DE4403652A1 - Verfahren zum Herstellen von Rohrmembranen und danach hergestellte Rohrmembran - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohrmembranen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine nach diesem Verfahren hergestellte Rohrmem­ bran mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 5.

Rohrmembrane sind Filterelemente, bei denen ein beispielsweise aus flüssigkeits- und/oder gasdurchlässigem Vliesmaterial bestehender rohr­ förmiger Trägerkörper auf einer Oberfläche, insbesondere der Innensei­ te, eine Filterschicht oder Membranschicht aufweist, deren Porosität geringer als die des Vliesmateriales des Rohrkörpers ist. Derartige Rohrmembrane sind zur ultrafeinen Filtration von Flüssigkeiten, insbe­ sondere auch in der Lebensmittelindustrie, vorgesehen.

Es ist bekannt (JP 57-154 447), den Träger von Rohrmembranen dadurch herzustellen, daß aus einem thermoplastischen Vlies ein Rohrkörper wen­ delförmig gewickelt wird, wobei die aneinanderstoßenden oder sich teil­ weise überlappenden Längskanten des bahnförmigen thermoplastischen Vlieses miteinander verschweißt werden. Danach wird auf die innere Oberfläche des Rohrkörpers die eigentliche Membran aufgebracht, und zwar mittels Auftragens einer Membranziehlösung und anschließender Ver­ festigung in einem Fällbad.

Bei dieser Art der Herstellung von Rohrmembranen hat die fertige Rohr­ membran eine relativ niedrige mechanische Stabilität. Falls in oder an der wendelförmig verlaufenden Schweißnaht ein Fehler auftritt, führt dieser direkt zu einer Undichtigkeit der Rohrmembran. Rohrmembrane die­ ser Art werden in der Praxis in einer Vielzahl zu einem Bündel zusammen in Halter vergossen, so daß die geringste Undichtigkeit eines einzigen Membranrohres den Austausch eines gesamten Bündels von Membranrohren erforderlich macht.

Dieses Problem tritt besonders dann auf, wenn aufgrund hoher pH-Werte der Flüssigkeiten, die mit den Membranrohren gefiltert werden sollen, Polyestervliese wegen deren Hydrolyseempfindlichkeit im alkalischen Bereich nicht verwendet werden können und man auf Polypropylen zurück­ greifen muß. Polypropylen hat im Vergleich zu Polyester eine wesentlich schlechtere Verschweißbarkeit, was eine schlechtere Haltbarkeit der Schweißnaht zur Folge hat, so daß es bei Verwendung von Polypropylen als Vliesmaterial für das Trägerrohr leicht zum Bruch der Schweißnaht kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, mechanisch hochstabile Rohrmembrane der­ art herstellen zu können, daß eventuell an einer Schweißnaht auftreten­ de Fehler nicht zur Undichtigkeit der Membran insgesamt führen, sondern die volle Funktionsfähigkeit der Rohrmembran auch bei kleineren Fehlern in der Schweißnaht bzw. in den Schweißnähten gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist. Außerdem wird diese Auf­ gabe mit einer Rohrmembran mit den Merkmalen des Patentanspruches 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der das Verfahren und die Rohrmembran betreffenden jeweiligen Unteransprü­ che.

Erfindungsgemäß besteht der rohrförmige Träger der Membran aus zwei ineinandersteckenden rohrförmigen Lagen aus wendelförmig gewickeltem Vliesmaterial, das aus Polypropylen oder Polyester bestehen kann und das an den aneinanderstoßenden oder einander überlappenden Längskanten des bahnförmigen Vliesmaterials wendelförmig verschweißt ist. Das Mate­ rial für beide Vlieslagen ist so gewählt, daß jede Vlieslage für sich allein den vollen Belastungen unter Betriebsbedingungen wie Druck und Druckstöße, Temperatur, pH-Wert usw. standzuhalten vermag. Für beide Vlieslagen werden deshalb bevorzugt Vliese mit einer Zugfestigkeit von über 250 Newton/50 mm sowohl in Längs- als auch in Querrichtung verwen­ det.

Für die Erfindung ist es wichtig, daß die Vliese beider Lagen des Rohr­ körpers eine hinreichende Durchlässigkeit aufweisen. Ist die Durchläs­ sigkeit zu niedrig, kann nur ein kleiner Anteil der Membranziehlösung in das betreffende Vlies eindringen, so daß nach Verfestigen der Mem­ branziehlösung die entstandene Membran sich nur wenig im Vlies sozusa­ gen verhakt und die Membran nur mit geringer Haftung auf dem Vlies an­ gebracht ist. Andererseits muß die Durchlässigkeit des Vliesmaterials nach oben begrenzt sein, da anderenfalls die Membranziehlösung mehr oder weniger vollständig in das Vlies eindringt und damit als Membran­ material verloren ist. Als bestens geeignet erwiesen sich Vliese mit einer Durchlässigkeit für Luft von 0,1 bis 0,25 m³/s/m² bei einem Druck von 2 mbar.

