DE4440279A1 - Hohlzylindrisches Filterelement und damit hergestellte Filtereinheit - Google Patents
Hohlzylindrisches Filterelement und damit hergestellte FiltereinheitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Filterelement und eine Filtereinheit gemäß den Oberbegriffen der
Ansprüche 1 und 3 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Filterelements.
Zur Staubabscheidung werden häufig Filterelemente in Form von Schlauchfiltern benutzt
(DE 39 39 645 A1), die z. B. einen Durchmesser von 150 mm und eine Länge von 4000 mm
aufweisen und aus Geweben, z. B. aus einem Filz, insbesondere einem Nadelfilz, der aus natürli
chen, aber auch aus synthetischen Fasern wie z. B. Polyesterfasern hergestellt sein kann, oder
auch aus einem Faservlies bestehen. Diese Filterelemente sind in einem Rohgasraum angeordnet
und werden von außen nach innen von Rohgas durchströmt. Ihr Innenraum steht mit einem Rein
gasraum in Verbindung, der gegenüber dem Rohgasraum mit einem geringeren Druck betrieben
wird und von dem aus das gereinigte Gas die Filteranlage verläßt.
Die sich auf den Außenwänden der Filterelemente ansammelnden Staubpartikel oder anderen
Verunreinigungen bilden einen Filterkuchen, dessen Dicke bei laufendem Betrieb immer mehr
zunimmt. Daher sind den Filterelementen, sofern sie für Entstaubungsanlagen benutzt werden,
Blasleitungen zugeordnet, mittels derer ihren Innenräumen in vorgewählten Intervallen Druckluft
zugeführt werden kann. Der hierdurch schlagartig erzeugte Überdruck bewirkt ein Abwerfen des
an den Außenwänden haftenden Filterkuchens und damit eine Reinigung der Filterelemente. Mit
Hilfe von Ventilsteuerungen kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen
festgelegt werden, wie oft und wie lange der Druck- oder Spülluftstrom eingeschaltet wird.
Die bekannten Schlauchfilter bestehen aus schlaffen, nicht selbsttragenden, leicht verformbaren
Materialien. Zur Erzielung der beschriebenen Funktion werden z. B. aus einem Metall bestehen
de Stützkörbe in sie eingeschoben. Die einzige Aufgabe dieser Stützkörbe besteht darin, auch bei
dem während des Betriebs herrschenden Differenzdruck von beispielsweise 10-30 mbar
zwischen der Rohgas- und Reingasseite das Kollabieren der Filterelemente zu verhindern.
Stützkörbe dieser Art tragen erheblich zu den Gesamtkosten einer Schlauchfilteranlage bei, die
z. B. einige hundert oder tausend Filterelemente aufweisen kann. Außerdem haben sie zur Folge,
daß sich die beim kurzzeitigen, z. B. nur 50 msec dauernden Einblasen der Spülluft radial
aufgeblähten Filterelemente beim schlagartigen Abschalten der Druckluft und beim erneuten
Wiederherstellen der beim Normalbetrieb herrschenden Druckdifferenz abrupt wieder zu
sammenziehen und dadurch gegen die Stützkörbe schlagen. Dabei können auch so hohe Be
schleunigungen auftreten, daß die auf den Außenwänden sitzenden Staubpartikel allmählich das
Schlauchmaterial durchwandern und in den Reingasraum gelangen, wodurch der Staubanteil im
Reingasraum ansteigt. Außerdem werden die Standzeiten der Filterelemente aufgrund mechani
scher Beschädigungen reduziert.
Außer den beschriebenen Schlauchfiltern sind daher auch bereits selbsttragende Filterelemente
bekannt geworden, die keine Stützkörbe erfordern (DE 91 11 939 U1): Sie bestehen aus einem
Faservlies-, Nadelfilz- oder Gewebematerial, das durch Bearbeitung mit Wärme und/oder Druck,
Zugabe von Chemikalien, Aufbringen von Bindemitteln od. dgl. derart verfestigt ist, daß sich
eine selbsttragende, hohlzylindrische Röhre bilden läßt. Obwohl derartige Starrkörper-Filter
elemente grundsätzlich ohne Stützkörbe als Schlauchfilter verwendet werden können, besteht bei
ihnen das Problem, daß sie nicht für alle gewünschten Differenzdrucke geeignet sind und beim
Zuführen von Druckluft zur Spülung dazu neigen, als Ganzes radial aufgebläht zu werden, was
ihre Haltbarkeit beeinträchtigt und die Rückspüleigenschaften verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filterelemente und damit ausgerüstete Filter
einheiten der eingangs bezeichneten Gattungen so herzustellen und auszubilden, daß sie mit
höheren Unterdrucken betrieben werden können und bessere Rückspüleigenschaften aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3. Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Filterelemente ergibt sich aus der nachfolgen
den Beschreibung.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß sich die bei spiralischer bzw.
