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Verfahren zur Herstellung von Glassinterfiltern
Glassinterfilter werden
wegen ihrer besonderen Vorzüge für die verschiedensten Zwecke der wissenschaftlichen
Forschung und der Industrie allgemein angewendet. Ihre Hauptvorteile gegenüber anderen
Filtermaterialien, wie Zellstoffasern, Asbestfasern usw., beruhen auf der hohen
chemischen Widerstandsfähigkeit der für diesen speziellen Zweck benutzten Gläser,
auch Quarzglas, und auf der festen Verbindung der einzelnen Filterkörner untereinander,
die durch den Sinterungsprozeß herbeigeführt wird. Ein weiterer wichtiger Vorzug
der Glassinterfilter ist die Möglichkeit, sie in Geräte aus Glas einzuschmelzen,
d. h. sie ohne Verwendung eines Kitts oder einer anderen besonderen Dichtungsmasse
mit den verschiedenartigsten Glasgeräten fest zu verbinden. Außer diesen Vorzügen
gegenüber anderen Filtern weisen die bisher bekannten Glassinterfilter aber auch
einige erhebliche Nachteile auf. Die bisher bekannten Glassinterfilter haben einen
wesentlich höheren Strömungswiderstand als die meisten anderen Filter, so daß bei
ihrer Verwendung die zu filtrierenden Flüssigkeiten oder auch Gase mit suspendierten
Teilchen nur unter Anwendung eines größeren Drucks genügend schnell durch das Filter
hindurchlaufen. Dieser hohe Widerstand der Glassinterfilter beruht auf der vergleichsweise
geringen Zahl der wirksamen Filterporen je Flächeninhalt des Filters sowie auch
auf der verhältnismäßig großen Länge der Porenkanälchen.
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Die bisher bekannten Glassinterfilter werden hergestellt, indem man
mittels geeigneter Zerkleinerungsvorrichtungen aus Glasscherben ein feinteiliges
Glas-
pulver herstellt. Durch Schlämmung oder Windsichtung wird
das derart gewonnene' Glaspulver in Fraktionen nahezu gleich großer Teilchen zerlegt.
Diese gleichteiligen Glaspulverfraktionen werden zur Herstellung der Filter dergestalt
verwendet, daß man aus den Fraktionen mit großen Teilchen grobporige, aus den feinteiligen:Fraktionen
feinporige Filter sintert. -Hierzu werden die betreffenden Pulver in entsprechende
Formen gebracht und eine genügend lange Zeit auf die Sintertemperatur erhitzt. Die
Sintertemperatur liegt erheblich unterhalb der Schmelztemperatur. Dabei verbacken
die Glasteilchen untereinander. Nach'dem Abkühlen erhält man auf diese Weise poröse
Platten aus Glas, die sog.Glassinterfilter, die man in Glasgeräte der verschiedensten
Art wie anderes Glas fest einschmelzen kann.
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Die verhältnismäßig sehr dichte Packung der Glasteilchen, der trotz
der vorgenornmenen Fraktionierung immer noch recht erhebliche Schwankungsbereich
der Teilchendurchmesser und die sehr große Verschiedenartigkeit der Gestalt der
einzelnen Glasteilchen bewirken, daß die Zahl der Poren nicht sehr groß ist und
daß die Porenweite der Filter in recht weiten Grenzen schwankt. Für die Filtereigenschaften
ist aber nicht die mittlere Porenweite maßgeblich. Entscheidend sind stets die größten
Poren des Filters, weil durch sie die Fähigkeit des Filters, Teilchen bis zu einer
bestimmten Größe abXzufiltrieren, begrenzt wird. -Ein Filter kann noch so viele
kleine Poren enthalten. Durch das Vorhandensein weniger großer Poren wird die praktische
Bedeutung dieser kleinen Poren völlig illusorisch gemacht. Da die Qualität eines
Filters im wesentlichen durch seinen Strömungswiderstand bei gegebener maximaler
Porenweite bestimmt wird, muß man bei der Herstellung von Filtern zu erreichen bestrebt
sein, daß die Porenweite des Filters eine möglichst geringe Schwankungsbreite aufweist.
Denn, auf diese Weise wird erreicht, daß die Zahl der wirksamen Poren möglichst
groß wird.
