EP2978550A1

EP2978550A1 - Slm-filtersystem

Info

Publication number: EP2978550A1
Application number: EP14714967.8A
Authority: EP
Inventors: Matthias Fockele; Heinz-Dietmar SCHMIDT
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2016-02-03
Also published as: DE102013205510A1; WO2014154748A1; US10207207B2; US20160059154A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines hohlen Filterelements mit gitterförmiger Wandung, wobei das wenigstens eine Filterelement mittels eines generativen Verfahrens aus einem fließfähigen oder schüttfähigen Ausgangsmaterial durch ortsselektives, schichtweises Verfestigen des Ausgangsmaterials an den dem wenigstens einen Filterelement entsprechenden Stellen der jeweiligen Schicht durch Energieeintrag mittels einer fokussierten Strahlung hergestellt wird.

Description

SLM-Filtersystem

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines hohlen Filterelements mit gitterförmiger Wandung. Ferner betrifft die Erfindung eine Filtereinheit mit wenigstens einem derartigen Filterelement und eine Filtervorrichtung mit einer solchen Filtereinheit.

Filter zum Zurückhalten von Partikeln aus einem Fluidstrom finden in vielen Bereichen der Technik Anwendung. Als Filtermaterial können je nach Einsatzgebiet die verschiedensten Materialien verwendet werden, beispielsweise Papier, Glasfasern oder Metalle.

Der Filterwirkungsgrad eines Filterelements, an welchem als Bauteil einer Filtervorrichtung der eigentliche Filtrationsprozess stattfindet, bestimmt sich aus der Partikelzahl vor und nach dem Filtern. Der Wirkungsgrad der kompletten Filtervorrichtung berücksichtigt z.B. noch die Strömungs- und Durchflussverluste und ist somit für die Beurteilung der Gesamtverluste einer Filteranlage wichtig. Ein weiterer wichtiger Parameter im Zusammenhang mit Filterelementen ist deren Durchflusswiderstand, welcher möglichst gering gehalten werden sollte, wobei der Durchflußwiderstand keine gleichbleibende Größe ist, sondern vielmehr mit zunehmender Schmutzaufnahme des Filterelements zunimmt.

Bei sogenannten Oberflächenfiltern scheiden sich die Verunreinigungen nur an der Oberfläche des Filterelements bzw. der Filterelemente ab. Üblicherweise weisen Oberflächenfilter gleichmäßig angeordnete Poren oder Spalte auf, die Partikel einer bestimmten Größe nahezu vollständig zurückhalten können. Jedoch ist ihr Schmutzaufnahmevermögen im Allgemeinen kleiner als dasjenige eines sogenannten Tiefenfilters, welcher Verunreinigungen hauptsächlich im Inneren des filternden Materials abscheidet. Oberflächenfil- ter können z.B. durch Rückspülen, Ultraschall oder manuell gereinigt werden.

Eine Bauart von Oberflächenfiltern wird aus dünnen Geweben hergestellt, für die überwiegend Metallfäden benutzt werden. Bei solchen Siebfiltern bzw. Drahtgewebefiltern spielt die Filterfeinheit eine wichtige Rolle. Unter der Filterfeinheit eines Drahtgewebes versteht man den Durchmesser des größten kugelförmigen Teilchens, welches das Gewebe gerade noch passieren kann. Dabei ist zu beachten, dass das Verhältnis von Filterfläche zu freier Porenfläche ab einer bestimmten Filterfeinheit ungünstig werden kann, so dass z.B. nur eine Porenfläche von etwa 4% verbleibt. Ein ungünstiges Verhältnis von Filterfläche zu freier Porenfläche wirkt sich zudem nachteilig auf den Durchflusswiderstand eines Filterelements aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem Filterelemente schnell und unter Materialersparnis mit hoher Genauigkeit und Präzision bei verbesserten Filtereigenschaften hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Filterelement mittels eines generativen Verfahrens aus einem fließfähigen oder schüttfähigen Ausgangsmaterial durch ortsselektives, schichtweises Verfestigen des Ausgangsmaterials an den dem wenigstens einen Filterelement entsprechenden Stellen der jeweiligen Schicht durch Energieeintrag mittels einer fokussierten Strahlung hergestellt wird.

