DE4338438A1

DE4338438A1 - Filterelemente

Info

Publication number: DE4338438A1
Application number: DE4338438A
Authority: DE
Inventors: Michael Ernest Grimes; George Clive Jenkins; Simon Victor Madgwick; Paul Frederick Simpson
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1993-11-10
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: GB9323040D0; GB2272843A; FR2698286A1; GB2272843B; ITTO930853A0; FR2698286B1; ITTO930853A1; IT1272051B; DE4338438C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Filterelemente und insbesondere auf Filterelemente, in denen die Filtermedien metallisch sind.

Viele Filterelemente verwenden Filtermedien, die metallisch sind - z. B. nichtrostende Stahlgeflechte, nichtrostende Stahlfasern oder nichtrostende Stahlpulver. Es gibt auch Filtermedien, die aus anderen Metallen wie z. B. Bronze oder Aluminium hergestellt sind. Im Gebrauch können diese Filtermedien in eine röhrenförmige (z. B. zylindrische) Konfiguration (mit oder ohne Faltungen) ausgebildet sein und können in einem Gehäuse eingegliedert sein, das einen Fluidweg durch die Filtermedien definiert.

Derartige Medien erlauben eine Filtration in extrem gefährlichen Umge bungen, z. B. bei extremen Temperaturen mit hoch korrosiven Fluiden oder mit hoch viskosen Fluiden. Nichtrostender Stahl insbesondere bietet exzellente mechanische und korrosionsbeständige Eigenschaften und kann wiederholt gereinigt und wiederverwendet werden.

Damit derartige Filtermedien in das Gehäuse eingegliedert werden können und den benötigten Strömungsweg definieren können, sind der artige Metallmedien mit Metallendkappen versehen, die das Ende der Medien abdecken, im Eingriff mit damit zusammenwirkenden Teilen in dem Gehäuse sind und den notwendigen Strömungsweg definieren. Derartige Metallendkappen sind an den Metallmedien durch einen Schweiß-, Hartlöt- oder Klebeprozeß angebracht, um ein Filterelement zu bilden. Sie besitzen jedoch eine Anzahl von Nachteilen.

Wenn ein Schweißprozeß verwendet wird, benötigt das Metallmedium oft ein Stauchen oder Verfestigen während des Anbringens der Metallend kappen. Das kann die Medien beschädigen oder Splitter produzieren. Außerdem kann nach einem Anbringen der Metallendkappen das Filter element ein Reinigen und Passivieren benötigen. Des weiteren können Metallendkappen nicht leicht entfernt werden, was notwendig ist, damit das Medium zurückgewonnen und/oder gereinigt werden kann. Zusätzlich sind Filterelemente schwer und, wenn Schweißen angewendet wird, können Nichtströmungsgebiete erzeugt werden an der Verbindung zwi schen den Endkappen und dem Filtermedium, die den Filtratfluß oder eine Strömung von reinigenden Materialien stören. Des weiteren sind Metallendkappen nicht flexibel und biegen sich deshalb nicht leicht, um Toleranzen aufzunehmen, wenn sie in ein Gehäuse eingepaßt werden.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Filteranordnung vorgesehen, die ein Filtermedium aus Metall und einen Träger aus einem Polymermaterial aufweist, das mit einem Rand des Filtermediums verbunden ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Filterelementes vorgesehen, das aufweist: Inkontaktbrin gen eines Randes eines Metallfiltermediums mit einem Träger aus einem Polymermaterial und dann Erwärmen des Filtermediums durch einen induktiven Erwärmungsprozeß, um ein Schmelzen mindestens eines Berei ches des Trägers zu bewirken, und dann Einfügen des Randes des Filtermediums in den geschmolzenen Träger, um den Rand und den Träger zu verbinden.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Verbinden eines Trägers aus einem Polymermaterial mit einem Metall filtermedium vorgesehen, die eine Unterlage mit einer Oberfläche zum Tragen eines Trägers, eine Induktionsheizvorrichtung bzw. -erwärmungsvor richtung, die durch die Unterlage getragen wird zum Erwärmen des Filtermediums, und eine Führung zum Führen eines Metallfiltermediums aufweist, so daß ein Rand des Filtermediums den Träger in einer vor bestimmten Anordnung kontaktiert und in den Träger eingefügt wird, wenn der Träger durch das erwärmte Filtermedium geschmolzen worden ist.

Endkappen aus Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polypropylen oder Poly ester sind bekannt, hauptsächlich zur Verwendung für Kunststoffilterme dien, wie in der WO 85/05286 beschrieben. Es gibt jedoch auch Vor schläge zur Verwendung derartiger Endkappen für metallische Medien. Z.B. offenbart die GB-A-1 151 592 die Verwendung von Polyurethanma terialien für Endkappen bildende Metallmedien. Die GB-A-680 211 offenbart die Verwendung von aushärtenden synthetischen Harzen für Medien einschließlich einer Metallgaze. Die US-A-4 819 722 offenbart die Verbindung eines Metallbrunnensiebes mit einem Polypropylen-End paßstück. Die GB-A-1 208 567 offenbart ein Filtermedium, das metalli sche Elemente und eine Polyurethan-Endkappe aufweist.

Die Kunststoffmaterialien, aus denen die offenbarten Endkappen oder Endpaßstücke hergestellt sind, weisen Schmelzpunkte von etwa 150°C bis 250°C auf (Polypropylen 155°C bis 165°C, Polyester 225°C bis 255°C). Das setzt eine obere Grenze für die Temperatur der Umgebung, in der derartige Filter verwendet werden können. Obwohl die metallischen Filtermedien viel höhere Temperaturen aushalten können, erfordern die Kunststoffendkappen viel niedrigere Temperaturgrenzen. Für höhere Temperaturumgebungen sind Metallendkappen verwendet worden, wobei sie die oben aufgeführten Probleme aufweisen.

