DE8530013U1 - Filterkörper - Google Patents

Description

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Patentanwalt Dlpl.-lrig. R. Beyer* Am Dlc'kelsbäch B, D-4030 Rätihgen 6

Filterkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Beschreibung
Gattung

Die Neuerung betrifft einen Filterkörper mit einer relativ feinporigen aktiven Filterschicht aus Sinterwerkstoff (Sinterwerkstoffteil) und einem grobporigen Sintermetallpulverteil als Stut&zgr;schicht, wobei das Sintermetallpulverteil und das Sinterwerkstoffteil durch Sintern einstückig in Körperkontakt miteinander verbunden sind.

Stand der Technik

Es sind Filterkörper aus porösen Sinterwerkstoffen, und zwar aus vervliesten Metallfäden, vorbekannt. Dazu werden entsprechende Fäden hergestellt, auf Längen zwischen 1 bis 30 cm geschnitten und diese anschließend vervliest. Daran schließt sich ein Sintervorgang bei Temperaturen zwischen 800 bis 1 400 Grad Celsius an.

Solchermaßen ausgebildete Filterkörper ermöglichen den Einsatz feinster Metallfäden von >. 1 Ixm, die an sich

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nicht mehr verwebüngsfähig sind. Dadurch lassen sich kleinste Poren von etwa 1 AJum erzielen. An den Berührungspunkten sind die Metallfäden angesintert* Bei der Filtration können Partikel die Metallfäden nicht auseinanderdrücken/ so daß eine Veränderung der Porenweite ausgeschlossen ist. Dadurch ist ein Hindurchschlüpfen von Partikeln bei solchermaßen hergestellten Metallvliesen im Gegensatz zu Metallgeweben unmöglich. Darüber hinaus besitzen die Metallfaden eine glatte Oberfläche, so daß ein geringer Durchströmwiderstand auftritt. Außerdem lassen sich derartige Metallvliesen zum Zwecke ihrer Säuberung gut rückspülen. Es sind auch kleinere Wandstärken möglich yon etwa 0,6 mm. Das Verhältnis Porenfläche/Gesamtfläche ist günstig.

Nachteilig bei diesen vorbekannten Metallvliesen ist, daß bei hoher Porosität und kleiner Wandstärke nur eine begrenzte Stabilität der Filterkörper zu erzielen ist, so daß oftmals Stützvorrichtungen in Form von Metallgeweben und Lochblechen notwendig sind. Dies führt zu einem Verlust an Filterfläche an den Berührungspunkten.

Werden solchermaßen ausgebildete Filter in Kerzen, Schläuchen oder zum Einbau in Filteraggregaten verwendet, so sind Schweißarbeiten notwendig. Solche Schweißnähte ^stellen aber Schwachstellen dar, da es hier erfahrungsgemäß zu Korrosionen und zu Beeinträchtigung der Stabilität kommt.

Zum Stande der Technik zählen auch poröse Sinterwerkstoffe aus Metallpulvern, die ebenfalls als Filterkörper eingesetzt werden. Hierzu werden entsprechende Pulver

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hergestellt, förmverpreßt und bei Temperaturen zwischen 800 bis 1 400 Grad Celsius gesintert.

Das Verhältnis Pörenflache/Gesamtfläche solchermaßen hergestellter Filterkörper ist geometrisch begrenzt. Der Durchströmwiderstand ist etwa um den Paktor 8 größer als bei vergleichbaren Filterkörpern aus Metallvliesen gleicher Filterfeinheit. Bei Einsatz von spfatzigen Pulvern kommt es zu gezackten Porenoberflächen und Pören-Säcfcgäseen. Dadurch wird die Durchströmbarkeit weiter eingeschränkt und die Rückspülbarkeit erschwert.

Weiterhin ist es nachteilig, daß die Wandstärke aus technologischen Gründen auf etwa 1,2 mm, unter praktischen Bedingungen aber auf 2 mm, begrenzt ist, was abermals die ,Durchströmbarkeit erschwert.

Durch die Höhe des Preßdruckes und entsprechende Feinheit der eingesetzten Metallpulver läßt sich die Porenfeinheit variieren. Dadurch ist es möglich, sehr kleine Porenfeinheiten von etwa 0,5 u.m zu erzielen. Cie Durchströmbarkeit solchermaßen ausgebildeter Körper ist aber klein, so daß sich derartige Filterkörper in zahlreichen Fällen nicht verwenden lassen.

