DE69019552T2

DE69019552T2 - Verfahren zum Einsetzen eines starren Elements zur Membrantrennung, Filtration oder katalytischen Umwandlung in ein Modul.

Info

Publication number: DE69019552T2
Application number: DE69019552T
Authority: DE
Inventors: Daniel Garcera; Jacques Gillot
Original assignee: Societe des Ceramiques Techniques SA
Current assignee: Societe des Ceramiques Techniques SA
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1990-01-22
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2010-01-23
Also published as: US5062910A; NO176205B; EP0385089B1; FR2642328A1; CA2008631A1; CA2008631C; EP0385089A1; NO900345L; NO176205C; NO900345D0; KR0140386B1; KR900011499A; DE69019552D1; JPH02237622A; ES2072927T3; FR2642328B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenbau eines steifen Elements, das eine Trenn- oder Filtermembran oder Membran zur katalytischen Umwandlung bildet, in einem Modul; ein solches Element, aktives Element genannt, besitzt eine im wesentlichen zylindrische oder prismatische äußeren Form und besteht aus einem steifen Material wie einem Keramikmaterial, Glas, Metall oder Kohlenstoff.
Ein Modul enthält schematisch eine Hülle, im allgemeinen von zylindrischer Form, die aus einem Metall oder einem Kunststoffmaterial besteht, das mit Fasern verstärkt sein kann. In der Hülle sind mehrere aktive Elemente parallel zueinander und parallel zur Achse der Hülle angeordnet. Zwei sehr steife Endplatten tragen mechanisch die aktiven Elemente an ihren beiden Enden und halten sie mit Zwischendichtungen in Position. Außerdem trennen die beiden Platten in der Anlage zur Behandlung von Fluiden in Bezug auf die Membran einen stromaufwärts liegenden Bereich und einen stromabwärts liegenden Bereich; sie bewirken die Dichtheit zwischen diesen beiden Bereichen.
Ein aktives Element enthält im allgemeinen drei Teile:
- einen Träger mit grober Porosität, der sehr durchlässig ist und dem aktiven Element seine Form und Stabilität verleiht. Er besteht im allgemeinen aus einem porösen gesinterten Material.
- eine sehr dünne aktive Schicht, die auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht ist und die Trenn- oder Filterfunktion oder die katalytische Umwandlung bewirkt. Diese aktive Schicht bedeckt die Innenfläche des Kanals oder der Kanäle dieser aktiven Elemente, oder in einigen Fällen die Außenfläche, wenn es sich um Rohre handelt; sie kann auf dem Träger oder auf einer oder mehreren Unterschichten aufgebracht sein, die selbst auf den Träger aufgebracht sind.
- eine "Abdichtung", die die Porosität jedes Endes des Trägers füllt, um eine Verbindung zwischen dem stromaufwärts und stromabwärts liegenden Bereich des Moduls über die grobe Porosität des Trägers zu verhindern, wenn die aktive Schicht nicht die ganze Oberfläche des Endes des Trägers bedeckt. Dies kann zum Beispiel eine Abdichtung sein, wie sie in FR-A-2 560 526 beschrieben ist.
Aktive Elemente des Typs "Multikanal" sind insbesondere in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:
J. Gillot, D. Garcera - "Nouveaux Media Filtrants Céramiques pour Microfiltration Tangentielle et Ultrafiltration" - Konferenz FILTRA 84, Sté Française de Filtration, Oktober 1984, Paris.
J. Gillot, G. Brinkman, D. Garcera - "New Ceramic Filter Media for Crossflow Microfiltration and Ultrafiltration" - Fourth World Filtration Congress, 22. bis 24. April 1986, Ostende, Belgien.
Da die Träger durch Extrusion, Trocknen und Sintern hergestellt werden, haben ihre Enden unregelmäßige Formen aufgrund der Verformungen bei der Extrusion und dem nachfolgenden Sintern (Biegung unter der Wirkung der Schwerkraft, Schwund in verschiedenen Stadien usw.). Es ist also schwierig, das Element in die Endplatte unter Verwendung einer Standardverbindung einer geometrisch genau definierten Art, zum Beispiel eines Dichtrings, einzubauen. Der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen - Ende des Trägers einerseits, Oberfläche der Endplatte andererseits -, zwischen denen die Dichtung angeordnet werden soll, ist nämlich viel zu variabel von einem Punkt zum anderen dieser einander gegenüberliegenden Flächen.