Kunststoffmaterialien sind verfügbar; die höhere Schmelzpunkte aufweisen (z. B. über 340°C), es hat sich jedoch nicht als möglich erwiesen, erfolg reich Endkappen derartiger Materialien mit metallischen Medien zu verbinden.

Zusätzlich gibt es das Problem, selbst bei Polymermaterialien mit niedri geren Schmelzpunkten, wie z. B. Polypropylen oder Polyester, daß, wenn sie mit metallischen Filtermedien durch Erwärmen der Medien verbunden werden und wenn die Medien eine signifikante Größe aufweisen, so daß ein längeres Erwärmen der Medien erforderlich ist, eine Oberflächenverschlechterung des Mediums durch ein derartiges Erwärmen verursacht werden kann.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Filterelement bereit gestellt, das ein Filtermedium aus Metall und einen Träger aus einem Polymermaterial aufweist, das mit einem Rand des Filtermediums in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre verbunden wird.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren des Herstellens eines Filterelementes vorgesehen, das aufweist: Umgeben eines metallischen Filtermediums und eines Trägers aus einem Polymer material mit einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre, Erwärmen mindestens eines Randes des Filtermediums, um den Träger zu schmel zen, und dann Einfügen des erwärmten Randes des Filtermediums in das geschmolzene Polymermaterial, um das Filtermedium und den Träger zu verbinden.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Verbinden eines polymeren Trägers mit einem Metallfiltermedium vor gesehen, die eine Unterlage mit einer Oberfläche zum Tragen eines Trägers, eine Erwärmungsvorrichtung, die von der Unterlage zum Erwär men mindestens eines Randes des Metallfiltermediums getragen wird, eine Einrichtung zum Bereitstellen einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre in der Randzone und eine Führung zum Führen eines Metallfiltermediums aufweist, so daß der Rand des Filtermediums den Träger in einer vorbestimmten Anordnung kontaktiert und in den Träger eingefügt wird, wenn der Träger durch das erwärmte Filtermedium geschmolzen worden ist.

Das Nachfolgende ist eine detailliertere Beschreibung einiger Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung, und zwar in beispielhafter Weise, wobei ein Bezug zu den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, in denen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Aufspannvorrichtung zum Verbinden der Endkappen eines Kunststoffmaterials mit einem Filtermedium eines metallischen Materials ist;

Fig. 2 ein schematischer Seitenaufriß, teilweise im Schnitt, einer Auf spannvorrichtung zum Testen der Zugspannung der Verbindun gen zwischen den Endkappen und dem Filtermedium der Filter elemente ist, die hergestellt wurden, indem die Aufspannvor richtung von Fig. 1 verwendet wurde;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Anordnung ist für nicht mit End kappen versehene Filtereinheiten, die hergestellt wurden, indem die Anordnung von Fig. 1 verwendet wurde.

In den beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die aus drei verschiedenen Materialien hergestellten Endkappen mit Medien verbunden, die aus drei verschiedenen Materialien durch ein zu beschrei bendes Verbindungsverfahren verbunden werden. Die Filterelemente, die so hergestellt sind, sind bezüglich des Blasenpunktes getestet, bezüglich ihrer Unversehrtheit getestet und bezüglich ihrer Zugspannung getestet. Die Unversehrtheit der Filterelemente nach einer Wiederverwendung wird auch durch ein nicht mit einer Endkappe Versehen und ein wieder mit einer Endkappe Versehen vor dem Testen getestet. Diese verschiedenen Merkmale werden im Detail nachfolgend beschrieben.

Die Endkappenmaterialien

Endkappen wurden aus drei verschiedenen Materialien hergestellt; Poly propylen, Polyester und Polyetherketon (PEEK).

Das Polypropylen war ein kommerziell klassifiziertes Polypropylen, das durch die EXXON Corporation unter der Handelsbezeichnung ESCORE NE (PP1074) vertrieben wird. Dieses Material hat einen Schmelzfluß von 20. Schmelzfluß ist ein Maß für die Viskosität, wobei ein niedrigerer Wert eine höhere Viskosität und somit einen größeren Widerstand gegenüber Fließen anzeigt.

Das Polyester war ein kommerziell erhältliches Polyester; das durch die EXXON Corporation unter dem Handelsnamen CELANEX 1700A vertrieben wird. Es hat einen Schmelzfluß von 5.

Das PEEK wird durch Imperial chemical Industries unter der Bezeich nung 450G vertrieben. Vom ICI sind jedoch auch andere PEEK-Grade erhältlich, die zur Verwendung in dem beschriebenen Verfahren geeignet sein können. Z.B. gibt es die PEEK-Grade 150GL300, 450GL30, 150CA30 und 450CA30, die geeignet sein können. Die Bezeichnung GL zeigt an, daß das PEEK eine Glasfaserverstärkung von 30 Volumen-% aufweist, und CA zeigt das Vorhandensein einer Kohlefaserverstärkung von 30 Volumen-% an. Der 150er Grad weist eine niedrigere Viskosität als der 450er Grad auf.

Die Durchbiegungs- bzw. Ausbeultemperaturen dieser Grade sind in Tabelle 1 unten angegeben.

Tabelle 1

Die "Durchbiegungstemperatur" in Tabelle 1 ist die Temperatur; bei der sich der bezeichnete PEEK-Grad deutlich durchbiegen wird. Der "Druck" ist ein Standard-Testdruck, bei dem die PEEK-Durchbiegungstemperatur gemessen wird.

Medienmaterialien

Drei Materialien wurden für das Filtermedium verwendet; ein poröser gesinterter nichtrostender Stahl, ein gesintertes verwebtes nichtrostendes Stahldrahtgeflecht und eine Matte aus gesinterten untereinander ver webten feinen nichtrostenden Stahlfasern.

