DE9000872U1

DE9000872U1 - Dichtungsrahmen für Membranstapel

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Publication number: DE9000872U1
Application number: DE9000872U
Authority: DE
Original assignee: Gkss-Forschungszentrum Geesthacht 2054 Geesthacht De GmbH
Current assignee: Gkss-Forschungszentrum Geesthacht 2054 Geesthacht De GmbH
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1990-04-05
Anticipated expiration: 2000-01-27

Description

JESSENSTRASSE 4 · D-2000 HAMBURG 50 · TEL (040) 3893501 - FAX 3893502 - TELEX 2166426 pahn d

DIPL-PHVS. OLE NIEDMERS DIPL-INC. HANS W. SCHÖNINC EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

GKSS-Forschunyszentrum Z -sthacht SmbH Max-^planck-Svr-aße, 2054 Geesthao« &ngr;

Dichtungsrahmen für Membranstapel Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsrahmen für alternierend angeordnete Membranen eines Membranstapels insbesondere für die Dialyse oder Elektrodialyse, bei dem konturierte, dichtende Rahmenränder, weiche eine mit einem netzförmigen Abstandshalter versehene, in entsprechender Weise konturierte Kammer umschließen, eine Mehrzahl durchgehender Versorgungs- und Verbindungsbohrungen für die zu behandelnde Lösung und die mit abgetrennten gelösten Elektrolyten bzw. elektrisch nichtgeladenen gelösten Stoffen angereicherte bzw. abgereicherte Lösung enthalten, wobei die Bohrungen über Zu- und Ablußrinnen mit dem Inneren der Kammer 1n Verbindung stehen.

Ein Dichtungsrahmen dieser Art ist bekannt (DII-PS 31 03 464). Bei der Elektrodialyse befinden sich zwischen zwei an einer elektrischen Spannung liegenden Elektroden eine

COMMERZBANK AG, BLZ 200400*00; (s|R· ^6/·&idiagr;6&thgr;(&iacgr;&idiagr; _r'D£U.TSCH£*BANK AG, BLZ 20070000, NK. 6565675 POSTGIRO HAMBURG: &Bgr;&iacgr;&Zgr;·200&Idigr;00&Sgr;« ¹NR. 13048-205

5

t Mehrzahl von Kammern, die gegeneinander durch gestapelt

&iacgr; angeordnete Dichtungsrahmen und Membranen voneinander

: getrennt sind. Bei den Membranen handelt es sich um

&ggr; abwechselnd angeordnete Kationen-Austauschermembranen

&idigr; und Äfnonen-Austauschermembr*r^; r;. Die Innenfläche eines

;| jeden Dichtungsrahmens enthält einen netzartigen Ab-

Standshalter der einerseits zur Abstützung der an

'p beiden Seiten angrenzenden Membranen und andererseits

zur Verteilung der flächig durchgeleiteten Lösu =g dient.

■; Der Dichtrahmen soll zudem die Trennung des zu verdün-

: nenden Flüssigkeitsstromes von dem zu konzentrierenden

Flüssigkeitsstrom bewirken. Damit die Kammern eines • Membranstapels abwechselnd von den beiden Flüssigkeits

strömen durchströmt werden können, enthalten die Dichtungen sowohl Auslauföffnungen für die Zufuhr der einen Lösung in die entsprechende Kammer als auch Bohrungen für den Durchtritt der anderen Lösungen in die nächste Kammer.

Um inneren Leckagen in einem Membranstapel zwischen dem zu verdünnenden Flüssigkeitsstrom und dem zu konzentrierenden Flüssigkeitsstrom auf alle Fälle zu vermei-

! den, da diese den Wirkungsgrad des Membranstapels

erheblich beeinflussen, sind extrem großen Anpreßkräfte der einzelnen Elemente des Membranstapels nötig, um eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen. Dieses kann bei dem bekannten Dichtrahmen nur mit sehr großem apparativen Aufwand sichergestellt werden. Aus diesem Grunde wurde bei dem bekannten Dichtungsrahmen auf den harten, aus formstabilem Kunststoff bestehenden Rand gesondertes elastisches Material aufgebracht, wobei dieses elastische Material als Dichtung wirkte. Zuvor wurden aber die Rinder des netzförmigen Abstandshalter auf eine die

, Dicke des aus Kunststoff bestehenden Rahmens derart

komprimiert, daß die Dicke des in der Kammer liegenden nicht-komprimierten Teiles des Abstandshalters 1m

wesentlichen der Dicke des mit Dichtungen versehenen Dichtrahmens entsprach.