Die in weiten Grenzen steuerbare Porosität (Dichte) solchermaßen ausgestalteter Filterkörper führt zu hohen mechanischen Stabilitäten, so daß derartige Filterkörper hohe Drücke aufnehmen können: bei Sintermetallrohren abhängig vom Durchmesser - bis ca. 500 bar.

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Weiterhin ist vorteilhaft^ daß die Formgebung solcher Filterkörper in großer Vielfältigkeit variierbar ist, so daß sie in viele Hilfselemente, beispielsweise Flansche, iGewinde &ogr;. dgl * eingebaut werden können.

Das Gefüge der Filterköirper verändernde und damit der Korrosionsbeständigkeit äbüxäyliehe Bearbeiten wie Schweißen o. dgl. entfällt bei desartigen Filterkörpern in vielen Fällen, so daß sich Arbeitsvorgänge einsparen lassen.

Außerdem lassen sich die Filterkörper durch Wahl des verwendeten Metallpulvers so auslegen daß sie gegen die betriebsbedingten Einflüsse weitgehend beständig sind, insbesondere eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

Ein Filterkörper gemäß der vorausgesetzten Gattung ist durch die DE-OS 20 19 732 vorbekannt. Bei solchen Sinterkörpern ist der Widerstand relativ groß. Hier kann es auch durch die Sinterwerkstoffe zu scharfkantigen Sackgassen bildenden Strömungskanälen kommen, so daß die spR-zifische Durchströmbarkeit relativ schlecht ist.

Aus der DE-OS 27 13 290 ist ein Filterbauteil aus metallischem Filtermedium vorbekannt, das ein in Durchgangsrichtung veränderliches Filtervermögen durch einen ersten Abschnitt mit einer ersten Fläche aufweisen soll, die aus regelos orientierten Metallfasern eines ersten vorbestimmten Querschnittes besteht. Darin schließt sich ein zweiter Abschnitt mit einer zweiten Fläche, bestehend aus regelos orientierten Metallfasern eines zweiten vorbe-

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stimmten Querschnittes, an. Über die gesamte Ausdehnung der ersten und der zweiten Fläche soll eine dauerhafte Verbindung bestehen. Die genannte Verbindung soll als Sinterverbindung zwischen den Fasern an der ersten und an der zweiten Fläche ausgebildet sein.

Aus der GB-PS 9 33 825 sind gesinterte Metallvliese vorbekannt .

Aufgabe

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Filterkörper, der im Anspruchsoberbegriff des Schutzanspruches 1 vorausgesetzten Art die Filtrationsleistung wesentlich zu erhöhen.

Lösung

Die Aufgabe wird durch die in Schutzanspruch 1 wiedergegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Durch die Kombination mindestens eines aus Sintermetall bestehenden Filterkörpers und eines solchen aus gesinterten Metallfäden-Vlies werden in überraschender Weise die Vorteile dieser beiden Werks» t off &bgr; vereint, die Nachteile allerdings vermieden. Dadurch lassen sich Filterkörper mit geringer Wanddicke der aV .«^n Filterschicht von z.

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B. 0,1 mm herstellen, so daß annähernd Oberflächenfiltrations-Verhältnisse vorliegen im Gegensatz zum Stand der Technik, wo es zur Tiefenfiltration kommt. Grobporiges Sintermetall mit einem Porendurchmesser von z. B. IOOajliu dient als Stützmaterial, das geeignet ist, Differenzdrücke je nach Filterrohrdurchmesser bzw. Gesamtfilterfläche bis 100 bar aufzunehmen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß mit einer relativ dünnen, aktiven Filterschicht und einem hohen Filtrationsdruck wesentlich höhere Filtrationsleistungen erzielt werden können, die um den Faktor 15 bis 20fach besser sind, als beim Einsatz herkömmlicher Sintermetall-Filterelemente. Die körperliche Vereinigung eines aus Sintermetali-Vlies bestehenden Filterkörpers mit einem aus Sintermetallpulver bestehenden Filterkörpers erlaubt eine Säuberung der Filterfläche durch Rückspülung bei Differenzdrücken bis 100 bar. Im Vergleich hierzu sind bei Filterelementen aus Kunststoff maximale Rückspüldrücke von 4 bar zu erreichen. Der hohe Rückspüldruck und der asymmetrische Porenaufbau eines neuerungsgemäßen Filterkörpers führen zur erheblich wirksameren Reinigung des neuen Filterkörpers. Dadurch wird die Stand-/Betriebszeit des neuen Filterkörpers erheblich verbessert.