Die Medien, die aus porösem, gesintertem nichtrostendem Stahl herge stellt wurden, waren die, die durch die PALL Corporation unter dem Warenzeichen PSS vertrieben wurden. Diese werden durch Sintern von vorlegiertem nichtrostendem Stahlpulver hergestellt. Während des Her stellungsprozesses wurden keine Bindemittel verwendet, wodurch jeglicher Anstieg im Kohlenstoffgehalt vermieden wurde. Das Sintern wird ohne jeglichen Druck ausgeführt, um Reduzierungen in der Permeabilität zu vermeiden. Das Medium ist hochgradig porös mit bis zu 50% Porenvolu men und behält die vollen korrosions- und temperaturbeständigen Eigen schaften der Legierung.

PSS wird eingeteilt bzw. klassifiziert gemäß seiner Abscheidegrade, die durch einen modifizierten OSU-F2-Effizienztest gemessen wird, indem AC-Standardstäube in Wasser verwendet werden, wobei die Abscheideeffi zienz durch eine Partikelzählung bestimmt wird. Dieses Leistungsver mögen bzw. die Klassen werden für einen Bereich von β-Werten ausge drückt. Ein β-Wert ist das Verhältnis der Anzahl von Partikeln, die größer als eine gegebene Größe in dem Staub/Wassergemisch ist, das den Medien zugeführt wird, im Vergleich zu jenen derselben Größe oder größer in dem Staub/Wassergemisch, die die Medien verlassen. PSS-Grad PH hat ein Leistungsvermögen von 15 Mikrometern bei β = 100 (99%).

Das gesinterte verwebte nichtrostende Stahldrahtgeflecht, das verwendet wurde, war das, das durch die PALL Corporation unter dem Warenzei chen RIGIMESH vertrieben wurde. Das Medium ist aus einem gewebten nichtrostendem Stahldrahtgeflecht, das durch Sintern in seiner Leistungs fähigkeit erhöht worden ist. Das erzeugt ein sehr festes Material, wobei die Drähte effektiv an ihren Kreuzungspunkten verschweißt sind. Der Sinterprozeß sichert auch die Unversehrtheit der Porengröße unter schwierigen Betriebsbedingungen.

RIGIMESH weist eine Abscheideleistung auf, die durch den Durchmesser des größten harten kugligen Partikels gemessen wurde, der durch die Medien unter spezifizierten Testbedingungen durchgehen wird. Das ist eine Anzeige der größten Öffnung in dem Filterelement. RIGIMESH- Grad RMA hat ein Leistungsvermögen von 45 Mikrometern.

Die gesinterten untereinander verwebten feinen nichtrostenden Stahlfaser- Medien waren die durch die PALL Corporation unter dem Warenzeichen PFM vertriebenen. Das ist eine Matte aus zufällig untereinander ver webten feinen Metallfasern, die gesintert werden, um die Fasern an ihren Kontaktpunkten untereinander zu verschweißen. Bis zu 85% des Volu mens sind untereinander verbundene Hohlräume. PFM wird klassifiziert unter Bezug auf seine Abscheideleistung, wie sie durch einen modifizier ten OSU-F2-Effizienztest gemessen wird, indem AC-Test-Feinstaub in Öl verwendet wird, wobei die Abscheideeffizienz durch eine Partikelzählung bestimmt wird. Das Leistungsvermögen wird ausgedrückt bei einem β- Wert (oder Werten), der das Verhältnis der Anzahl von Partikeln ist, die größer als eine gegebene Größe in dem Staub/Ölgemisch vor einer Filtration sind im Vergleich mit jenen derselben Größe oder größer in dem Staub/Ölgemisch nach einer Filtration. PFM-Grad PFM 20 hat ein Leistungsvermögen von 22 Mikrometern bei einem β-Wert von 100 (99%).

In allen Fällen wird das Filtermedium in ein Rohr geformt (z. B. einen Zylinder), das kontinuierlich sein kann oder eine Randschweißung auf weisen kann. Das Filtermedium kann gefaltet oder ungefaltet sein.

Verbindungsverfahren

Die Verbindung zwischen den Endkappen und den Medien wird ausge führt, indem die in Fig. 1 gezeigte Aufspannvorrichtung verwendet wird. Die Aufspannvorrichtung weist eine im allgemeinen zylindrische Unterlage 20 mit einer oberen Oberfläche 21 auf, von der eine Führungsstange 22 sich erstreckt, wobei ihre Achse koaxial zu der Achse der Unterlage 20 ist. Die Unterlage 20 und die Führungsstange 22 sind aus Nylon herge stellt.

Die äußere gekrümmte Oberfläche der Unterlage 20 ist mit einer ring förmigen Nut 23 versehen, die eine wassergekühlte Arbeitswicklung 24 einer Hochfrequenz-Induktionsmaschine 25 enthält. Die Maschine 25 hat eine maximale Leistung von 3 kW und wird durch ein zehngängiges Potentiometer 26 bzw. ein Potentiometer 26 mit zehn Windungen gesteu ert, das die Leistungsabgabe zwischen 0 und 100% einstellen kann.

Die HF-Maschine 425 weist einen Ein/Aus-Schalter 35 auf, der die Dauer des Erwärmens steuert. Sie hat einen Zeitgeber 36, durch den die Dauer des Erwärmens auch gesteuert werden kann.

Ein Durchgang 27 führt von der unteren Oberfläche 28 der Unterlage 20 zu einem Querdurchgang 29, der an diametral gegenüberliegenden Seiten von der Führungsstange 22 in Richtung auf das untere Ende der Füh rungsstange 22 austritt. Der Durchgang 27 ist mit einer Argonquelle 30 verbunden.

Die obere Oberfläche 21 der Unterlage 20 und die Führungsstange 22 sind so konfiguriert, daß eine Endkappe 31 über die Führungsstange 22 gehen kann und auf der oberen Oberfläche 21 ruhen kann, wobei eine innere Oberfläche 32 der Endkappe 31 im allgemeinen horizontal ist.