Man kann versuchen, dieses Problem zu lösen, indem man den Träger an jedem Ende spanend bearbeitet, um ihm eine drehsymmetrische Form zu verleihen. Aber dies führt zu einer Minderung der Dicke der Hautll, d.h. des Abstands zwischen den äußeren Kanälen und der Außenfläche des Trägers.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu vermeiden und ein Montageverfahren anzuwenden, das einen leichteren Zusmmenbau der Gesamtheit der aktiven Elemente in den Endplatten des Moduls mit einer optimalen Dichtheit ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zum Zusammenbau eines steifen Elements in einem Modul zum Gegenstand, das eine Trenn- oder Filtermembran oder eine katalytische Umwandlungsmembran bildet, und eine im wesentlichen zylindrische oder prismatische Außenform aufweist, wobei das Element ausgehend von einem Träger aus gesintertem Material hergestellt wird, dessen Enden man abdichtet und auf den man eine aktive Schicht aufbringt, wobei der Modul mindestens ein steifes Element in einer im wesentlichen zylindrischen Hülle aufweisen soll, deren Achse parallel zu der des steifen Elements verläuft und die von zwei Endplatten verschlossen wird, welche Öffnungen aufweisen, in denen mit Zwischendichtungen die Enden des Elements befestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem auf die Enden des Elements eine Überdicke aufgebracht wird, die eine gute Verbindung mit dem Träger herstellt, und daß diese Überdicke derart spanend bearbeitet wird, daß man eine Schulter erhält, deren Außenfläche eine vorbestimmte drehsymmetrische Form aufweist mit einer Achse, die mit der des Elements zusammenfällt oder ihr benachbart ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das steife Element mit einer Trenn- oder Filtermembran oder einer Membran zur katalytischen Umwandlung eine im wesentlichen prismatische Außenform, und die Schulter hat eine zylindrische Außenfläche.
Das Einsetzen des Endes in die entsprechende Öffnung der Endplatte mittels einer von vorneherein vorgesehenen Dichtung, wie z.B. einer Ringdichtung, einer zylindrischen, flachen oder konischen oder anders geformten Dichtung, ist dann leicht durchzuführen.
Gemäß einer Variante wird die Dichtung hergestellt, indem ein gelötetes Ansatzstück angesetzt wird und dann der Umfang dieses Ansatzstücks auf die Endplatte aufgelötet oder aufgeschweißt wird. Man erhält so eine Befestigung des aktiven Elements auf der Endplatte, die hohen Temperaturen widerstehen kann. Für solche Anwendungen kann ein Metallbalg in das Ansatzstück integriert oder ihm zugeordnet sein.
Das Material der Schulter und das des Trägers werden ausgewählt aus einem Keramikmaterial, aus Glas, Metall und Kohlenstoff.
Die Schulter besteht vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie das Trägerteil des aktiven Elements, zum Beispiel aus Aluminiumoxid im Fall eines Trägers aus Aluminiumoxid oder aus gesintertem nichtrostendem Stahl bei einem Träger aus nichtrostendem Stahl oder auch aus porösem gesintertem Glas bei einem Träger aus porösem Glas. Dies gewährleistet eine gute Sinterverbindung zwischen dem Träger und der Schulter und verhindert jedes Problem der unterschiedlichen Ausdehnung. Aber man kann auch eine Schulter aus Keramikmaterial auf einem Glasträger und eine Glasschulter auf einem Keramikträger verwenden.
Es kann auch Kohlenstoff sein im Fall eines Trägers aus porösem Kohlenstoff. Man bringt dann auf den Träger eine Überdicke bestehend aus einer Mischung von Kohlenstoffpartikeln und einem karbonisierbaren Bindemittel wie Steinkohlenpech oder ein Phenolharz auf und karbonisiert das Bindemittel unter nicht-oxidierender Atmosphäre, um eine Schulter aus porösem oder nicht porösem Kohlenstoff zu erhalten.
Aber die Schulter kann auch aus jedem anderen Material bestehen, das eine gute Verbindung mit einem Träger aus Keramikmaterial, aus Glas, aus Metall, aus Kohlenstoff eingeht, zum Beispiel ein Polymer. Man gießt dann ein Harz, z.B. Epoxyd, das eine mineralische Charge enthalten kann, um das Ende des Elements, damit dieses Harz die Überdicke darstellt, und imprägniert die Porosität des Endes des Trägers.
Der Vorgang des Aufbringens des die Überdicke darstellenden Materials kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden, nämlich durch Gießen, Formen oder Pulverbesprühung.
Beim Gießen geht man von einem Schlamm oder einer Suspension aus, die enthält:
- für einen Träger aus Keramikmaterial oder Glas:
. ein Keramik- oder Glaspulver,
. ein organisches Bindemittel, das die Trockenkohäsion bewirkt,
. ein Lösungsmittel für das Bindemittel (im allgemeinen Wasser);
- für einen Träger aus Kohlenstoff:
. ein Kohlenstoffpulver,
. ein karbonisierbares organisches Material (Pech, Phenolharz, usw.) flüssig oder in einem Lösungsmittel gelöst,
- für einen Metallträger:
. ein Metallpulver,
. eine Flüssigkeit, in der das Pulver suspendiert wird.
Beim Formen um das Ende des aktiven Elements geht man von einer plastischen Masse aus, die eine Zusammensetzung ähnlich der oben für das Gießen angegebenen hat, aber weniger reich an Flüssigkeit ist.
Beim Pulverbesprühen (Spritzen mit der Pistole) geht man von einem Schlamm aus, der den oben angegebenen Gießschlämmen ähnelt.
Bei den drei obigen Verfahren verfestigt man anschließend die Überdicke durch Trocknen und Sintern oder durch Erwärmen zwischen 800ºC und 1500ºC in nicht-oxidierender Atmosphäre im Fall des karbonisierbaren Materials.