schraubenlinienförmiger Wicklung der Materialbahn durch Überlappung erhaltenen Nahtbereiche
durch das im Einzelfall gewählte Verbindungsverfahren derart versteifen lassen, daß ein spiral-
bzw. schraubenlinienförmiger Streifen entsteht, der im Vergleich zu den übrigen Bereichen der
Röhre eine merklich vergrößerte Steifigkeit besitzt und dadurch einen schraubenlinienförmigen,
nur sehr wenig flexiblen Stützkörper bildet. Eine Folge davon ist, daß das Filtermaterial, wenn es
durch Druck belastet wird, nicht mehr als Ganzes, sondern nur zonenweise zwischen benach
barten Versteifungsstegen des Filterelements hin- und herbewegt wird. Dadurch kann das
Filterelement mit höheren Drucken belastet werden, was die Haltbarkeit fördert. Durch die
Zonen unterschiedlicher Steifigkeit wird außerdem der Abwurf des an den Außenwänden
anhaftenden Filterkuchens begünstigt, wodurch das Filterelement bessere Rückspüleigenschaften
aufweist.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch die Vorderansicht einer mit erfindungsgemäßen Filterelementen bestückten
Filtereinheit für eine Entstaubungsanlage;
Fig. 2 und 3 je eine Seitenansicht und Draufsicht auf die Filtereinheit nach Fig. 1;
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt "X" eines erfindungsgemäßen Filterelements; und
Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt "Y" eines erfindungsgemäßen Filterelements.
Fig. 1 bis 3 zeigen eine aus einer Vielzahl von erfindungsgemäßen, röhrenförmigen Filter
elementen 1 zusammengesetzte Filtereinheit 2, in der die Filterelemente 1 hintereinander
angeordnet sind. Die Filtereinheit 2 enthält eine Halteplatte 3, in der eine der Zahl der Filterele
mente 1 entsprechende Anzahl von Durchgängen ausgebildet ist. Die Halteplatte 3 besteht
vorzugsweise aus einem U-förmigen Blech mit nach unten ragenden Stegen und mit einem
zwischen den oberen Enden dieser Stege liegenden Quersteg, in dem eine Reihe von Löchern
ausgebildet ist, die praktisch über die ganze Breite des Querstegs erstreckt sind. In diese Löcher
sind Hülsen eingesetzt, die mit der Halteplatte 3 fest verbunden, insbesondere mit deren Stegen
verschweißt sind. Die Hülsen können beispielsweise bündig mit der Oberseite des Querstegs
abschließen.
Während die oberen Enden der Filterelemente 1 offen sind, sind deren untere Enden mit einge
schweißten oder sonstwie befestigten Böden 9 verschlossen (Fig. 2). Außerdem kann die
Halteplatte 3 an ihren Enden mit Bohrungen 10 od. dgl. versehen sein, die zu ihrer Montage
beispielsweise in einer Entstaubungsanlage dienen.
Filterelemente und daraus hergestellte Filtereinheiten sind dem Fachmann allgemein bekannt und
brauchen daher nicht näher erläutert werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hiermit
der Inhalt von DE 91 11 939 U1 ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung
gemacht.
Die Filterelemente 1 bestehen aus einem vorzugsweise oberflächenbeschichteten Gewebe-, einem
Faservlies- bzw. Vliesstoff- oder einem Nadelfilzmaterial, wobei die Gewebe z. B. aus Kunst
stoff- oder Baumwollfäden und die Fasern aus natürlichen oder synthetischen Fasern bestehen
können. Im Gegensatz zu bekannten Filterelementen sind diese Materialien jedoch derart
verfestigt, daß keine biegeschlaffen Schläuche, sondern selbsttragende Röhren entstehen, die im
wesentlichen biegesteif sind und bei den üblicherweise herrschenden Differenzdrücken von z. B.
