe 17 mit auf ihrer Oberseite vorgesehenem zapfenartigem Führungselement 18 gebildet ist. Das Stützmantelrohr 12 weist Durchlaßöffnungen 22 auf, die von außen zu dem Filterkörper 11 führen. Diese Durchlaßöffnungen sind durch axiale Stege 21 und sich in Umfangsrichtung des Stützmantelrohres 12 erstreckende Stege 20 umgrenzt. Das Zentralrohr 13 a, 13 b weist Durchlaßöffnungen 13 c auf, die vom eigentlichen Filterkörper 11 zu dem im Inneren der Filterkerze 10 gebildeten Abführungskanal für das Filtrat führen. Das Zentralrohr ist im dargestellten Beispiel durch die beiden axial aneinandergereihten Rohrabschnitte 13 a und 13 b gebildet, die an ihren sich einander zugewandten Enden 23 a und 23 b sich überlappen und teleskopartig zusammengesteckt sind, um einen in axialer Richtung ausziehbaren und zusammen schiebbaren Rohrabschnitt 24 zu bilden. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, sind auf der Außenseite des Rohrendes 23 b und auf der Innenseite des Rohrendes 23 a sich axial erstreckende und gegenseitig ineinandergreifende Führungselemente 25 in Form von axialen Rippen 25 a und 25 b mit dreieckigem Querschnitt gebildet. Stattdessen könnten auch axiale Rippen und Nuten anderer Querschnittsform als Führungselemente dort vorgesehen sein.

Im dargestellten Beispiel weist das Stützmantelrohr 12 zwei in axialer Richtung nachgiebige Rohrabscnitte 26 a, 26 b auf, von welchen der obere Rohrabschnitt 26 a im oberen Viertel und der untere Rohrabschnitt 26 b im unteren Viertel des Stütz mantelrohres 12 angeordnet sind. Im Beispiel der Figur sind in den beiden Rohrabschnitten 26 a und 26 b die zwischen den Durchlaßöffnungen 22 angeordneten axialen Stege 21 a winkelförmig ausgebildet, so daß sie sich durch axiales Zusammendrücken des Stützmantelrohres 12 elastisch stärker zusammenknicken und durch axiales Ausziehen des Stützmantel rohres 12 elastisch strecken lassen. Dabei üben diese Stege 21 a in elastisch verformtem Zustand eine Rückstellkraft aus, die allerdings ausreichend gering ist, um jegliche nachteilige Einwirkung auf den Filterkörper 11 zu vermeiden.

In dem Beispiel nach Fig. 1 sind im Stützmantelrohr 12 ange brachte Rohrabschnitte 26 a, 26 b mit in axialer Richtung elastisch streckbaren und stauchbaren Stegen 21 a mit einer im Zentralrohr 13 a, 13 b angeordneten Teleskopverbindung kombiniert. Da die Durchströmungsrichtung des Filterelements 10 von außen nach innen ist, liegt die Teleskopverbindung in dem axial nachgiebigen Rohrabschnitt 24 hinter dem Filterkörper 11 geschützt gegen seitliches Einknicken und Verkeilen, während die im Stütz mantelrohr 12 angebrachten, axiale Rückstellkräfte ent wickelnden Rohrabschnitte 26 a, 26 b am Außenumfang, d.h. dem größten Umfang der Filterkerze angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dahingehend, daß das Stützmantelrohr 12 in seinen in axialer Richtung nachgiebigen, aber in den radialen Richtungen im wesentlichen festen Rohrabschnitten 26 c mit zick-zackförmigen axialen Stegen 21 c ausgestattet ist, mit denen sich die Weite der gewünschten axialen Beweglich keit und die Entwicklung von Rückstellkräften gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 variieren lassen. Eine andere Variationsmöglichkeit ist in Fig. 5 dargestellt. Dort sind in dem in axialer Richtung nachgiebigen, aber in den radialen Richtungen im wesentlichen festen Rohrabschnitten 26 d bogen förmige axiale Stege 21 d zwischen den Einlaßöffnungen 22 vorgesehen.

Eine weitere Abwandlung ist in Fig. 6 dargestellt. Hier sind in dem in axialer Richtung nachgiebigen, aber in radialen Richtungen im wesentlichen festen Rohrabschnitt 26 e die sich zwischen den Durchlaßöffnungen 22 axial erstreckenden Stege 21 e zu den benachbarten Reihen von Stegen 21 alternierend ange ordnet und treffen damit etwa mittig auf die in dem Rohr abschnitt 26 e liegenden Durchlaßöffnungen 22 e. Die diese Durch laßöffnungen 22 e axial abgrenzenden ringförmigen Stege 20 e sind in diesem Beispiel wellenförmig ausgebildet, derart, daß sie in axialer Richtung der Filterkerze 10 bzw. des Stütz mantelrohres 12 leicht verbiegbar sind, ohne nennenswerte Ver formung in radialen Richtungen der Filterkerze 10 hervorzurufen.