Man kann auch das die Überdicke bildende Material durch Formen um das Ende des aktiven Elements mit einer plastischen Masse aufbringen, die ein polymerisierbares Kunststoffmaterial und eine mineralische Charge enthält. Zum Beispiel kann im Fall eines Trägers aus porösem Aluminiumoxid diese Kunststoffmasse aus einer Mischung aus Epoxydharz und Aluminiumoxidpulver bestehen. Man verfestigt anschließend die Überdicke durch Polymerisation.
Man kann schließlich auch die Überdicke durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen von geschmolzenem Material aufbringen (Keramikmaterial, Glas, Metall).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Herstellung eines aktiven Elements in folgenden Verfahrensschritten:
- Man extrudiert das zu sinternde Material, das den Träger bilden wird.
- Man trocknet es und unterzieht es eventuell einer ersten Wärmebehandlung.
- Man bringt dann auf die äußere Seitenfläche des Trägers über eine kleine Länge am Ende dieses Trägers und um den ganzen Träger herum eine Überdicke aus sinterbarem oder teilweise karbonisierbarem Material, die man Schulter nennt.
- Man trocknet diese Schicht und verfestigt sie durch Sintern oder Karbonisierung im Fall eines karbonisierbaren Bindemittels. Dieses sintern oder diese Karbonisierung können während des gleichen Brennvorgangs wie das Sintern des Trägers durchgeführt werden. Der Träger und die Überdicke haben dann eine unregelmäßig geformte Außenoberfläche.
- Man bearbeitet spanend die Außenoberfläche der an jedem Ende aufgebrachten Überdicke, um eine Schulter zu bilden, zum Beispiel durch Drehen oder Schleifen.
- Man dichtet das Ende des Trägers mit seiner Schulter ab. Je nach der Art der verwendeten Dichtung kann dieser Vorgang vor der spanenden Bearbeitung der Schulter durchgeführt werden oder nachher. Im letzteren Fall muß eine Dichtung verwendet werden, die auf der Oberfläche der Schulter nur eine Schicht einer vernachlässigbaren Dicke bildet, oder zumindest eine sehr regelmäßige Sicht, um die Regelmäßigkeit der Form der Außenoberfläche der Schulter nicht zu zerstören.
- Man bringt die aktive Schicht auf. Dieser Vorgang kann jedoch vor bzw. nach dem Abdichten durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Zusammenbauverfahren hat insbesondere die folgenden Vorteile:
- Die Schulter benötigt nur einen geringen Zusatz an Material im Verhältnis zum Element, wie es extrudiert und gesintert ist.
- Die Herstellung der Schulter erhöht die Kosten nur geringfügig. Wenn nämlich das Trägerteil des aktiven Elements in zwei Wärmebehandlungsvorgängen bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt wird, kann die Überdicke nach dem ersten Vorgang aufgebracht und dann beim zweiten Erwärmen gesintert werden.
- Bei einem Träger mit Multikanal-Geometrie ist es oft vorteilhaft, diesem Träger die Form eines sechseckigen Prismas zu geben, das zum Beispiel 7, 19 oder 37 Kanäle aufweist, die in einer kompakten und regelmäßigen Anordnung vorliegen. Es ist dann schwierig, den Zusammenbau mittels vorgeformter Dichtungen wie z.B. Ringdichtungen oder mittels einer Stopfbuchse durchzuführen. Die Schulter erlaubt es dagegen, solche Dichtungen zu verwenden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden, nicht beschränkend zu verstehenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figur 1 zeigt schematisch das Ende eines sechseckigen Trägers eines aktiven Elements des Typs "Multikanal" mit neunzehn Kanälen vor dem Aufbringen der Schulter.
Figur 2 zeigt schematisch im Längsschnitt die Aufbringphase der Überdicke auf ein Ende des Trägers der Figur 1.
Figur 3 ist eine der Figur 1 analoge Ansicht, zeigt aber den Träger mit seiner erfindungsgemäßen Überdicke.
Figur 4 ist eine der Figur 3 analoge Ansicht und zeigt den Träger mit seiner Schulter nach erfindungsgemäßer spanender Bearbeitung.
Figur 5 ist eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Moduls 11 im Längsschnitt.
Figur 6 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Endes eines aktiven Elements in einem erfindungsgemäßen Modul.
Die Figuren 7 und 8 sind Ausführungsvarianten der Anordnung der Figur 6 mit verschiedenen Arten von Dichtungen.
Figur 9 ist eine Ansicht analog der aus Figur 6 mit einer Vorrichtung, die eine Stopfbuchsen-Dichtung verwendet, d.h. eine Dichtung, deren Dichtheit von einem verformbaren Material gewährleistet wird, das zumindest teilweise aus Fasern besteht und das zwischen den oder gegen die beiden Teile komprimiert wird, zwischen denen man die Dichtheit herstellen will.
Figur 10 ist eine Ausführungsvariante eines Endes eines erfindungsgemäßen Elements mit einem angelöteten Ansatzstück.
Figur 11 ist eine Ausführungsvariante eines Endes eines erfindungsgemäßen Elements mit einem einen Balg bildenden Ansatzstück.
Figur 12 zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Elements mit einem einen Balg bildenden Ansatzstück.