10-30 mbar nicht oder nur unwesentlich radial eingedrückt werden. Die Anwendung zusätzli
cher Stützkörbe bei ihrer Montage nach Fig. 1 bis 3 ist daher entbehrlich.
Die erforderliche Formstabilität und Festigkeit der Filterelemente 1 wird einerseits dadurch
erreicht, daß das Gewebe oder Nadelfilzmaterial, aus dem sie hergestellt werden, mechanisch,
thermisch und/oder chemisch mit an sich bekannten Mitteln verfestigt wird. Dabei können
insbesondere alle für die Faservlies- oder Filzverfestigung bekannten Verfahren angewendet
werden, beispielsweise das Nadeln, das Bearbeiten mit Wärme und Druck auf einem Kalander,
die Zugabe von quellend und/oder plastifizierend wirkenden Chemikalien oder das Aufbringen
von Bindemitteln od. dgl. Auch eine Oberflächenbeschichtung mit beispielsweise Teflon od. dgl.
ist möglich, falls die Materialien zusätzlich besondere Eigenschaften aufweisen und z. B. das
Reinigen erleichtern sollen. Das im Einzelfall anzuwendende Material ist anhand der erforderli
chen Filtereigenschaften, Luftdurchsätze usw. zu bestimmen, und die gewählte Verfestigungsart
sollte sicherstellen, daß die Filtereigenschaften möglichst wenig beeinträchtigt werden.
Von den im Handel erhältlichen, für die Zwecke der Erfindung geeigneten Materialien ist
insbesondere ein Material zu nennen, das von der Firma Gebr. Röder AG, D-29614 Soltau, unter
der Bezeichnung "Soltafilt" PES 228/30-A5b vertrieben wird. Dieses Material besitzt nicht nur
die gewünschte Formstabilität, sondern auch die für solche Filteranlagen wie z. B. Luftfilter
anlagen für Feinstäube erforderlichen Eigenschaften, in denen Filterelemente der beschriebenen
Art vorzugsweise angewendet werden.
Andererseits wird die gewünschte Formstabilität dadurch sichergestellt, daß den Filterelementen
über ihre ganze Länge eine die Formstabilität begünstigende Form gegeben wird. Dazu werden
die Filterelemente 1 vorzugsweise durchgehend mit einem kreisrunden Querschnitt versehen.
Zwar weisen auch bekannte schlauchförmige Filterelemente überwiegend kreisrunde Quer
schnitte auf, doch ist bei diesen die spezielle Form allenfalls im Hinblick auf andere Eigen
schaften von Bedeutung, nicht aber im Hinblick auf die Formstabilität aufgrund ihrer Herstellung
aus Geweben, Nadelfilzen oder Vliesstoffen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filterelemente 1 wird vorzugsweise von einem bereits
ausreichend verfestigten Material, z. B. dem oben angegebenen "Soltafilt" ausgegangen, das in
eine streifenförmige Materialbahn geschnitten wird. Eine derartige Materialbahn, die vorzugs
weise gerade und zueinander parallele Längsränder aufweist, wird spiral- bzw. schraubenli
nienförmig vom einen zum anderen Ende hin auf einen Zylinder aufgewickelt, wobei auf dem
Zylinder nebeneinander liegende Bahnabschnitte 4 erhalten werden. Diese Bahnabschnitte 4
werden entsprechend Fig. 4 mit Überlappung verlegt, d. h. je zwei benachbarte Bahnabschnitte 4
besitzen gemeinsame, übereinander liegende Randbereiche, die einen einzigen, doppellagigen
Streifen 5 bilden, der sich schraubenlinienförmig vom einen bis zum anderen Ende des Zylinders
bzw. Filterelements 1 erstreckt.