Generative Verfahren ermöglichen die Herstellung von hochkomplexen und sehr feinen Strukturen. Zu den generativen Fertigungsverfahren zählen u.a. das selektive Lasersintern und das hier besonders bevorzugte selektive Laserschmelzen, bei welchen pulverförmiges Ausgangsmaterial durch Laserstrahlenergie lokal nur teilweise bzw. lokal vollständig aufgeschmolzen wird. Anstelle von Laserstrahlung kann in Abwandlung des Verfahrens auch Partikelstrahlung, insbesondere Elektronenstrahlung, zum ortsselektiven Um- schmelzen des Ausgangsmaterials verwendet werden. Dies erlaubt die Herstellung feinster Strukturen.

Ein mathematischer Punkt, welcher definitionsgemäß keine Ausdehnung besitzt, wird mittels des generativen Verfahrens als Punkt mit einer bestimmten Ausdehnung verfestigt. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wandstärke der gitterförmigen Wandung durch diese Ausdehnung festgelegt. Die Filterwände können demnach zumindest bereichsweise nur aus einer solchen einfachen Wandstärke bestehen. Dies wirkt sich positiv sowohl auf das Verhältnis von Filterfläche zu freier Porenfläche und folglich den Durchflusswiderstand als auch die benötigte Materialmenge aus.

Als bevorzugtes generatives Verfahren wird im Rahmen der Erfindung das selektive Laserschmelzen angewandt. Die dazu verwendeten Vorrichtungen werden auch als SLM-Vorrichtungen bezeichnet und sind in diversen Varianten bekannt, so z. B. aus der DE 10 201 1 075 748 A1 , der DE 10 2004 041 633 A1 , der DE 102 36 907 A1 , der DE 199 05 067 A1 oder der DE 10 1 12 591 A1 , deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.

Mit dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens kann zur Herstellung eines Oberflächenfilterelementes mit sehr effizienten Filtereigenschaften eine extrem fein strukturierte, z.B. zu einem Ring geschlossene Gitterwand mit durchgehenden Gitterlöchern bzw. Gitterporen hergestellt werden, deren minimale Porendimensionen nach derzeitigem Entwicklungsstand in der Größenordnung von 0 pm liegen können. Ferner ist es unter Anwendung des selektiven Laserschmelzens möglich, die Gitterstreben bzw. Gitterstege, die die Gitterporen begrenzen, ebenso extrem dünn herzustellen, z.B. mit Durchmesser von z.B. 50 pm, ohne die mechanische Filterstabilität zu sehr herabzusetzen. Ein so gestaltetes Oberflächenfilter erlaubt einen großen Durchsatz zu filternden Materials (Flussrate) bei sehr guter Filterwirkung und somit Zurückhaltung mikroskopisch kleiner Teilchen. Der Materialaufwand für ein solches Oberflächenfilterelement ist gering, so dass auch hochwertige Mate- rialien relativ kostengünstig zum Einsatz kommen können.

Besonders bevorzugt werden zum Erzeugen der gitterförmigen Wandung Gitterstäbe gebildet, indem in jeder Schicht Ausgangsmaterial punktweise entsprechend einem Punktraster mit einander von Schicht zu Schicht überdeckenden Punkten verfestigt wird. Die Punkte des Punktrasters können auf einer beliebigen geschlossenen, z.B. kreisförmigen Kurve angeordnet sein. Der Durchmesser dieses Kreises ist bevorzugt kleiner 20 mm, besonders bevorzugt kleiner 10 mm. Auf diese Weise entstehen dünne Filterelemente mit geraden, filigranen Gitterstäben mit einer minimalen Ausdehnung. Diese Ausdehnung der Gitterstäbe kann durch Variieren der Intensität oder des Fokus der Strahlung, des verwendeten Ausgangsmaterials und anderer Parameter verändert werden. Alternativ oder zusätzlich können im Rahmen der Erfindung Gitterstäbe mit größeren Querschnitten mittels des generativen Verfahrens gebildet werden, etwa indem beim selektiven Laserschmelzen der Schmelzstrahl entsprechend bewegt wird.