Die Führungsstange 22 führt auch ein ringförmiges Führungsgewicht 33, das auf, dem oberen Ende eines zylindrischen Filtermediums 34 ruht, dessen unteres Ende auf der inneren Oberfläche 32 der Endkappe 31 ruht. Das Gewicht beträgt 4 kg, jedes andere geeignete Gewicht kann jedoch verwendet werden.

Ein Spaltring 37 ist auf das Filtermedium 34 geklemmt in Richtung auf sein unteres Ende und weist eine ringförmige untere Oberfläche 38 auf, die mit vier gleichwinklig beabstandeten Vorsprüngen 39 versehen ist. Die obere Oberfläche 21 der Unterlage 20 ist mit vier gleichwinklig beabstandeten Ausnehmungen 40 in radialer Ausrichtung mit den Vor sprüngen 39 versehen. Die Vorsprünge 39 und die Vertiefungen 40 steuern zusammen die Eindringtiefe des Filtermediums 34 in die Endkap pe 31 in einer nachfolgend beschriebenen Art. Diese Tiefe ist 1,5 mm, obwohl sie je nach Erfordernis variiert werden kann, um eine besondere Eindringung des Filtermediums 34 in die Endkappe 31 zu ergeben.

Im Gebrauch wird die Aufspannvorrichtung wie folgt betrieben:

Als erstes wird eine Endkappe 31 auf der oberen Oberfläche 21 der Unterlage 20 angeordnet. Das Filtermedium 34 ist auf der Endkappe und dem Spaltring 37 angeordnet, der um das Filtermedium 34 geklemmt ist, wobei die Vorsprünge 39 die Oberfläche 21 kontaktieren, um die axiale Position des Spaltringes 37 auf dem Filtermedium 34 festzulegen. Der Spaltring 37 und das Filtermedium 34 werden dann zusammen gedreht, bis die Vorsprünge 39 mit den Vertiefungen 40 ausgerichtet sind.

Das Führungsgewicht 33 wird dann auf dem oberen Ende des Filtermedi ums 34 angeordnet. Die Argonquelle 30 wird dann eingeschaltet, und die HF-Maschine 25 wird eine vorbestimmte Zeit lang und bei einer vor bestimmten Leistungseinstellung und einem vorbestimmten Strom in Abhängigkeit von den involvierten Materialien eingeschaltet. Das wird detaillierter nachfolgend diskutiert.

Die HF-Maschine 25 erwärmt den Rand des Mediums 34, das seinerseits die Endkappe 31 schmelzt. Wenn die Endkappe 31 geschmolzen wird, drückt das Führungsgewicht 33 das Ende des Filterelements 34 in die Endkappe 31. Die Eindringtiefe wird durch die Vorsprünge 39 gesteuert, die die Unterlagen der zugeordneten Vertiefungen 40 kontaktieren.

Die Verwendung der inerten Atmosphäre hat den sehr signifikanten Vorteil des Verhinderns einer Oberflächen-Verschlechterung der metalli schen Medien während des Verbindungsprozesses. Wenn die Endkappe aus PEEK ist, kann es z. B., wie oben angegeben, notwendig sein, die Endkappe auf eine Temperatur weit über 300°C, und möglicherweise auf 400°C bis 500°C aufwärmen, um den Verbindungsprozeß zu bewirken. Bei diesen Temperaturen können die metallischen Medien eine Ober flächenverschlechterung erleiden, wie z. B. eine Oxidation, die das Verhal ten des Filters nachteilig beeinflussen kann.

Selbst, wenn die Endkappe 31 aus einem Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt ist, hat die reduzierende Atmosphäre den Vorteil des Reduzierens oder Eliminierens einer Oberflächenverschlechterung der metallischen Medien, der erwächst, wenn große Elemente als Endkappe eingesetzt werden, und zwar als ein Ergebnis der Länge der Zeit, wäh rend der derartige Medien erwärmt werden müssen, um eine Endkappen verbindung zu erlauben.

Natürlich muß die Atmosphäre nicht Argon sein, sie könnte irgendein anderes Gas oder ein Gasgemisch sein. Die Atmosphäre kann auch eine reduzierende Atmosphäre sein, wie z. B. Wasserstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff in Argon (5 Vol.% Wasserstoff in Argon), was nicht nur eine Oberflächenverschlechterung wie z. B. Oxidation verhindern wird, sondern auch jegliche Oxide oder Kohlenstoffverunreinigungen entfernen wird, die während des Versehens mit Endkappen bzw. des Endkappen prozesses vorhanden sind.

Wenn die HF-Maschine 25 angehalten hat, wird die Argon-Quelle 30 abgeschaltet. Das Führungsgewicht 33 wird dann entfernt und der Spalt ring 37 abgeklemmt. Die verbundene Endkappe 31 und das Filtermedium 34 werden dann entfernt, und die Schritte werden wiederholt, um eine zweite Endkappe 31 mit dem anderen Ende des Filtermediums 34 zu verbinden.

Es kann notwendig sein, PEEK- und Polyester-Endkappen vor einem Verarbeiten zu trocknen, um irgendwelche absorbierte Feuchtigkeit zu entfernen. PEEK-Endkappen 31 können ein dreistündiges Trocknen bei 150°C und Polyester-Endkappen 31 ein zehnstündiges bei 121°C erfordern. Die getrockneten Endkappen sollten innerhalb von drei Stunden nach dem Trocknen verwendet werden, um Feuchtigkeitsabsorption vor einer Montage zu vermeiden. Die Leistungsabgabe der HF-Maschine 25 und die Dauer der Leistungsabgabe müssen eingestellt werden, um die Mate rialien der Endkappe 31 und des Mediums 34 zu berücksichtigen. Wenn eine hohe Leistung während einer kurzen Zeit verwendet wird, wird das Medium 34 schnell die gewünschte Temperatur erreichen, um die End kappe 31 zu schmelzen und zu durchdringen, ohne eine große Menge an Wärme zu absorbieren. Das ist so wegen der unmittelbaren lokalen Induktionsfläche: nur in der Oberfläche des Mediums 34 neben der Arbeitswicklung 24. Die Polymer-Endkappe 31 wird nicht direkt durch die Arbeitswicklung 24 erwärmt, da Wärme nur in leitenden Materialien induziert werden kann. In ähnlicher Weise wird die aus Nylon aufgebau te Aufspannvorrichtung durch Induktionserwärmen nicht beeinflußt. Wenn eine größere Wärmeeindringung erforderlich ist, dann erlaubt eine länge re Dauer; daß sich die Wärme durch Leitung ausbreiten kann. Wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist, wird jedoch signifikant mehr Wärme absorbiert worden sein, und das Medium 34 wird länger brauchen, um sich abzukühlen.