Die sich überlappenden Randbereiche werden nach dem Aufwickeln auf den Zylinder durch ein
geeignetes Verbindungsverfahren, z. B. Schweißen oder Kleben, in der Weise miteinander
verbunden, daß der Streifen 5 einen Bereich erhöhter Steifigkeit zwischen benachbarten,
flexibleren Zonen bildet, die nur aus dem jeweiligen Bahnabschnitt 4 bestehen. Dadurch bildet
der Streifen 5 einen schraubenlinienförmigen, über die Länge des gesamten Filterelements 1
erstreckten Stützkörper, an den sich beidseits weniger biegesteife Zonen der das Filterelement 1
bildenden Röhre anschließen. Eine Folge davon ist, daß sich beim Betrieb der Filtereinheit nach
Fig. 1 bis 3 nur die flexibleren Zonen aufgrund des inneren Unterdrucks einziehen, während die
dazwischen befindlichen, aus dem Streifen 5 gebildeten Stützstege weitgehend ihre Form
beibehalten. Umgekehrt werden die zwischen den Streifen 5 befindlichen Teile der Bahn
abschnitte 4 bei der schlagartigen Zufuhr eines inneren Überdrucks nur zwischen den einzelnen
Stützstegen radial nach außen vorgewölbt bzw. wieder zusammengezogen. Dies wirkt sich
überraschend vor allem günstig auf das gewünschte Abwerfen des anhaftenden Filterkuchens aus.
Es wird angenommen, daß sich dabei die zylindrische Röhre nicht als Ganzes gleichförmig, d. h.
um einen im wesentlichen konstanten Betrag radial ausdehnt bzw. zusammenzieht, was mit einer
geringen Reinigungswirkung verbunden wäre, sondern daß an einer Vielzahl von Stellen einzelne
Zonen des Filtermaterials um unterschiedliche Beträge ausgedehnt und wieder zusammengezogen
werden, wobei der Streifen 5 praktisch unausgelenkt bleibt. Dadurch wird der Filterkuchen
zonenweise unterschiedlich beaufschlagt und daher schnell abfallen.
Die Herstellung der Filterelemente 1 erfolgt vorzugsweise unter Verwendung eines bereits fertig
verfestigten Materials, so daß beim oder nach dem Aufwickeln auf den Zylinder nur eine
Verbindung der überlappten Randbereiche erforderlich ist. Alternativ wäre es allerdings auch
möglich, ein noch nicht oder noch nicht ausreichend verfestigtes Material schraubenlinienförmig
auf einen Zylinder aufzuwickeln und dabei oder danach mittels einer die Verfestigung bewirken
den Walze od. dgl. zu bearbeiten, wobei außerdem noch die erforderliche Verbindung der
einzelnen Randbereiche erfolgen könnte.
Schließlich wäre es bei der Anwendung von sehr weichen, biegeschlaffen Materialien denkbar,
zwischen die sich überlappenden Randbereiche zusätzlich einen Streifen aus einem ausreichend
biegesteifen Material, z. B. einem Stahldraht od. dgl. einzulegen, um im Bereich des Streifens 5
die gewünschte Biegesteifigkeit herbeizuführen. Dies könnte gleichzeitig mit dem Aufwickeln der
Materialbahn erfolgen.
Vor allem das bevorzugte Verfahren, das von einer bereits ausreichend verfestigten Materialbahn
4 ausgeht, bringt den Vorteil mit sich, daß es leicht kontinuierlich durchgeführt werden kann,
indem beispielsweise die auf einem sich drehenden Zylinder nacheinander entstehenden Rohr
abschnitte allmählich vom einen Ende des Zylinders abgezogen und beispielsweise sofort auf die
gewünschte Länge geschnitten werden.
Bei allen beschriebenen Varianten wird die erhaltene, selbsttragende Röhre zum Schluß noch mit
dem Boden 9 versehen, der durch Schweißen oder Nähen, aber auch anderswie, z. B. durch
Kleben, befestigt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, an das untere Ende des Filter
elements in an sich bekannter Weise (DE 91 03 538 U1) ein aus Kunststoff bestehendes Formteil
anzugießen. Entsprechend können am anderen Ende des Filterelements Formteile in Form von
Halteplatten angegossen werden, die für eine Abdichtung und Befestigung in einem Entstau
bungsgerät erforderlich sind. Alternativ können aber auch Formteile aus Metall vorgesehen
werden, falls dies wegen zu hoher vorkommender Temperaturen oder aufgrund mangelnder
chemischer Beständigkeit erforderlich ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden aus Fig. 5 ersichtliche Haltekörper 11
an die Filterelemente 1 angegossen. Diese sind zum freien Ende hin nach außen konisch
erweitert, im erweiterten Bereich mit einer Umfangsnut 12 versehen und aus einem flexiblen
Material hergestellt. Dadurch ist es möglich, die Filterelemente 1 in Fig. 1 von oben, d. h. von
der Reingasseite her in Öffnungen der Halteplatte 3 bzw. des üblichen Schlauchträgerblechs
einzusetzen, bis die diese Öffnungen begrenzenden Ränder 14 in der Umfangsnut 12 einrasten.