BEISPIEL I

Es wird von einem "Multikan"-Träger aus Aluminiumoxid 1 mit neunzehn Kanälen 10 ausgegangen, von dem man ein Ende in Figur 1 sieht.
Nach dem endgültigen Sintern hat er die Form eines sechseckigen Prismas einer Länge vom 850 mm und einer Breite zwischen den Flachseiten von etwa 28 mm; die Winkel des Sechsecks sind abgerundet, mit einer maximalen Querabmessung (Entfernung zwischen den Ecken) von 30 mm. Er besteht aus porösem Aluminiumoxid mit einem Porendurchmesser von 12 um und einer Porosität von 35 Volumenprozent. Er weist die folgenden Formunebenheiten auf:
. Die Entfernung zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen des sechseckigen Prismas in Höhe der Enden der Elemente variiert zwischen 27 und 29 mm.
. Eines der Enden des Multikanals ist nicht perfekt gerade, sondern leicht gekrümmt (Traversenfehler). An diesem Ende variiert der Winkel, den die Achse des sechseckigen Prismas mit der auf die Gesamtheit der Länge des Elements bezogenen Mittelachse bildet, zwischen 1 und 20, je nach den Elementen.
Um die Überdicke herzustellen, wird eine Schlämmung der folgenden Gewichtszusammenstellung hergestellt:
. Aluminiumoxid einer mittleren Korngröße 13 um 15%
. Aluminiumoxid einer mittleren Korngröße 30 um 45%
. Aluminiumoxid einer mittleren Korngröße 2,5 um 20%
. Wasser 18%
. konzentrierte Suspension eines Vinylacetat-Latex 1,96%
. Tensid Darvan C (der Firma Vanderbilt) 0,04%
Um die Überdicke aufzubringen, bringt man den Träger, der bereits einer ersten Wärmebehandlung unterworfen wurde, in die senkrechte Stellung, indem man sein Ende in eine Form 2 aus Kautschuk einklemmt, die sich der unregelmäßigen Form des Endes 3 anpaßt (siehe Figur 2). Man gießt die Schlämmung in den Raum zwischen den Träger und die Form. Die Flüssigkeit der Schlämmung wird durch Kapillarwirkung in die Porosität des porösen Trägers 1 angesaugt, und es bildet sich ein Kuchen 4, den man trocknet. Der Kuchen haftet am Träger 1. Am anderen Ende des Trägers 1 geht man in gleicher Weise vor. Man sintert den Träger und die Überdicke endgültig durch Wärmebehandlung bei 1750ºC. Die so hergestellte Überdicke ist porös, sehr fest und sehr gut auf dem Träger verbunden.
Man zerschneidet den Träger in Stücke gemäß einer zur Achse des Trägers senkrechten Ebene 6, deren Position in Figur 2 sichtbar ist.
Man bearbeitet dann die Außenoberfläche der Überdicke 5 (siehe Figur 3) spanend durch Schleifen, um ihr eine zylindrische Form 5' (siehe Figur 4) oder eventuell zylindro-konische Form zu verleihen. Man erhält dann eine perfekt bemessene Schulter eines Außendurchmessers von 34 mm und einer Länge von 18 mm.
Man dichtet das Ende durch Imprägnierung mit einem Glas ab, das beim Schmelzen völlig in die Poren des Trägers eindringt, um keine zusätzliche Schicht auf der Oberfläche der Schulter 5' zu lassen. Man bringt die aktive Schicht auf die Innenfläche der Kanäle auf.
Man erhält so ein aktives Elements, dessen Ende von geometrisch genau definierter Form gut an die Montage in Modulbauweise mittels Ringdichtungen oder Stopfbuchse angepaßt ist.