Im dargestellten Beispiel trägt gemäß Fig. 7 und 8 die obere Endkappe 17 ein zapfenförmiges Führungselement 18 mit drei in Winkelabständen von 120° zueinander versetzten axialen Führungsleisten 30 mit S-förmigem Querschnitt. Diese Führungs leisten 30 sind mit dem einen S-Schenkel 31 in zentralen Achsbereich des Führungselements 18 einstückig miteinander verbunden, während ihr jeweiliger äußerer S-Schenkel 32 im Umfangsbereich des zapfenförmigen Führungselements 18 liegt, so daß die drei äußeren S-Schenkel leistenförmige Umfangs wandteile des Führungselements 18 bilden. Hierdurch erhält das Führungselement 18 im dargestellten Beispiel eine Puffer wirkung nach drei um 120° versetzte Richtungen hin. Hierdurch läßt sich die Filterkerze 10 an der oberen Endkappe 17 in einer buchsenförmigen oder lochförmigen Halteeinrichtung im Filter gerät sicher halten und führen.

Bezugszeichenliste

10 Filterelement
11 Filterkörper
12 Stützmantelrohr
13 a, 13 b Zentralrohr
13 c Durchlaßöffnung
14 untere Endkappe
15 Anschlußstutzen
16 Dichtungselement
17 obere Endkappe
18 Führungselement
20 Stege
20 e axiale Stege
21 axiale Stege
21 a bis 21 c axiale Stege
22 Durchlaßöffnung
22 a bis 22 e Durchlaßöffnungen
23 a, 23 b Enden
24 Rohrabschnitt
25 Führungselement
25 a, 25 b axiale Rippen
26 a bis 26 e Rohrabschnitt
30 Führungsleisten
31 S-Schenkel
32 S-Schenkel

Claims

1. Rohrförmiges Filterelement, insbesondere Filterkerze, mit einem den eigentlichen Filterkörper tragenden Stützgerüst, das mindestens ein sich im wesentlichen über die axiale Länge des Filterelements erstreckendes, mit Durchlaßöffnungen versehenes Rohr und das Filter element stirnseitig abschließende Endkappen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12; 13 a, 13 b) mindestens einen sich über den gesamten Rohrumfang erstreckenden, in axialer Richtung nachgiebigen jedoch in den radialen Richtungen im wesentlichen festen Rohrabschnitt (24; 26 a bis 26 e) aufweist.

2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in axialer Richtung nachgiebigen Rohrabschnitt (26 a bis 26 d), die zwischen den Durchlaßöffnungen (22 a bis 22 d) angeordneten axialen Stege (21 a bis 21 d) axial elastisch streckbar und stauchbar ausgebildet sind.

3. Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Durchlaßöffnungen (22 d) angeordneten axialen Stege (21 d) bogenförmig ausgebildet sind.

4. Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Durchlaßöffnungen (22 a, 22 c) aus gebildeten axialen Stege (21 a, 21 c) winkelförmig oder zick-zack-förmig ausgebildet sind.

5. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in axialer Richtung nachgiebigen Rohrabschnitt (26 e) die zwischen den Durchlaßöffnungen (22 e) angeord neten axialen Stege (21 e) in axial benachbarten Reihen alternierend zueinander angeordnet und die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Stege (20 e) in Axial richtung des Rohres (12) nachgiebig ausgebildet sind.

6. Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Durchlaßöffnungen (22 e) angeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Stege (20 e) in Umfangsrichtung des Rohres (12) elastisch streckbar sind.

7. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (13 a, 13 b) aus zwei oder mehr axial anein andergereihten Rohrteilen (13 a, 13 b) besteht, wobei jeweils zwei benachbarte Rohrteile (13 a, 13 b) unter Bildung eines in Axialrichtung nachgiebigen Rohrab schnittes (24) mit ihren Enden (23 a, 23 b) überlappend teleskopartig zusammengesteckt sind, während die anderen Enden mit den Endkappen fest verbunden sind.

8. Filterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopartig zusammengesteckten Enden (23 a, 23 b) der Rohrteile (13 a, 13 b) mit gegenseitiges Verdrehen verhindernden Führungselementen (25) für die gegenseitige axiale Relativbewegung ineinandergreifen.

9. Filterelement nach Anspruch 1, dessen Stützgerüst ein Stützmantelrohr (Außenrohr) und ein Zentralrohr (Innenrohr) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmantelrohr (12) mindestens einen, vorzugsweise zwei axial nachgiebige Rohrabschnitte (26 a bis 26 e) mit zwischen den Durchlaßöffnungen (22 a bis 22 e) an geordneten elastisch streckbaren und stauchbaren axialen Stegen (20 e; 21 a bis 21 d) aufweist, während das Zentralrohr (13 a, 13 b) aus zwei Rohrteilen (13 a, 13 b) gebildet ist, deren einander zugewandte Enden (23 a, 23 b) sich überlappen und teleskopartig axial verschiebbar ineinander gesteckt sind.

10. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Endkappe ein zapfen förmiges Führungselement trägt, das drei in Umfangs richtung um je 120° zueinander versetze, in radialer Richtung puffernde Führungsleisten (30) mit S-förmigem Querschnitt aufweist, die mit ihrem einen S-Schenkel (31) im zentralen Achsbereich des Führungselements (18) miteinander fest verbunden sind und mit ihrem anderen S-Schenkel (32) drei leistenförmige Umfangs wandteile des Führungselements (18) bilden.