Herkömmliche Drahtgewebe werden mittels eines Webverfahrens hergestellt, wobei einzelne Drähte oft im Wechselspiel über- oder untereinander angeordnet werden. Diese feine Wellung der Drähte führt im Vergleich zu einem geraden Draht zu einem erhöhten Materialverbrauch. Folglich können durch die Verwendung eines generativen Verfahrens und dem Erzeugen nicht gewellter Gitterstäbe Material und Kosten durch Anwendung der Erfindung eingespart werden.

Das Punktraster zum Herstellen der gitterförmigen Wandung eines Filterelements wird bevorzugt aus Punkten mit einem Abstand von kleiner 500 μΐη, besonders bevorzugt von kleiner 100 μηι, je nach gewünschter Filterdurchlässigkeit, bereitgestellt. Bevorzugt ist dabei, dass die gitterförmige Wandung mit Gitterporen hergestellt wird, welche in zumindest einer Dimension ein Porenmaß von kleiner 450 μΐη, vorzugsweise kleiner 50 μΐη und besonders bevorzugt kleiner als 20 μΐη, je nach gewünschter Filterdurchlässigkeit, aufweisen. Vorzugsweise wird das Porenmaß aus dem Zwischenraum be- nachbarter Gitterstäbe bestimmt. Die Poren können somit auch als Durchgangsspalte vorliegen. Das Porenmaß kann je nach Einsatzbereich und Anwendung individuell eingestellt werden, um eine optimale Filtration zu erreichen. In Versuchen wurden bereits Porenmaße in der Größenordnung von 10 μΐη mit der Methode des selektiven Laserschmelzens erreicht. Grundsätzlich ist es erwünscht, für bestimmte Filteraufgaben das Porenmaß so klein wie möglich zu realisieren, etwa um biologische Mikropartikel z.B. bei der Wasseraufbereitung ausfiltern zu können.

Ferner ist es bevorzugt, dass nach jeweils einer bestimmten Anzahl von Schichten in einer Schicht ein Stützring hergestellt wird, indem die einzelnen Punkte des Punktrasters in dieser Schicht mittels des generativen Verfahrens miteinander verbunden werden. Diese Stützringe dienen der Stabilisierung eines Filterelements und können eine Wandstärke aufweisen, die größer ist als eine einfache Wandstärke. Zusätzlich zu oder anstelle der Stützringe können die einzelnen Ringe auch dazu vorgesehen sein, die Poren in ihrer Längsrichtung zu begrenzen. Zu beachten ist, dass sich eine zu hohe Anzahl solcher Ringe negativ auf den Durchflusswiderstand auswirken kann. Vorzugsweise sollte jedoch möglichst wenig Material zum Begrenzen der einzelnen Poren verwendet werden, um u.a. den Durchflusswiderstand gering zu halten.

Besonders bevorzugt wird das wenigstens eine Filterelement auf einer Basisplatte aufgebaut. Dabei kann auf eine vorgefertigte Basisplatte zurückgegriffen werden. Es ist jedoch auch möglich, diese Basisplatte ebenso wie das wenigstens eine Filterelement mittels des generativen Verfahrens herzustellen, wobei Basisplatte und Filterelement in einem Aufbauvorgang hergestellt werden können.

Im Rahmen der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, mehrere Filterelemente vermittels einer Stützstruktur zwischen den Filterelementen zu stabilisieren. Zusätzlich kann die Stützstruktur als Deckel dienen, welcher die Filterelemente an ihrem oberen, der Basisplatte abgewandten freien Ende ab- schließt. Ebenso kann die Stützstruktur in einer Position zwischen den oberen und unteren Enden der Filterelemente angeordnet sein. Die Stützstruktur kann ferner gitterförmig sein oder aus zwischen den Filterelementen verlaufenden Verstrebungen bestehen, nachträglich zwischen den Filterelementen eingefügt werden oder bereits während des generativen Verfahrens integral mit den Filterelementen hergestellt werden.