Tabelle 2 unten zeigt die Leistung und die Dauer für die verschiedenen Kombinationen von Kappenmaterial und Mediummaterial, das beispielhaft oben dargestellt ist. Es ist klar; daß andere Leistungen und Zeitdauern notwendig sein können für andere Kombinationen von Kappenmaterial und Mediummaterial.

Tabelle 2

Man erkennt, daß die größte Erwärmungszeit von PEEK-Endkappen 31 mit Filtermedien 34 aus RIGIMESH oder PFM erforderlich ist. Es ist möglich, diese Zeit auf etwa 18 s zu reduzieren, indem 80% Leistung verwendet werden, die reduzierte Zeit erlaubt es im allgemeinen jedoch nicht, daß das PEEK gleichmäßig in die Filtermedien 34 strömt. Es könnte möglich sein, dies mit einem PEEK-Leichtstrom-Typ der oben diskutierten Art zu überwinden.

Es ist natürlich klar, daß die Geometrie der Arbeitsspule bzw. -wicklung 24 und die Anzahl ihrer Windungen ausgewählt werden, um ein optima les Leistungsverhalten zu ergeben. Die Geometrie der Arbeitsspule 24 sollte eng dem Profil des Probenstückes folgen. Ein möglichst kleiner Spalt zwischen der Arbeitsspule 24 und der Endkappe 31 ist bevorzugt, um die größte Effizienz durch Erhöhen der Fluß-Konzentration zu erge ben. Da der erzeugte Fluß proportional der Anzahl der Windungen in der Arbeitsspule ist, ist es wünschenswert, so viel Windungen wie mög lich für die gegebene Fläche der oberen Oberfläche 21 zu wickeln, wobei ein Innendurchmesser, der kompatibel mit dem gewünschten Kop peln mit den Medien 34 beibehalten wird.

Blasenpunkt-Test

Die Filterelemente, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, indem die Kombinationen von Tabelle 2 verwendet wurden, wurden auf die Unversehrtheit ihrer Verbindung getestet, indem ein Blasenpunkt-Test angewendet wurde. In einem derartigen Test wird das Filterelement in ein Isopropyl-Alkohol-(IPA)-Bad getaucht, um alle Poren zu benetzen. Dann wird Druck an das Innere der Struktur angelegt, und der Druck, der benötigt wird, daß die erste oder anfängliche Luftblase auf der äußeren Oberfläche des Elementes erscheint, wird aufgezeichnet.

Für das poröse Medium allein wird der Blasenpunkt (d. h. der Druck, bei dem die erste oder anfängliche Luftblase erscheint) auf die Porengröße des Mediums bezogen. Wenn die Verbindung zu den Endkappen 31 und dem Medium 34 Spalten oder Durchgänge läßt, die größer sind als die Porengröße des Mediums, dann wird das zu Lasten der Unversehrtheit des Elements gehen.

Die Ergebnisse der Blasenpunkt-Tests für die Elementkonfigurationen von Tabelle 2 waren äquivalent zu den Elementen mit an Metallmedien geschweißten Endkappen oder besser als diese.

Unversehrtheits- bzw. Integritätstest

Der oben beschriebene Blasenpunkt-Test ist ein Maß der Integrität der Verbindung zwischen der Endkappe 31 und dem Filterelement 34. Er simuliert jedoch nicht genau einen "In-Betrieb"-Zustand eines Filterele ments. Um derartige Bedingungen besser zu simulieren, ist es notwendig, eine signifikante Druckdifferenz über die Filterelemente bei einer angeho benen Temperatur beizubehalten. Die Unversehrtheit bzw. Integrität der Verbindung nach einem wiederholten Ersetzen der Endkappen 31 wird mit dieser Art auch getestet.

Um einen derartigen Test für die oben beschriebenen Filterelemente auszuführen, wurde eine Probe eines Filterelements der oben beschriebe nen Arten in der nachfolgenden Art behandelt. Als erstes wurden nach einem anfänglichen Versehen mit einer Endkappe die Endkappen 31 entfernt und in das Filterelement 34 mit neuen Endkappen 31 versehen, die dann entfernt und durch weitere neue Endkappen 31 ersetzt wurden. Die Oberfläche des Filtermediums 34 wurde dann mit einem Schrumpf wickelrohr (shrink wrap tube) derart abgedichtet, das unter dem Waren zeichen EMS 2 101.6 von Egerton Power Products vertrieben wird.

Jedes Filterelement wurde dann auf einer in Tabelle 3 unten angegebe nen Temperatur bei einer Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Filterelements gehalten, wie in Tabelle 3 unten angegeben.

Tabelle 3

Nach dem 24-Stunden-Temperatur-/Drucktest wurden alle Filterelemente dem Blasentest unterzogen, wie oben beschrieben. Es wurde herausgefun den, daß sie alle Blasenpunkte aufwiesen, die äquivalent den Elementen mit an Metallmedien geschweißten Metall-Endkappen oder besser als diese waren.