Die Auswählbarkeit unter industriell angebotenen Vliesen wird dadurch begrenzt, daß für das Innere der beiden Rohre des rohrförmigen Trägers nur Vliese verwendet werden dürfen, die auf der Membranseite, also der Seite, auf welche die Membran aufgebracht wird, möglichst wenig hoch­ stehende Fasern aufweist, da solche hochstehende Fasern Löcher in der Membranschicht verursachen können.

Die industriell angebotenen Vliese, welche die zuvor genannten gefor­ derten Eigenschaften aufweisen, haben eine Dicke von ca. 0,2 bis 0,3 mm.

Außerdem ist ein weiteres Problem zu berücksichtigen. Bedingt durch die geforderte Dicke des für das innere Rohr des rohrförmigen Trägers ver­ wendeten Vlieses ergibt sich durch wendelförmiges Wickeln des band- oder streifenförmigen Vlieses eine Überlappungskante mit einer Dicke von 0,4 bis 0,6 mm. Die Dicke der Schweißnähte soll aber nicht größer als die Dicke oder Wandstärke des aus Vlies bestehenden Rohrmaterials im Bereich außerhalb der Schweißnähte sein.

Das innere Rohr des rohrförmigen Trägers wird also aus einem bandförmi­ gen Vliesmaterial wendelförmig so gewickelt, daß sich zunächst die mit­ einander zu verschweißenden Längskanten gegenseitig überlappen. Danach erfolgt die Verschweißung dieses inneren Rohres entlang den einander überlappenden Längskanten des bandförmigen oder streifenförmigen Vlies­ materials, und zwar derart, daß die Dicke der fertiggestellten Schweiß­ naht praktisch gleich der Dicke des Vliesmaterials ist.

Für die Qualität des fertigen rohrförmigen Trägers ist es von entschei­ dender Bedeutung, daß das aus einer weiteren Vlieslage hergestellte äußere Rohr eng auf dem inneren Rohr aufliegt. Daher darf das äußere Rohr auf das innere Rohr nicht aufgewickelt werden, bevor die aus Vliesmaterial bestehende Wendel des inneren Rohres verschweißt worden ist. Anderenfalls ergäbe sich ein räumlicher Abstand zwischen den Vlieslagen des inneren und äußeren Rohres, so daß die äußere Vlieslage bzw. das äußere Rohr keinen Beitrag zur Druckstabilität des rohrförmi­ gen Trägers der Rohrmembran liefern könnte.

Erfindungsgemäß wird daher zunächst das innere Rohr des rohrförmigen Trägers aus Vliesmaterial wendelförmig gewickelt und zu einem Rohrkör­ per im Überlappungsbereich der Wendellagen verschweißt. Wegen der Poro­ sität des eingesetzten Vliesmaterials ist es nötig, das Vliesmaterial im Bereich der Schweißnaht so zusammenzudrücken, daß eine glatte, das heißt über die Dicke des Vliesmaterials nicht überstehende, Schweißnaht gebildet wird. Danach wird das äußere Rohr um das innere Rohr aus band­ förmigem oder streifenförmigem Vliesmaterial wendelförmig gewickelt und dann ebenfalls wendelförmig verschweißt.

Die Überlappungskanten der äußeren Vlieslage werden also in einem wei­ teren Arbeitsgang miteinander verschweißt, wobei die Verschweißung nicht nur im Bereich der Überlappungskante erfolgt, sondern durch ver­ stärkte Energiezufuhr auch bis in die darunterliegende Vlieslage des inneren Rohres sich fortsetzt und somit eine Verbindung zum inneren Rohr des rohrförmigen Trägers herstellt.

Durch das Verschweißen des äußeren Rohres mit dem inneren Rohr des rohrförmigen Trägers ergibt sich eine bedeutende Produktsicherheit der Rohrmembran, weil Fehler der Schweißnaht des inneren Rohres oder auch des äußeren Rohres die Haltbarkeit bzw. Sicherheit des rohrförmigen Trägers insgesamt nicht beeinträchtigen. Da das innere Rohr und das äußere Rohr für sich allein die notwendige Stabilität und Sicherheit des rohrförmigen Trägers der Rohrmembran gewährleisten, können Fehler in den Schweißnähten des inneren oder äußeren Rohres problemlos ausge­ glichen werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Herstellung einer er­ findungsgemäßen Rohrmembran und der fertiggestellten erfindungsgemäßen Rohrmembran schematisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 ein Schema für das Wickeln des doppellagigen rohr­ förmigen Trägers der Rohrmembran und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Seitenwand der ferti­ gen Rohrmembran.