Das Komprimieren der Ränder des netzförmigen Abstandshalter vor dem Ein- bzw. Aufbringen des Dichtmaterials ist arbeitstechnisch sehr aufwendig, da dazu eine extrem genaue Ausrichtung des Dichtungsrahmens im Werkzeug, das uie Kompression dv'f Ränder bewirken Süll, erforderlich ist. Zudem muß beim Kompressionsvorgang fortwährend eine gleiche Werkstoffdicke erzielt werden, d.h. dieser Verfahrensschritt 1st ebenfalls mit hoher Sorgfalt durchzuführen, was wiederum zu einer Kostensteigerung bei der Herstellung derartiger Dirhtungsrahmen führt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Dichtungsrahmen zu schaffen, der sich im Vergleich zu dem bekannten Dichtungsrahmen sehr viel einfacher und kostengünstiger herstellen läßt, der eine gegenüber dem bekannten Dichtungsrahmen gleiche oder bessere Dichtwirkung zeigt und für die Herstellung geringere Werkstoffmeng»n benötigt- eis vergleichbare bekannte Dichtungsrahmen .

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Randbereiche des Abstandshalters zur Schaffung einer Dichtung wenigstens teilweise mit einem elastomeren Werkstoff über die Dicke aes Abstandshalters hinaus

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Dichtungsrahmens besteht im wesentlichen darin, daß ein gesonderter Rahmen, an dem der netzförmige Abstandshalter befestigt wird, überflüssig ist mit der Folge, daß ein erheblicher Herste!1ungs- und Werkstoffaufwand entfällt. Die bisherige hochgenaue Art der Kompression der Randbereiche des netzförmigen Abstandshalters und die Herstellung der

Verbindung zwischen Abstandshalter und gesondertem Randbereich ist beim erfindungsgemäßen Dichtungsrahrnen ebenfalls überflüssig geworden, so daß im wesentlichen nur noch zwei Werkstoffe für die Herstellung des kompletten Dichtungsrahmens erforderlich sind, nämlich einerseits der Werkstoff für den netzförmigen Abstandshalter und der elastomere Werkstoff, der im Randbereich des netzförmigen Abstandshalters die eigentliche Dichtung bildet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Dichtungsrahmens weist der Randbereich linienförmige Dichtungen auf, die aus dem gleichem Werkstoff wie der Werkstoff des übrigen Randbereiches bestehen. Diese 1inienförmigen Dichtungen, die auf geeignete Weise die Versorgungs- und Verbindungsbohrungen, die den Dichtungsrahmen durchqueren, ganz oder teilweise umschließen, sind im Querschnitt gewissermaßen signifikante Erhöhungen des an sich gleichmäßig dick mit elastomerem Werkstoff erfindungsgemäß aufgefüllten Randbereiches des Dichtungsrahmonc_

Diese gesonderten Dichtungen können vorteilhafterweise durch Ausbildung von entsprechenden Vertiefungen in einer ebenen Unterlage hergestellt werden, auf die das im Randbereich aufzufüllende rtetzförmige Abstandshaltergewebe aufgelegt wird. Die Vertiefungen sind, beispielsweise durch entsprechende Fräsungen oder Ätzungen in der ebenen Unterlage ausgebildet. Durch Aufbringen des eiastomeren Werkstoffes und ein damit einhergehendes Hineindrücken in die Vertiefungen wird somit in einem einzigen Arbeitsgang und damit extrem kostengünstig, der Randbereich flächig aufgefüllt und die gewünschte linienförmige Dichtkontur vorteilhafterweise ausgebildet.

Gtundsätzlich kann das Aufbringen des elastomeren Werkstoffes auf bzw. Einbringen in den Randbereich des netzförmigen Abstandshalters auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Neben einem vorteilhaften Auf- bzw. Einbringen des elastomeren Werkstoffes in den Randbereich des netzförmigen Abstandshalters mittels des Siebdruckverfahrens kann es auch vorteilhaft sein, den elastomere^ Werkstoff mittels der Einpress-, Eingieö- oder Einspritztechnik auf bzw. einzubringen, wobei die Wahl dieser Technik auch von der Art des verwendeten elastomeren Werkstoffes abhängig sein kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Auf- bzw. Einbringen des elastomeren Werkstoffes zum Erreichen einer vorbestimmten Querschnittsform des Randbereiches des Dichtungsrahmens auch in mehreren Schritten nacheinander erfolgen, wobei dieses gleichermaßen vorteilhafterweise sowohl für eine linienförmige Dichtung als auch für den mit elastomerem Werkstoff an- bzw. eingefüllte Randbereich an sich gilt,

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wird, wenn der elastomere Werkstoff bei einmaligem, verhältnismäßig dickem Aufbringen nach seiner Aushärtung einen zu großen Dickenschwund aufweist, vorbestimmte Dicken des Randbereiches aber erreicht werden müssen.