Zugspannungstest

Gewisse Filterelemente, die wie beispielhaft oben angegeben hergestellt wurden, wurden getestet, um die Last zu bestimmen, die an die Endkap pe 31 in der Richtung der Achse des Filterelements angelegt werden muß, die benötigt wird, um einen Ausfall des Filterelements zu ver ursachen. Dieser Ausfall ist entweder ein Ausfall der Kappe 31 selbst oder ein Ausfall der Verbindung zwischen der Endkappe 31 und dem Filtermedium 34.

Die Tests wurden ausgeführt, indem die Aufspannvorrichtung von Fig. 2 angewendet wurde. Diese Aufspannvorrichtung weist zwei Kupplungen 41 auf, die koaxial mit der Achse des Filterelements angeordnet sind und im Eingriff mit jeweiligen Endkappen 31 des Filterelements sind.

Jede Kupplung 41 weist einen Spalt-Haltering 42 auf, der die zugeord nete Endkappe 31 aufnimmt und der einen Flansch 43 aufweist, der an dem peripheren Rand der inneren Oberfläche 32 der zugeordneten Endkappe 31 anlegt. Jeder Spalt-Haltering 42 ist mit einem Befestigungs teil 44 verbunden, das seinerseits mit der Last verbunden ist. Die Last wird entlang der gemeinsamen Achsen der Kupplungen 41 und des Filterelements angelegt.

Die Ergebnisse dieses Tests sind in Tabelle 4 unten angegeben.

Tabelle 4

Wiederverwenden von Elementen

Nichtrostende Stahlfiltermedien 34 können chemisch gereinigt werden, ohne entweder PEEK- oder Polypropylen-Endkappen 31 zu beeinflussen. Somit können derartige Filterelemente gereinigt und wiederverwendet werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Polyester-Endkappen 31 können gereinigt werden, weisen jedoch einen reduzierten Bereich chemischer Kompatibilität auf, im Vergleich zu Elementen mit PEEK- und Polypropylen-Kappen. Zusätzlich können die Endkappen 31 entfernt und durch neue Endkappen ersetzt werden. Polyester-Endkappen 31 können 100%ig durch Chemikalien aufgelöst werden. Polypropylenendkap pen 31 können durch Schmelzen und Verbrennen entfernt werden. Die PEEK-Endkappen 31 können leicht entfernt werden, und zwar chemisch oder durch Verbrennen.

Alle Endkappen können jedoch durch die nachfolgende Prozedur entfernt werden, indem eine modifizierte Form der Aufspannvorrichtung von Fig. 1 verwendet wird. Diese modifizierte Aufspannvorrichtung ist in Fig. 3 gezeigt, und die Teile, die in der Vorrichtung von Fig. 1 und Fig. 3 gleich sind, behalten dieselben Bezugsziffern und werden nicht im Detail beschrieben.

Bei der Vorrichtung von Fig. 3 sind die Führungsstange 22 und das Führungsgewicht 33 weggelassen. Der Argon-Einlaßdurchgang 27 tritt somit an der oberen Oberfläche 21 der Unterlage 20 heraus. Eine zylindrische Kapsel 45, die an ihrem oberen Ende geschlossen ist, weist ein offenes unteres Ende auf, das auf die obere Oberfläche 21 der Unterlage paßt, um eine Kammer zum Einschließen eines Filterelements zu schaffen.

Im Gebrauch ist eine Endkappe 31 eines Filterelements auf der oberen Oberfläche 21 der Unterlage 20 angeordnet. Die Kapsel 45 wird dann über das Element angeordnet und auf der oberen Oberfläche 21 befe stigt.

Die Argon-Quelle 30 wird dann eingeschaltet, um die Kapsel 45 mit Argon zu füllen, um jegliche Luft in der Kapsel 45 durch die Öffnung 46 herauszuspülen. Die HF-Maschine 25 wird dann eine Zeitlang einge schaltet, die ausreichend ist, um die Verbindung zwischen der Endkappe 31 und dem Filtermedium 34 zu schmelzen, wonach sie abgeschaltet wird. Die inerte Atmosphäre wirkt wiederum zur Verhinderung der Ober flächenverschlechterung des Filterelementes 34. Die Argon-Quelle 30 wird dann abgeschaltet und die Kapsel 45 entfernt.

Die Endkappe 31 kann dann von dem Filtermedium 34 getrennt werden, falls notwendig, mit einem geeigneten Werkzeug abgebaut werden. Die Prozedur wird dann für die andere Endkappe 31 wiederholt.

Nachdem die Endkappen 31 entfernt worden sind, können neue Endkap pen mit dem Filtermedium 34 wie oben unter Bezug auf Fig. 1 be schrieben, verbunden werden. Wie unter "Unversehrtheitstesten" beschrie ben wurde, kann diese erneute Verbindung erreicht werden, ohne daß die Blasenpunkt-Leistungsfähigkeit des Filterelements nachteilig beeinflußt wird. Nachdem die Endkappen 31 entfernt worden sind, können kleine Anlagerungen eines Polymers verbleiben, und zwar insbesondere auf be schichteten Medien. Das beeinflußt nicht ein erneutes Versehen mit einer Endkappe, vorausgesetzt, daß der gleiche Typ in der Polymer-Endkappe verwendet wird.

Es versteht sich, daß andere Materialien als die oben beschriebenen verwendet werden können. Z.B. kann Polyethersylfon (PES) verwendet werden. Außerdem kann die Konfiguration der Endkappen 31 und der Filtermedien 34 eine andere als die oben beschriebene sein. Die End kappen 31 können in der Form von Adaptern oder Leitflügel (bombfin)- Endkappen sein, wobei die Form der Aufspannvorrichtung von Fig. 1 entsprechend angepaßt ist.