BEISPIEL II

Man wendet das erfindungsgemäße Verfahren auf einen Träger aus porösem Glas mit einem Porendurchmesser von 10 um an, der ein Rohr ist, dessen Form der eines Zylinders gleicht, mit einem Innendurchmesser von etwa 15 mm, einem Außendurchmesser von etwa 19 mm, einer Länge von 500 mm, und das durch Sintern von Glaspulver erhalten wurde.
Dieses Rohr hat die folgenden Formunebenheiten:
. Der äußere Umfang des Querschnitts jedes Endes ist nahe einer fast kreisförmigen Ellipse (Ovalitätsfehler), deren große Achsen
- an einem Ende A: 18,3 mm und 18,9 mm
- am anderen Ende B: 18,7 mm und 19,7 mm sind
. Der mittlere Außendurchmesser beträgt also 18,6 mm am Ende A und 19,2 am Ende B (Konizitätsfehler).
Man stellt eine Schlämmung mit der folgenden Gewichtszusammensetzung her:
- Glaspulver einer mittleren Korngröße von 8 um: 24%
- Glaspulver einer mittleren Korngröße von 20 um: 44%
- Wasser: 30%
- Polyvinylalkohol: 2%
Man wählt für das Glaspulver eine Zusammensetzung, die den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das das Rohr bildende Glas hat, aber mit einem Erweichungspunkt unterhalb von 50ºC.
Mittels dieser Schlämmung bringt man wie im Beispiel I eine Überdicke auf jedes Ende des Rohrs auf. Man verfestigt diese Überdicke mittels einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 50ºC, die unter der zur Herstellung des Rohrs verwendeten liegt.
Man bearbeitet dann diese Überdicken spanend durch Schleifen, um eine Schulter eines Außendurcnmessers von 22 mm und einer Länge von 10 mm zu erhalten. Nach eventuellem Aufbringen einer filternden Schicht mit einem Porendurchmesser unterhalb dessen des Trägers auf der Innenfläche des Rohrs und Abdichten der Porosität der Endes des Trägers erhält man ein aktives Element, das in Modulbauweise mittels Ringdichtungen oder Stopfbuchse montiert werden kann.