Als elastomerer Werkstoff werden vorteilhafterweise Silikone und/oder Polyurethane eingesetzt. Fluoruierte elastomere Werkstoffe und Silikone eignen sich insbesondere für den Einsatz in aggressiven Medien und auch bei erhöhten Temperaturen. Der elastomere Werkstoff kann vorteilhafterweise ebenfalls geschäumt sein.

Grundsätzlich sind die Dicke des Abstandshalters und des darüber hinausgehenden elastomeren Randbereiches voneinander unabhängig, d. h. daß die Dicke des über die Dicke

des Netzgewebes hinausgehenden Randbereiches In jedem Fall 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,15 mm beträgt.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Dichtungsrahmens in der Draufsicht, bei dem auf den aufgefüllten Randbereich zusätzliche linienförmige Dichtungen aufgebracht sind,

Fig. 2 e^:ne andere Ausführungsform des Dichtungsrahmens in der Draufsicht, bei dem der Randbereich nicht vollständig mit elastomerem Werkstoff angefüllt ist sondern lediglich in Form von geeignet konturierten 1 inienfor-jiigen Dichtungen gestaltet ist,

Fi9; 3 einen Schnitt entlanⁿ dsr Linie A-B von Fig. 1 im Ausschnitt,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie C-D von Fig. 2 im Ausschnitt,

Fig. 5 im Schnitt den Aufbau mehrerer Dichtungsrahmen gemäß Fig. 2 im Zusammenwirken mit mehreren Membranen im Ausschnitt,

Fig. 6 im Schnitt den Aufbau mehrerer Dichtungsrahmen gemäß Fig. 1 im Zusammenwirke- mit mehreren Membranen im Ausschnitt und

Fig. 7 im Schnitt den Dichtungsrahmen und eine Herstellungsunterlage im Ausschnitt.

Der Dichtungsrahmen besteht im wesentlichen aus einem netzförmigen Abstandshalter 12, in dem eine Mehrzahl von Versorgungsbohrungen 14, Verbindungsbohrungen 15 sowie Zu- und Ablußrinnen 16, 17 im wesentlichen gegenübet— liegend ausgebildet sind. Der grundsätzliche Aufbau eines Dichtungsrahmens 10 und sein Zusammenwirken mit lembranelementen 21 sowie die Art und Weise, wie ein Elektrodialyse-Meinbranstapel aufgebaut ist, bei dem die erfindungsgemäßen Dichtrahmen zusammen mit den Meabranelementen aufgenommen sind, ergibt sich aus den Fig. 5 und 6 sowie der DE-PS 29 02 247, auf die diesbezüglich Bezug genommen wird.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dichtungsrahmen 10 ist eine Verkleinerung des Originals, wobei die tatsächlichen Dimensionen des Dichtungsrahmens 10 von der Art und den Anwendungskriterien derartiger Membranstapel abhängen und variieren können.

Der den netzförmigen Abstandshalter 12, der hler rechteckig ausgebildet 1st, umgebende Randbereich 18 1st mit einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise einem Silikon, einem Polyurethan oder einem anderen elastomeren Werkstoff aufgefüllt. Der elastomere Randbereich 18 umschließt geeignet ausgeformte Verbindungsbohrungen 15 und teilweise Versorgungsbohrungen 14, die über jeweilige Zu- und Abflußrinnen 16, 17 mit dem von elastomeren Werkstoff freien Inneren des netzförmigen Abstandshalters 12 in Verbindung stehen, wobei dieses Innere die eigentliche Kammer 13 bildet. Die Dichtungsrahmen 10 sind zusammen mit den Jeweilig angrenzenden Membranelementen derart gestapelt, daß die Kammern 13 eines Membranstapels abwechselnd von beiden Flüssfgkeftsströmen (zu verdünnender Flüssigkeitsstrom; zu konzentrierender Flüssigkeitsstrom) durchströmt werden, wobei die in den Dichtungsrahmen 10 ausgebildeten Abflußrinnen 17

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und die damit verbundenen Versorgungsbohrungen für die Zuführung der jeweiligen Lösung in die entsprechende Kammer 13 sorgen. Die Verbindungsbohrungen 15 sorgen für den Durchtritt der anderen Lösung in die nächste Kammer