Dabei geben die Halteplatten 3 zusammen mit den an sie angrenzenden Enden der Filterele
mente 1 elastisch nach. Ist es dagegen erwünscht oder erforderlich, die Filterelemente 1 in Fig. 1
von unten, d. h. von der Rohgasseite her an der Halteplatte 3 od. dgl. zu befestigen, werden sie
vorzugsweise analog zu Fig. 5 zunächst in eine Montageplatte eingesetzt und dann durch
geeignete Anordnung und Befestigung derselben mit ihren oberen Enden von unten her gegen die
Halteplatte 3 od. dgl. gelegt. Zur Abdichtung können dabei Dichtringe verwendet werden, die in
Nuten 15 eingelegt werden, die in den oberen Stirnseiten der Haltekörper 11 ausgebildet sind.
Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, die Filterelemente 1 in Abhängigkeit von den
örtlichen Gegebenheiten wahlweise von der Reingas- oder von der Rohgasseite her zu instal
lieren.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die sich auf
vielfache Weise abwandeln lassen. Dies gilt insbesondere für die beschriebenen Filtereinheiten
und die Montage der Filterelemente 1 in den Filtereinheiten. Außerdem versteht sich, daß die
beschriebene Formbeständigkeit bzw. Biegesteife nicht erst dann erreicht wird, wenn das
Filterelement ein geometrisch völlig starrer Körper ist. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung
gerade solche Filterelemente erwünscht, die sich beim Reinigungsvorgang aufgrund des inneren
Überdrucks in geringfügigem Maße radial ausdehnen bzw. beim normalen Betrieb aufgrund des
inneren Unterdrucks in geringem Umfang radial zusammenziehen, im übrigen aber keine
zusätzlichen Teile, insbesondere nicht die üblichen Stützkörbe erfordern. Daher ist die für die
Zwecke der Erfindung ausreichende Formstabilität immer dann erreicht, wenn ein bestimmungs
gemäßer Gebrauch der Filterelemente ohne Anwendung von Stützkörben möglich ist. Ent
sprechend kann die Form der erfindungsgemäßen Filterelemente verändert werden, indem diesen
z. B. anstatt eines exakt kreisförmigen Querschnitts ein leicht ovaler, elliptischer od. dgl.
Querschnitt gegeben wird, sofern auch durch einen solchen Querschnitt die Anwendung von
Stützkörben vermieden werden kann.
Claims (6)
1. Hohlzylindrisches Filterelement für Entstaubungsanlagen in Form einer selbsttragenden
Röhre, die aus einer schraubenlinienförmig und an ihren Rändern mit überlappten Randbereichen
gewickelten Materialbahn hergestellt ist, die aus einem verfestigten Faservlies-, Nadelfilz- oder
Gewebematerial besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Randabschnitte unter Bildung eines
Streifens (5) erhöhter Steifigkeit miteinander verbunden sind.
2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randabschnitte durch
Kleben oder Schweißen miteinander verbunden sind.
3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es an einem Ende mit
einem angegossenen Haltekörper (11) versehen ist, der eine Umfangsnut (12) aufweist und aus
einem flexiblen Material besteht.
4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (11) zu seinem
freien Ende hin konisch erweitert und die Umfangsnut (12) im erweiterten Bereich ausgebildet
ist.
5. Filterelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (11) an
seiner freien Stirnseite mit einer zum Einlegen eines Dichtungsrings bestimmten Nut (15)
versehen ist.
6. Filtereinheit mit wenigstens einem hohlzylindrischen Filterelement (1), das an einer Halteplat
te (3) nach unten hängend lösbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1)
nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
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DE4440279A DE4440279A1 (de) | 1993-12-07 | 1994-11-11 | Hohlzylindrisches Filterelement und damit hergestellte Filtereinheit |
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