BEISPIEL III

Man wendet das erfindungsgemäße Verfahren auf einen Träger aus nichtrostendem, gesintertem, porösem Stahl eines mittleren Porendurchmessers von 15 um an, der ein Rohr mit einer Länge von 1000 mm, einem Innendurchmesser von etwa 18 mm und einem Außendurchmesser von etwa 24 mm ist, wobei dieser letztere zwischen 23,5 mm und 24,5 mm schwankt (Ovalisierungsfehler).
Um eine Schulter auf diesem Träger herzustellen, stellt man eine Schlämmung der folgenden Gewichtszusammensetzung her:
- Pulver aus nichtrostendem Stahl der gleichen Zusammensetzung wie das Rohr und eines mittleren Teilchendurchmessers von 15 um: 85%
- Wasser: 14,5%
- Polyvinylalkohol: 0,5%
Durch Aufspritzen dieser Schlämmung mit einer Pistole bringt man auf jedes Ende des Rohrs eine Überdicke aus Pulver von nichtrostendem Stahl auf. Mittels den Spritzbereich begrenzenden Abdeckungen begrenzt man die Länge der Überdicke auf 20 mm. Man verfestigt das aufgebrachte Material durch ein Sintern bei der gleichen Temperatur wie beim Sintern des Rohrs.
Man bearbeitet jedes Ende spanend durch Drehen, um eine Überdicke eines Außendurchmessers von 27 mm und einer Länge von 20 mm zu erhalten.
Man verdichtet die Porosität der Enden des Rohrs durch Tränken mit einem Lötmaterial ab; man bringt auf die Innenfläche des Rohrs eine dünne Schicht aus nichtrostendem Stahl auf und man sintert, um eine Trennschicht mit einem Porendurchmesser von 1 um zu erhalten.
Man erhält so ein aktives Element, das man in Modulbauweise mittels Dichtungen des Typs Stopfbuchse zusammensetzen kann.

BEISPIEL IV

Man wendet das erfindungsgemäße Verfahren auf einen Kohlenstoffträger an. Man will eine Schulter auf einem Träger aus porösem Kohlenstoff mit einem mittleren Porendurchmesser von 10 um einer Form von etwa einem Zylinder mit einer Länge von 600 mm herstellen, der sieben parallele Kanäle eines Durchmessers von 5 mm (Element des Typs Multikanal) aufweist. Sein Durchmesser schwankt zwischen 21,5 mm und 22,5 mm.
Zu diesem Zweck stellt man eine Schlämmmung mit 60 Volumenprozent Kohlenstoffpulver eines mittleren Teilchendurchmessers von 15 um und 40 Volumenprozent Steinkohlepech her. Man erwärmt diese Mischung auf 160ºC, um eine pastenförmige Masse zu erhalten. Man bildet durch Formen dieser Masse um jedes Ende des Trägers eine Überdicke von etwa 3 mm Dicke. Man heizt das Element fortschreitend bis auf 1200ºC unter nicht-oxidierender Atmosphäre auf, um das Pech zu karbonisieren.
Man bearbeitet anschließend die Überdicke spanend durch Schleifen, um eine zylindrische Schulter eines Durchmessers von 25 mm und einer Länge von 15 mm zu bilden. Man dichtet das Ende durch Imprägnierung mit flüssigem Pech und durch Karbonisierung ab. Man filtert anschließend durch den Träger eine aus Kohlenstoffpulver, Phenolharz und einem Harzlösungsmittel bestehende Schlämmmung, um auf die Innenfläche jedes der Kanäle eine dünne Schicht aus Kohlenstoff und Harz aufzubringen, und man verfestigt diese Schicht durch Karbonisierung des Harzes unter nicht-oxidierender Atmosphäre, um eine Kohlenstoffschicht eines mittleren Porendurchmessers von 0,2 um zu erhalten.
Man erhält so ein aktives Multikanal-Element, das in Modulbauweise mittels Ringdichtungen oder Stopfbuchsen-Dichtungen montiert werden kann.

BEISPIEL V

Auf den metallischen rohrförmigen Träger des Beispiels III bringt man eine Überdicke aus nichtrostendem Stahl der gleichen Zusammensetzung wie der Träger mittels eines Verfahrens des Aufspritzens von flamm-geschmolzenem Metall auf (shoopage). Mittels den Aufspritzbereich begrenzender Abdekkungen begrenzt man die Länge der Überdicke auf 15 mm.
Man bearbeitet anschließend diese Überdicke spanend durch Drehen oder durch Schleifen, um eine Schulter analog der des Beispiels III zu erhalten, und man geht anschließend identisch für das Abdichten, das Aufbringen der filternden Schicht und die Montage in Modulbauweise vor.