Der Ra^dfcereich 18 des netzförmigen Abstandshalters 12 ist zur Schaffung einer Dichtung wenigstens mit dem e^Tastomeren Werkstoff derart angefüllt, dab {!&diams;* Gesamtdicke des Abstandshalters geringfügig dicker als die Dicke des netzförmigen Abstandshalters 12 ist« vergl. Fig. 3 und 4.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Randbereich 18 zusätzlich mit 1 inienförmigen Dichtungen 20 versehen, die aus dem gleichen Werkstoff wie der Werkstoff des Randbereiches 18 bestehen. Dieser zusätzliche linienförmige Dichtungsbereich 20 1st insbesondere 1n Fig. 3 und 6 1m Schnitt ersichtlich, wobei diese zusätzlich linienförmige Dichtung bei dem in Fig. 3 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel einen kreisabschn1ttförm1gen Querschnitt aufweist. Grundsätzlich kann die linienförmige Dichtung 20 aber beliebige geeignete Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise in Form einer rechteckigen Erhöhung oder auch in Form eines trapezförmig oder dreieckförmigen Querschnitts.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die äußeren Randbereiche 18 lediglich teilweise, d.h. gegenüber dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 nicht durchgehend, mit einem elastomeren Werkstoff angefüllt, wobei diese Tei1randbereiche 18 selbst die eigentliche Dichtung bilden, vergl. auch die Darstellung von Flg. 2, die einen Schnitt entlang der Linie C-D von Fig. 2 zeigt. Auch hier ist die Dicke des mit elastomerem

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Werkstoff angefüllten Randbereichs 18 geringfügig dicker als die Dicke des netzförmigen Abstandshalters selbst.

Es sei erwähnt, daß beispielsweise die linienförmige zusätzliche Dichtung 20 auch, Im Segensatz sy Fig. 3, auf beiden Seiten dss Dichtungsrahüiens 10 sägeordnet sein kann. Es 1st auch möglich, die eine ~«ite eines fHcfctüngsrishgtsns 10 gesäß der Ausbildung von Fig. 2 auszubilden und die andere Seit« gemäß der Ausbildung des Dichtungsrahmens 10 von Fig. 1.

13

10	Dichtungsrahmen
11
12	netzföreig-ar AbstaRcls^
13	Kammer
14	Versorgungsbohrung
15	Verbindungsbohrung
16	Zuflußrinne
17	Abflußrinne
18	Randbereich
19	Dicke
20	linienförmige Dichtung
21	Membranelement

22 Unterlage für die Herstellung

Claims

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IESSENSTRASSE 4 D-2000 HAMBURG 50 ■ TEL. (040) 309 35 01 EAX 3893502 ■ TELEX 2166426 pahn d

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Dichtungsrahmen für Membranstapel

1. Dichtungsrahmen für alternierend angeordnete Membranen eines nembranstapel5, Insbesondere für die Dialyse oder Elektrodialyse, bei dem konturierte, dichtende Rahmenränder, welche eine mit einem netzförmigen Abstandshalter versehene, in entsprechender Weise konturierte Kammer umschließen, eine Mehrzahl durchgehender Versorgungs- und Verbindungsbohrungen für die zu behandelnde Lösung und die mit abgetrennten gelösten Elektrolyten bzw. elektrisch nichtgeladenen gelösten Stoffen angereicherte bzw. abgereicherte Lösung enthalten, wobei die Bohrungen über Zu- und Abflußrinnen mit dem Inneren der Kammer in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche (18) des Abstandshalters (12) zur Schaffung einer Dichtung wenigstens teilweise mit einem elastomeren Werkstoff über die Dicke (19) des Abstandshalters (12) hinaus angefüllt sind.

COMMERZBANK AC, BLZ 2004(toeJ),;Nlj.|26J-fc0Ül"DEUffSCIHt BANK AC, BLZ 20070000, NR. 6565675 POSTCIRO HAMBURG/BLZ-20010020, NR. 13048-205
2. Dichtungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung linienförmig ausgebildet ist.
3. Dichtungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (18) zusätzliche linienförmige Dichtungen (20) aufweist, die aus gleichem Werkstoff wie der Werkstoff des Randbereiches (18) bestehen .
4. Dichtungsrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Werkstoff in den Randbereichen (18) mittels der Siebdrucktechnik aufgebracht wird.
5. Dichtungsrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Werkstoff in den Randbereich (18) mittels der Einpress-, Eingieß- oder Einspritztechnik aufgebracht wi rd.
6. Dichtungsrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des elastomeren Werkstoffes zum Erreichen einer vorbestimmten Querschnittsform des Randbereiches (18) mehrfach ausführbar ist.
7. Dichtungsrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Werkstoff Silikon ist.
8. Dichtungsrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Werkstoff Polyurethan ist.
9. Dichtungsrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Werkstoff geschäumt ist.
10. Dichtungsrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des elastomeren Werkstoffs des Randbereiches (18) zwischen 0,05 und 0,5 mm über der Dicke des netzförmigen Abstandshalters (12) liegt.
11. Dichtungsrahmen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des elastomeren Werkstoffs zwischen 0,1 und 0,15 mm über der Dicke des netzförmigen Abstandshalters liegt.
12. Dichtungsrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des netzförmigen Abstandshalters zwischen 0,3 und 2,0 mm beträgt.