Zu den beiden Vorteilen des neuerungsgemäßen Filterkörpers - wesentlich verbesserte Filtrationsleistung und Standzeit sowie die oben beschriebenen, an sich bekannter« Vorzüge von Metallfiltern - besitzt dieser darüber hinaus den Vorteil thermischer Beständigkeit, z. B. gegen einen Temperaturschock bis 600 Grad Celsius bei guter mechanischer Stabilität und Druckschwankungen bis 100 bar und hoher

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Korrosionsbeständigkeit. Zusammengefaßt weist ein neuerungsgemäßer Filterkörper bisher unerreichte Qualitätsmerkmale auf.

Neuerungsgemäße Filterkörper lassen sich in zahlreichen Variationen z. B. mit asymmetrischen Porenaufbau herstellen bzw. verwenden. Zum Beispiel lassen sich abwechselnd Sintermetallkörper aus Pulver und solche aus Metallvlies sandwichartig miteinander verbinden. Beispielsweise ist es möglich, das gesinterte Metallvlies beidseitig des Sintermetallkörpers anzusintern, oder zunächst mehrere Schichten von Metallvliesen aneinander zu sintern, die dann mit Sintermetallkörpern aus Pulvern su neuerungsgemäßen Filterkörpern kombiniert werden beispielsweise Vlies - Vlies - Sintermetallpulvertei1 oder Metallvlies Sintermetallpulverteil - Metallvlies - Metallvlies - Sintermetallpulverte.il usw.

Des weiteren ermöglicht die Neuerung eine weite palette an Ausführungsformen hinsichtlich der Formgestaltung, beispielsweise die Herstellung von Filterkörpern in Form von Platten, Scheiben, Rohren, Kugelschalen, Kerzen o. dgl.

Der Einsatz unterschiedlicher Metallpulver- und Vlies-Sorten, Variationen von Partikelgröße, Morphologie (spratzig, kugelig und andere mehr) ergibt eine abermalige Variation im Aufbau des Filterkörpers, wobei durch die Fadendicke der im Metallvlies verwendeten Metallfaden abermals eine Variation zu erzielen ist.

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Wa3 die Qualitäten anbelangt, so können diese durch die jeweils verwendeten Metalle, beispielsweise Edelstahl, Nickel, Titan o. dgl. gleichfalls variiert werden.

Die Metallvliese können mit den Sintermetallpulverteilen durch Sintern einstückig bei Temperaturen zwischen 800 bis 1 400 Grad Celsius verbunden sein.

Gemäß der Neuerung lassen sich im übrigen Filterhörper mit hoher Genauigkeit und hoher Qualität fertigen, die die oben beschriebenen günstigen Eigenschaften aufweisen.

Weitere Ausführungsformen

Die Schutzansprüche 2 und 3 beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Neuerung.

In der Zeichnung ist die Neuerung - teils schematisch -i*n mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch einen Filterkörper gemäß der Neuerung ;

Fig. 2 eine auschnitteweise Vergrößerung im Kreis der
Fig. 1;

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Fig. 3 bis 6

Fig, 7 bis 9

verschiedene Verfahrensstüfen mit isosta
tischer Pressung beim Herstellen eines
neuerüngsgemäßen Filterkörpers und

die Herstellung eines anderen Filterkörpers mit axialer Pressung gemäß der

In den Fig. 1 und 2 ist ein Filterkörper insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, der bei dieser Ausführungsform aus zwei Schichten, nämlich aus einem aus Metallpulver hergestellten porösen Sinterwerkstoffteil (Siritermetallpulverteil) 2 und einem angesinterten porösen Sinterwerkstöffteil aus vervliesten Metallfaden (Metallvlies) 3 besteht. In Fig. 2 sind die Metallpartikel mit dem Bezugszeichen 4, die Poren im Sintermetallpulverteil mit dem Bezugszeichen 5, Sinterbrücken zwischen den Metallpartikeln 4 mit dem Bezugszeichen 6, Metallfäden mit dem Bezugszeichen 7, Poren im Metallvlies mit dem Bezugszeichen 8, Sinterbrücken zwischen den Metallpartikeln 4 und den Metallfaden 7 des Metallvlieses 3 mit dem Bezugszeichen 9 und Sinterbrücken zwischen den Metallfäden 7 mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen den Verfahrensgang bei der Herstellung eines rohrförmigen Filterkörpers 1 nach einer beispielsweisen Verfahrensweise:

Eine Rohrfonti 11 besitzt einen Dorn 12, auf den ein gesintertes Metallvlies 3, das z. B. gewickelt oder mantelförmig umgelegt sein kann, aufgebracht wird. Alsdann wird

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ein elastischer Mäntel 13 um die Rohrform 11 gelegt und von oben - in der Zeichnungsebene gesehen - Metallpartikel 4 in Form von Metallpulver eingeschüttet Und anschließend die Form von oben mit einer Kopfplatte 14 verschlossen. Metaiivlies 3 und Metällpärtikel 4 werden anschließend isostatisch gepreßt, was durch die Pfeile 15 in Fig. 5 angedeutet ist. Nach dem isostatischen Pressen -wird der RQhrfQünn 11 der aus Fig. 5 ersichtliche crepreßte Filterkörper Fig. 5a bestehend aus Metallvlies 3 und Sintermetallpulverteil 4 entnommen und dieses Teil in einen Ofen 16 gebracht, wo das Versintern des Metallvlieses 3 und der gepreßten Metallpartikel 4 zu einem einstückigen Filterkörper erfolgt. Nach dem Versintern erhält man dann einen rohrförmigen Filterkörper.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 9 wird ein scheibenförmiges, gesintertes Metallvlies in eine Form 17 eingelegt und anschließend Metallpartikel 4 in Pulverform eingefüllt. Danach wird die Form 17 nach oben hin durch einen Oberstempel 18 verschlossen, auf den anschließend ein Druck in Pfeilrichtung 19 ausgeübt wird. Der so gepreßte Körper Fig. 8a bestehend aus Metallvlies 3 und Metallpartikeln 4 wird in einen Ofen 20 gebracht. Dort werden Metallvlies 3 und Metallpartikel 4 durch Sintern einstückig miteinander verbunden.

Die in der Zusammenfassung, in der Beschreibung und in den Schutzansprüchen beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Neuerung wesentlich sein.

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Bezugszeichen I is t e

1 Filterkörper

2 Sintermetallpulverteil

3 Metallvlies

4 Metalipartikel

5 Pore im Sintermetall

6 Sinterbrücke

7 Metallfaden

8 Pore im Metallvlies

9 Sinterbrücke

10 Sinterbrücke

11 Rohrform

12 Dorn

13 elastischer Mantel

14 Kopfplatte

15 Isostatische Druckrichtung auf Werkzeugfüllung 3,

16 Ofen

17 Form

18 Oberstempel

19 Preßling

20 Axiale Druckrichtung auf Werkzeugfüllung 3,

21 Ofen

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Claims (3)

Patentanwalt DipL-Ing^R. Beyer, Xm Dickelsoach 8, D-4Q30 Ratingen 6 3858/1 Bu. 6. Januar 1988 Pressmetall Krebsöge GmbH Gewerbestraße 2-4 D - 5608 Radevormwald 1 Filterkös per und Verfahren zu seiner Herstellung Schutzansprüche

1. Filterkörper mit einer relativ feinporigen aktiven Filterschicht aus Sinterwerkstoff (Sinterwerkstoffteil) und einem grobporigen Sintermetallpulverteil als Stützschicht, wobei das Sintermetallpulverteil und das Sinterlwerkstoffteil durch Sintern einstückig in Körperkontakt miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterwerkstoff teil

aus vervliesten Metallfäden (Metallvlies - 3) mit einer Dicke von weniger als 2 mm ausgebildet ist.

2. Filterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Metal IvI lese (3) - gegebenenfalls abwechselnd - und ein und/oder mehrere

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Sintermetallpulverteile (2) - gegebenenfalls abwechselnd - jeweils in Körperkontakt einstückig miteinander verbunden sind.

3. Filterkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallvlies (3) wärmevorbehandelt und vorzugsweise versintert ist.

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