Die oben beschriebenen Konstruktionen unter Bezug auf die Zeichnungen haben eine Reihe von Vorteilen. Diese sind folgende:

1. Die Verwendung einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre reduziert oder verhindert eine Oberflächenverschlechterung des metallischen Mediums, insbesondere bei höheren Temperaturen und/oder während der Verbindung von großen Filtermedien mit Endkappen.
2. Die Endkappen 31 können fest an dem Filtermedium 34 ohne Stauchen oder Verfestigen des Mediums befestigt sein. Das vermei det eine mögliche Beschädigung (wie durch den Blasenpunkt gemes sen) und/oder das Entstehen von Splittern während der Herstellung.
3. Die Filtermedien 34 können vollständig passiviert und vor dem Anpassen der Endkappen gereinigt werden, da kein Metallschweiß prozeß notwendig ist.
4. Die Endkappen 31 können von den Filtermedien 34 entfernt werden, womit die Medien wiedergewonnen oder gereinigt und durch neue Endkappen 31 ersetzt werden können.
5. Die Filtermedien 34 können besser gereinigt werden ohne Entfernen der Endkappen, weil eine Verfestigung der Ränder der Medien eliminiert wird und somit das Element recycled werden kann.
6. Ein Gießen der Kunststoffkappen 31 benötigt weniger Arbeitszeit als eine spanende Formgebung aus einem Festkörper, und somit sind Kunststoffendkappen weniger teuer.
7. Gegossene Kunststoff-Endkappen sind von sich aus weniger teuer als eine spanende Bearbeitung aus einem Festkörper, da weniger Materi al verwendet wird.
8. Da die Kunststoffendkappen 31 leichter als ähnliche, nichtrostende Stahl-Endkappen sind, ist das Gewicht des Filterelements reduziert.
9. Die Auslegung bzw. der Entwurf wird Totgebiete (Nichtströmungs gebiete) an der Verbindung der Endkappen 31 und der Filtermedien 34 beseitigen. Das verhindert ein Blockieren der Filtratströmung, was zu Mengen an Filterfluid (oder reinigenden Materialien) führen könnte, die innerhalb der Filtermedien 34 zurückgehalten werden und sich anstauen.
10. Die Endkappen 31 sind von sich aus flexibel und können somit angepreßt werden, um Herstellungstoleranzen zwischen dem Filter element und dem zugeordneten Gehäuse aufzunehmen.
11. Eine gegebene spritzgegossene Endkappe kann für mehr als einen Typ eines Filterelements verwendet werden, da eine spezifische Größe einer Ausnehmung oder einer Haltevorrichtung für den Mon tageprozeß nicht erforderlich ist.

Es versteht sich, daß die Erfindung auf jegliches Filtermedium angewen det werden kann, gleich ob zylindrisch oder in einer anderen Form, das aus Metall hergestellt ist. Das schließt Filtermedien oder andere Metalle ein, wie z. B. Bronze oder Aluminium. Jeder Rand solcher Medien kann mit einer Polymer-Endkappe verbunden werden, wie es oben unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurde. Tatsächlich muß die Verbindung keine Endkappe sein, die Verbindung könnte irgendein Polymerträger sein. Das geeignete thermoplastische Material kann für die Endkappen 31 oder einen anderen Träger verwendet werden und wird in der Praxis gemäß den Anwendungsbedingungen ausgewählt. Das Element muß nicht, wie oben beschrieben, erwärmt werden, es könnte in irgendeiner ge eigneten Art erwärmt werden, z. B. durch eine der nachfolgenden Arten:

1. Erwärmen des gesamten Metallelements auf eine Temperatur von etwa 260°C und dann Einfügen eines Randes der Medien in einen Träger (der selbst vorgewärmt sein kann).
2. Erwärmen des Metallelements und dann einfügen des Elements in einen teilweise geschmolzenen Träger.
3. Erwärmen des Metallelements, indem eine Mikrowellenquelle ange wendet wird.
4. Verbinden des Elements und des Trägers durch eine Reibschweiß technik.
5. Erwärmen des Metallelements direkt oder mit Infrarotstrahlung und dann Einfügen des Elements in den Träger (der selbst vorgewärmt sein kann).

Claims

1. Filterelement, das ein Filtermedium (34) aus Metall und einen Träger (31) aus einem Polymermaterial aufweist, die an einem Rand des Filtermediums (34) durch einen induktiven Erwärmungsprozeß verbunden werden.

2. Filterelement, das ein Filtermedium (34) und einen Träger (31) aus einem Polymermaterial aufweist, die an einem Rand des Filtermedi ums in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre verbunden werden.

3. Filterelement gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger eine Endkappe (31) ist und das Filtermedium (34) zylindrisch ist, wobei ein Ende des Filtermediums (34) zylindrisch ist, wobei ein Ende des Filtermediums (34) mit der Endkappe (31) verbunden ist.

4. Filterelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die End kappe (31) aus Polyester, Polypropylen oder Polyetheretherketon ist.

5. Filterelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Filter medium (34) aus gesintertem Metallpulver oder aus gewebtem Drahtgeflecht oder aus untereinander verwebten feinen Metallfasern besteht.

6. Verfahren zum Herstellen eines Filterelements, das aufweist:
Umgeben eines metallischen Filtermediums (34) und eines Trägers (31) aus einem Polymermaterial mit einer inerten oder reduzieren den Atmosphäre, Erwärmen mindestens eines Randes des Filter mediums (34), um den Träger (31) zu schmelzen, und dann Ein fügen des erwärmten Randes des Filtermediums (34) in das ge schmolzene Polymermaterial des Trägers (31), um das Filtermedium (34) und den Träger (31) zu verbinden.