Aus zwei aus bandförmigem Vliesmaterial bestehenden Streifen (1 und 2) wird ein doppellagiger rohrförmiger Träger (3) derart hergestellt, daß zunächst ein inneres Rohr (4) aus dem Streifen (1) gewickelt wird, wor­ aufhin die einander überlappenden Längskanten (5 und 6) mittels einer wendelförmig verlaufenden Schweißnaht (7) zu dem Rohrkörper verschweißt werden. Die Verschweißung erfolgt vorzugsweise mittels Ultraschall und derart, daß die im Oberlappungsbereich des gewendelten Streifens (1) vorgesehene Schweißnaht (7) dieselbe Dicke wie das anschließende Vliesmaterial des Streifens (1) aufweist, wie Fig. 2 zeigt.

Auf das so hergestellte innere Rohr (4) wird sodann aus dem Streifen (2) ein äußeres Rohr (8) wendelförmig gewickelt, woraufhin die einander überlappenden Längskanten (9 und 10) durch eine weitere wendelförmig verlaufende Schweißnaht (11) zu dem äußeren Rohr (8) verschweißt wer­ den. Die am äußeren Rohr (8) gebildete Schweißnaht (11) wird jedoch durch erhöhte Energiezufuhr, vorzugsweise Ultraschallenergie, bis in das innere Rohr fortgesetzt, so daß sich eine innige Verbindung zwi­ schen dem inneren Rohr (4) und dem auf diesem dicht aufliegenden äuße­ ren Rohr (8) ergibt und somit beide Rohre (4 und 8) jeweils volle Funk­ tionsfähigkeit aufweisen und bei Dichtigkeitsfehlern dem einen oder anderen Rohr das jeweils andere Rohr die Betriebsfunktion der fertigen Rohrmembran (12) gewährleistet.

Nach Fertigstellung des aus Vliesmaterial bestehenden doppellagigen rohrförmigen Trägers (3) wird auf die Innenseite desselben die für die Filtration bestimmte Membranschicht (13) aufgebracht. Wie Fig. 2 zeigt, überdeckt die Membranschicht (13) auch die Schweißnähte (7 und 11), so daß die Membranschicht (13) auch hier voll funktionsfähig ist, weil das durchtretende zu filternde Material seitlich der jeweiligen Schweißnäh­ te (7 und 11) abströmen kann.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Rohrmembranen, bei dem aus strei­ fenförmigem durchlässigen Vliesmaterial ein rohrförmiger Träger wendelförmig mit einander überlappenden Längskanten gewickelt wird und die einander überlappenden Längskanten sodann derart miteinander verschweißt werden, daß die Schweißnähte in Flucht mit dem gewendelten streifenförmigen Vliesmaterial liegen, wor­ aufhin auf eine Oberfläche, vorzugsweise die Innenseite, des rohrförmigen Trägers eine Membranschicht mittels Auftragen ei­ ner Membranziehlösung und Verfestigung in einem Fällbad aufge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Wickeln und Verschweißen des rohrförmigen Trägers und vor dem Aufbringen der Membranschicht auf den rohrförmigen Trä­ ger eine weitere rohrförmige Lage aus streifenförmigem durch­ lässigen Vliesmaterial versetzt zur ersten Lage wendelförmig aufgewickelt wird und die einander überlappenden Längskanten dieser zweiten Lage mit dem Vliesmaterial des darunter befind­ lichen Rohrkörpers verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wendel­ förmig gewickelten streifenförmigen Vliesmaterialien mittels Ultra­ schall verschweißt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Träger aus thermoplastischem Vliesmaterial hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermo­ plastische Vliesmaterial aus Polyester oder Polypropylen besteht.

5. Rohrmembran, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprü­ che 1 bis 4, mit einem aus wendelförmig gewickeltem streifenförmi­ gen durchlässigen Vliesmaterial, dessen Längskanten miteinander verschweißt sind, bestehenden Rohrkörper und einer auf einer der Oberfläche des Rohrkörpers vorgesehenen Membranschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (3) ein doppellagiges bzw. doppelwandiges Trägerrohr ist, wobei die Schweißnähte (7 und 11) des inneren Rohres (4) und des äu­ ßeren Rohres (8) gegeneinander versetzt sind und die Schweiß­ naht (11) des äußeren Rohres (8) sich in das innere Rohr (4) fort setzt.

6. Rohrmembran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (7, 11) der beiden Rohre (4, 8) ebenso dick wie das jeweils beidseitig anschließende Vliesmaterial sind.

7. Rohrmembran nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vliesmaterial beider Rohre (4, 8) gleiche Durchlässigkeit und glei­ che Festigkeitseigenschaften aufweist.

8. Rohrmembran nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vliesmaterial beider Rohre (4, 8) eine Zugfestigkeit von mindestens 250 Newton/50 mm sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung der Streifen (1 bzw. 2) hat.

9. Rohrmembran nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vliesmaterial beider Rohre (4, 8) eine Durchlässigkeit für Luft von 0,1 bis 0,25 m³/s/m² bei einem Druck von 2 mbar auf­ weist.

10. Rohrmembran nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die die beiden Rohre (4, 8) bildenden Streifen (1, 2) aus Vliesmaterial eine Dicke von jeweils 0,2 bis 0,3 mm aufweisen.