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Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine große
Steigerung der Gleichmäßigkeit der Porenweite erreicht. Gleichzeitig ergibt sich
eine wesentlich geringere Packungsdichte der Filterbausteine, so daß auch die Gesamtzahl
der Poren erhöht ist. Wie durch Vergleich mit nach den bisher bekannten Methoden
hergestellten Filtern festgestellt wurde, lassen sich auf diese Weise Glassinterfilter
herstellen, deren Strömungswiderstand bei gleicher Porenweite nur etwa ein Zehntel
bis ein Zwanzigstel des Widerstandes der üblichen Filter beträgt.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß an Stelle
der bisher üblichen, unregelmäßig geformten Glasteilchen, wie sie durch Zermahlen
von Glasscherbengewonnen werden, stäbchenförmige, möglichst in der Länge und im
Querschnitt übereinstimmende Teilchen zum Aufbau der Filter verwendet werden, wie
sie beispielsweise bei der Zerkleinerung und Schlämmung von Glaswolle anfallen.
Es hat sich ergeben, daß die Porenweite solcher aus stäbchenförmigen Glasteilchen
aufgebauten Glassinterfilter im wesentlichen durch die Dicke der- Stäbchen bestimmt
wird, während die Länge der Stäbchen in gewissen Grenzen keinen Einfluß auf die
Porenweite ausübt.
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Wesentlich hierbei ist, daß die Stäbchen eine bestimmte Länge im Verhältnis
zu ihrem Durchmesser nicht übe'rschreiten. Infolge der Elastizität des Glases tritt
bei zu langen Stäbchen, die man eigentlich besser als Fäden bezeichnet, eine Verfilzung
ein, die zu großen Schwankungen der Porenweite Anlaß gibt. In der vorliegenden Erfindung
ist es also wesentlich, daß die verwendeten Glasteilchen noch die Eigenschaften
von Stäbchen aufweisen. Als obere und untere Grenze dieses Merkmals kann man Relationen
zwischen Länge und Dicke etwa 1 zu 3 bis etwa 1 zu 20 ansehen.
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Als Beispiel für die Herstellung von Sinterplatten nach dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung wird die folgende Herstellungsvorschrift angesehen: Als
Ausgangsmaterial zur Herstellung der Stäbchen dient z. B. Glaswolle. Die Glaswolle
wird in einer nach dem Prinzip eines Fleischwolfs arbeitenden Vorrichtung zerkleinert.
Das entstehende schüttfähige Glasmehl wird in einer Mühle, z. B. Kugelmühle, weiter
zerkleinert. Sodann wird das Mahlgut durch Schlämmen in gleichteilige Fraktionen
zerlegt. Wesentlich ist hierbei die Abtrennung der kleinen unregelmäßigen Bruchstücke
und der langen, noch fadenförmigen Stücke. Das auf diese Weise gewonnene Glaspulver
läßt man in auseinandernehmbaren Formen als wässerige Suspension sedimentieren.
Dabei setzt sich eine genügend dichte und sehr gleichmäßige Schicht des Glasstabpulvers
am Boden der Form ab. Nachdem die überstehende Flüssigkeit entfernt worden ist,
wird das Sediment auf seiner Unterlage getrocknet und dann in einem Ofen auf Sintertemperatur
eine genügend lange Zeit erhitzt. Dann wird das fertig gesinterte Filter langsam
auf Zimmertemperatur abgekühlt. Das Filter kann dann nach bekannten Verfahren in
Glasgeräte eingeschmolzen bzw. eingesetzt werden, z. B. durch ein unter Wärmeanwendung
sich vollziehendes Andrückverfahren, oder auch in anderen Apparaturen in der unbearbeiteten
oder nur nachträglich dem Zweck angepaßten Form verwendet werden. Die nach dem vorliegenden
Verfahren hergestellten Glassinterfilter lassen sich durch mechanische Bearbeitung
leicht verformen. Sie sind nicht spröde.
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PATENTANSPRVCHE-I. Verfahren zur Herstellung von Sinterfiltern aus
Glas oder anderem sinterfähigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sinterung
stabförmige, möglichst in der Länge und im Querschnitt übereinstimmende Teilchen
verwendet werden, wie sie beispielsweise bei der Zerkleinerung und Schlämmung von
Glaswolle anfallen.