7. Verfahren zum Herstellen eines Filterelements, das aufweist:
Kontaktieren eines Randes eines metallischen Filtermediums (34) mit einem Träger (31) eines Polymermaterials und dann Erwärmen des Filtermediums durch einen induktiven Erwärmungsprozeß (24), um das Schmelzen mindestens eines Bereichs des Trägers (31) zu bewir ken und dann Einfügen des Randes des Filtermediums (34) in den geschmolzenen Träger, um den Rand und den Träger (31) zu ver binden.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Erwärmen ein induktiver Erwärmungsprozeß (24) ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, das aufweist:
Anordnen des Randes des Filtermediums (34) in Kontakt mit dem Träger (31), Anlegen einer Kraft (33), die den Träger (31) und das Filtermedium (34) zusammendrückt, und dann induktives Erwärmen des Filtermediums (34), so daß die Kraft (33) den Rand des Filter mediums (34) in den geschmolzenen Träger (31) drückt.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, das weiterhin ein Steuern der Einfügetiefe des Filtermediums (34) in den Träger (31) aufweist, so daß die Tiefe eine vorbestimmte Tiefe ist, die kleiner als die Dicke des Trägers (31) an dem Punkt der Einfügung ist.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Träger eine Endkappe (31) und das Filtermedium zylindrisch ist, wobei ein Ende des Filtermediums (34) den Rand bildet.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, das weiterhin aufweist:
Schmelzen eines Trägers (31), der mit einem Filtermedium (34) verbunden ist, Entfernen des Trägers (31) von der Verbindung mit dem Filtermedium (34) und dann Verbinden eines weiteren Trägers (31) mit dem Metallfiltermedium (34) in dergleichen Art wie die Verbindung des zuerst erwähnten Trägers (31).

13. Vorrichtung zum Verbinden oder Lösen eines Polymerträgers (31) mit bzw. von einem Metallfiltermedium (34), die aufweist:
eine Unterlage (20) mit einer Oberfläche (21) zum Tragen eines Trägers (31), eine Erwärmungsvorrichtung (24), die auf der Unter lage (20) zum Erwärmen mindestens eines Randes eines Metall filtermediums (34) getragen ist, eine Einrichtung (27, 29, 30, 32) zum Bereitstellen einer inerten oder einer reduzierenden Atmosphäre in der Zone des Randes, so daß, wenn der Rand des Filtermediums (34) den Träger (31) in einer vorbestimmten Anordnung berührt, die Kante in den Träger (31) eingefügt wird, wenn der Träger (31) durch das erwärmte Metallfiltermedium (34) geschmolzen worden ist.

14. Vorrichtung zum Verbinden oder Lösen eines Polymerträgers (31) mit bzw. von einem Metallfiltermedium (34), die aufweist:
eine Unterlage (20) mit einer Oberfläche (21) zum Tragen eines Trägers (31), eine Induktionserwärmungsvorrichtung (24), die auf der Unterlage (20) zum Erwärmen des Metallfiltermediums (34) getragen ist, so daß, wenn ein Rand des Filtermediums (34) den Träger (31) in einer vorbestimmten Anordnung berührt, die Kante in den Träger (31) eingefügt wird, wenn der Träger (31) durch das erwärmte Metallfiltermedium (34) geschmolzen worden ist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Vorrichtung zum Bereit stellen einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre einen Durch gang (27, 29) aufweist, der in der Unterlage (20) zum Liefern eines inerten oder reduzierenden Gases zu dem Inneren des Filtermediums (34) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Erwärmungsvor richtung eine Induktionserwärmungsvorrichtung (24) ist.

17. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Filtermedium (34) zylindrisch ist, wobei der Rand durch ein Ende des Mediums (34) ausgebildet ist, und eine Führung vorgesehen ist, die eine längliche Stange (22) aufweist, die von der Unterlage (20) vorsteht und sich durch das Innere eines dadurch getragenen zylin drischen Filtermediums (34) erstreckt, wobei die Führung das Filter medium (34) so führt, daß der Rand den Träger (31) in der vorbe stimmten Position berührt.

18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei eine Einrichtung (33) zum Drücken eines Randes eines Filtermediums (34) in Kontakt mit einem Träger (31) vorgesehen ist, der durch die Unterlage (20) getragen ist, um den Rand in den Träger (31) zu drücken, wenn der Träger (31) durch das Filtermedium (34) ge schmolzen worden ist.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die Drückeinrichtung ein Gewicht (33) zum Kontaktieren eines Randes des Filtermediums (34) gegenüber dem Rand des Filtermediums (34) aufweist, das den Träger (31) kontaktiert.

20. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Einrichtung (37, 38, 39, 40) zum Begrenzen der Tiefe vorgesehen ist, bis zu der das Filtermedium (34) in den Träger (31) eingefügt wird, wenn der Träger (31) durch das Filtermedium (34) geschmolzen worden ist.

21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei ein Filtermedium (34) zylin drisch ist und ein Ende des Mediums (34) den Rand bildet, wobei eine begrenzende Einrichtung einen Kragen (37) zu einem Anbrin gen an dem zylindrischen Filtermedium (34) aufweist, wobei der Kragen (37) eine Oberfläche (38) hat, die im Gebrauch neben der den Träger tragenden Oberfläche (21) der Unterlage (20) angeordnet ist, wobei der Kragen (37) auf der Oberfläche (38) einer Vielzahl von Vorsprüngen (39) in radialer Ausrichtung mit einer entsprechen den Anzahl von zusammenwirkenden Vertiefungen (40) in der Unter lagenoberfläche (21) aufweist, wobei der Kragen (37) an dem Filter medium angebracht ist, wobei die Vorsprünge (39) die Unterlagen oberfläche (21) kontaktieren, um die axiale Position des Kragens (37) entlang dem Filterelement (34) festzulegen, wobei der Kragen (37) dann so drehbar ist, daß die Vorsprünge (39) mit den Ver tiefungen (40) ausgerichtet sind, wobei die Vorsprünge (39) in die Vertiefungen (40) eintreten, wenn der Träger (31) durch das Filter medium (34) geschmolzen wird, und der Rand des Filtermediums (34) in den Träger (31) eintritt, wobei die Vorsprünge (39) die Vertiefungen (40) kontaktieren, nachdem das Filtermedium (34) in den Träger (31) auf einer vorbestimmten Tiefe eingetreten ist, um so die Tiefe zu bestimmen.