BEISPIEL VI

Auf dem Multikanal-Träger aus Aluminiumoxid des Beispiels I bildet man eine zylindrische Überdicke durch Formen einer Mischung mit der folgenden Gewichtszusammensetzung:
- Epoxydharz: 50%
- Quarzpulver eines mittleren Teilchendurchmessers 2 um: 50%
Nach der Polymerisierung des Epoxydharzes bearbeitet man spanend durch Drehen, um eine zylindrische Schulter eines Durchmessers von 34 mm und einer Länge vom 18 mm zu erhalten. Nach dem Abdichten und Aufbringen der Schicht wird das aktive Element in Modulbauweise mittels Ringdichtungen zusammengesetzt.
Die Montage in Modulbauweise solcher aktiver Elemente kann zum Beispiel wie in Figur 5 gezeigt durchgeführt werden.
Dieser Modul 11 enthält eine allgemein zylindrische Metallhülle 12 mit einer Achse 13, wobei die Hülle durch zwei Endplatten 14 und 15 senkrecht zur Achse verschlossen wird, die je Öffnungen 16 bzw. 17 aufweisen.
Die Enden von aktiven Elementen 20 und 22 mit Achsen 21 bzw. 23 sollen in den Öffnungen 16 und 17 befestigt werden. Die Enden des Elements 20 besitzen erfindungsgemäße Schultern 26 und 28, während die Enden des Elements 22 erfindungsgemäße Schultern 25 und 27 aufweisen.
Die Schultern 27 und 28 liegen auf in der Platte 15 vorgesehen Kragen mit zwischengefügten Anschlagscheiben 29 auf. Ringdichtungen 30 in der Platte 15 gewährleisten eine perfekte Dichtheit.
In Höhe der in Kegelstümpfen 32 endenden Schultern 25 und 26 sind torische Punkte 30 vorgesehen, die in den Öffnungen 16 angeordnet und in Längsrichtung von einer Platte 18 blockiert sind, die auf der Endplatte 14 durch Schrauben 24 befestigt ist.
Die Figuren 6 bis 8 zeigen drei Varianten von entfernbaren Dichtungen aus Elastomer, die mit den erfindungsgemäßen Schultern zusammenwirken können. In diesen Figuren sieht man die Platten 14 und 18 und ein aktives Element 20.
In Figur 6 hat das aktive Element 20 eine zylindrische Schulter 40, die mit einer Ringdichtung 33 zusammenwirkt, welche in einem Hohlraum der Platte 18 angeordnet ist. Eine zusätzliche Dichtung 34 ist zwischen den Platten 14 und 18 vorgesehen.
In Figur 7 hat das aktive Element 20 eine Schulter 41, die in einem Kegelstumpf 42 endet. Dieser letztere wirkt mit einer Ringdichtung 35 gegenüber der Platte 18 zusammen. Eine Dichtung 34 ist wie im Fall der Figur 6 vorgesehen.
Figur 8 zeigt ein Element 20 mit einer zylindrischen Schulter 43, die über ihre ganze Zylinderfläche und einen Teil ihrer ebenen Fläche mit einer Dichtung 44 umgeben ist.
In Figur 9 ist eine Variante einer Dichtung der Art "Stopfbuchse" gezeigt. Die in der Platte 14 angeordnete Schulter 43 wirkt mit Dichtungen 47 aus Asbestfasern oder aus Zöpfen von Graphitfasern und mit einer Dichtung 46 zusammen, die mit Hilfe eines Teils 45 angelegt gehalten werden, die in das in die Platte 14 geschraubt wird.
Gemäß Figur 10 setzt man an die spanend bearbeitete Außenfläche der Schulter 28 ein zum Beispiel metallisches Ansatzstück 50 an, dessen Innenform sehr ähnlich der Außenform der bearbeiteten Schulter ist, und man befestigt den Ansatz auf der Schulter mittels eines Klebers 51, einer Lötnaht, einem Zement, einem geschmolzenen Glas, oder auch einem karbonisierten organischen Material. Die Befestigung ist dann möglich, da die beiden Flächen sehr nahe beieinanderliegen, was nicht der Fall wäre in Abwesenheit einer spanend bearbeiteten Schulter. Man führt dann den Einbau des aktiven Elements 20 in den Modul 11 mittels einer entfernbaren Dichtung 52 durch, die sich zwischen der Außenfläche des Ansatzstückes 50 und der Innenfläche des Lochs der Endplatte 15 befindet.
In Figur 11 hat das Ansatzstück 54 die Form eines Balgs und wird mittels eines Elements 51 in gleicher Weise wie das Ansatzstück 50 auf der Schulter 28 des aktiven Elements 20 befestigt (siehe Figur 10). Das Ende des Balgs wird bei 53 an die Endplatte 15 geschweißt.
In der Variante der Figur 12 wurde die Schulter 68 des aktiven Elements 20 in Kegelstumpfform spanend bearbeitet. Diese Schulter wird mit einem Ansatzstück 64 in Form eines Balgs mittels geschmolzenem Glas 61 befestigt.

Claims

1. Verfahren zum Zusammenbau eines steifen Elements, das eine Trenn-, oder Filtermembran oder eine Membran zur katalytischen Umwandlung bildet, in einem Modul, mit einer im wesentlichen zylindrischen oder prismatischen Außenform, wobei man das Element ausgehend von einem Träger aus gesintertem Material herstellt, dessen Enden man abdichtet und auf den man eine aktive Schicht aufbringt, wobei der Modul mindestens ein steifes Element in einer im wesentlichen zylindrischen Hülle enthalten soll, deren Achse parallel zu der des steifen Elements verläuft und die von zwei Endplatten verschlossen wird, die Öffnungen aufweisen, an denen mit Zwischendichtungen die Enden des Elements befestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem auf die Enden des Elements eine Überdicke angebracht wird, die eine gute Verbindung mit dem Träger herstellt, und daß diese Überdicke derart spanend bearbeitet wird, daß eine Schulter entsteht, deren Außenfläche eine vorbestimmte drehsymmetrische Form aufweist mit einer Achse, die mit der des Elements zusammenfällt oder ihr benachbart ist.

2. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schulter und das des Trägers aus einem Keramikmaterial, aus Glas, Metall und einem Kohlenstoff ausgewählt wird.

3. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schulter und das des Trägers identisch sind.

4. Zusammenbauverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdicke vor dem Abdichtungsvorgang und vor dem Aufbringen der aktiven Schicht durch Aufbringen eines Materials auf den Träger hergestellt wird.

5. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Aufbringen der Überdicke aus Glas oder Keramikmaterial auf den entsprechenden Träger eine Schlämmung gießt, die ein Glas- oder Keramikpulver, ein organisches Bindemittel, das die Trockenkohäsion bewirkt, und ein Lösungsmittel für das Bindemittel enthält, und daß man dann die Überdicke trocknet und sintert.

6. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Aufbringen der Überdicke aus Kohlenstoff auf einen Kohlenstoff-Träger eine Suspension gießt, die Kohlenstoffpulver und ein karbonisierbares organisches Material flüssig oder in Lösung in einem Lösungsmittel enthält, und daß man die Überdicke dann trocknet und auf eine Temperatur zwischen 800ºC und 1500ºC unter nicht-oxidierender Atmosphäre erwärmt.

7. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Aufbringen der Überdicke aus Metall auf einen Metallträger eine Suspension gießt, die ein Pulver dieses Metalls enthält, und daß man dann die Überdicke trocknet und sintert.

8. Zusammenbauverfahren nach einem der Ansprüche 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zeitpunkt des Aufbringens der Überdicke der Träger sich in einem Vor-Sinterzustand befindet und daß seine endgültige Sinterung gleichzeitig mit der Sinterung der Überdicke erfolgt.

9. Zusammenbauverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang des Umgießens der Enden des Trägers durch einen Vorgang des Formgießens ausgehend von einer plastischen Masse ersetzt wird, deren Zusammensetzung der der Schlämmung ähnlich ist, aber weniger Flüssigkeit enthält.

10. Zusammenbauverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießvorgang durch einen Pulverbesprühungsvorgang ersetzt wird.

11. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdicke aus einem polymerisierbaren Kunststoffmaterial hergestellt wird, das eine mineralische Charge aufweisen kann und das um die Enden des Trägers geformt wird, wobei die Verfestigung der Überdicke durch die Polymerisierung des Kunststoffmaterials erhalten wird.

12. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdicke durch Flamm-Spritzen oder Plasma-Spritzen des geschmolzenen Materials hergestellt wird, das aus einem Keramikmaterial, aus Glas und Metall ausgewählt wird.

13. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schulter ein Ansatzstück angesetzt wird, dessen innere Form sehr ähnlich der der Schulter ist, und daß das Ansatzstück an der Schulter mit einem Material befestigt wird, das aus einem Kleber, einer Lötnaht, einem Zement, einem geschmolzenen Glas und einem karbonisierten organischen Material ausgewählt wird.

14. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansatzstück, wenn es metallisch ist, auf die entsprechende Endplatte gelötet oder geschweißt wird.

15. Zusammenbauverfahren nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansatzstück einen Metallbalg besitzt.

16. Zusammenbauverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das steife Element, das eine Trenn- oder Filtermembran oder eine Membran zur katalytischen Umwandlung bildet, eine im wesentlichen prismatische äußere Form hat und daß die Schulter eine zylindrische Außenoberfläche besitzt.