Besonders bevorzugt weist die Basisplatte jeweils ein Loch in Zuordnung zu einem Filterelement auf, wobei das dem Filterelement zugeordnete Loch von der an der Basisplatte angrenzenden Wandung des Filterelements eingeschlossen wird. Das in das Filterelement eindringende Fluid wird dann an dessen gitterförmiger Wandung gefiltert und kann durch das Loch in der Basisplatte abfließen. Durch eine möglichst hohe Anzahl von Filterelementen auf der Basisplatte kann das Schmutzaufnahmevermögen aufgrund der vergrößerten filternden Gesamtoberfläche verbessert werden.

Es kann auch vorgesehen sein, das wenigstens Filterelement mit einer Anzahl konzentrisch, vorzugsweise mit radialem Abstand angeordneter gitterförmiger Wandungen herzustellen. Analog können mehrere unterschiedlich große Filterelemente mit unterschiedlichen Filterfeinheiten ineinander verschachtelt werden. Dadurch wird das Schmutzaufnahmevermögen des Filterelements vergrößert. Die Filterfeinheit der einzelnen gitterförmigen Wandungen nimmt bei dieser Ausführungsform vorzugsweise von außen nach innen ab. Dies erlaubt es, das Filterelement durch Rückspülen zu reinigen, da die von einer im Inneren des Filterelements gelegenen Wandung aufgefangenen kleineren Partikel die weiter außen angeordneten Wandungen mit größeren Poren passieren können.

Es ist ferner bevorzugt, das verwendete pulverförmige Ausgangsmaterial vor der Herstellung des wenigstens einen Filterelements mit mindestens einer oligodynamisch wirkenden Substanz zu versetzen oder eine Legierung mit wenigstens einem oligodynamischen Bestandteil zu verwenden. Oligodynamisch wirkende Substanzen, wie z.B. Silber oder Kupfer, eignen sich zur Entkeimung des zu filternden Fluids. Aufgrund der geringen Wandstärke der das Filterelement bildenden Gitterstäbe ist auch bei geringen Konzentrationen des eingesetzten Stoffes eine ausreichende Überdeckung der Oberfläche der Gitterstäbe gewährleistet.

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, das hohle Filterelement nach dessen Bildung durch Pulververfestigung einem Beschichtungsverfahren zu unterziehen. Dabei wird eine die Gitterstäbe geringfügig dicker und die Poren dazwischen geringfügig kleiner machende Schicht auf die Gitterstäbe aufgebracht. Die Schicht kann z.B. eine Polymerschicht, eine Keramikschicht oder dgl. sein. Als Beschichtungsverfahren kommt z.B. eine Tauchbadbeschichtung oder eine Sprühbeschichtung oder eine Aufdampfbeschichtung in Frage. Das Beschichtungsmaterial kann eine oligodynamische Substanz sein oder enthalten.

Der Beschichtungsprozess kann einen Freiblasschritt umfassen, bei dem nach Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf das Filterelement etwaig vom Beschichtungsmaterial vor dessen Aushärtung geschlossene Gitterporen mittels eines Fluidstrahls, vorzugsweise Druckgasstrahls, durch Freiblasen geöffnet werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Filtervorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Filtereinheit, wobei die Filtervorrichtung Mittel zum Anlegen eines elektrischen Potentials an wenigstens ein Filterelement der Filtereinheit aufweist.

Vorzugsweise ist die Filtereinheit gegenüber einem Gehäuse der Filtervorrichtung elektrisch isoliert, wobei das Gehäuse bei Anlegen des elektrischen Potentials an das Filterelement auf Bezugspotential (Massepotential) gehalten wird. Es wird somit eine elektrische Spannung zwischen Filterelement und Filtergehäuse angelegt. Durch das Anlegen des elektrischen Potentials an das Filterelement wird bewirkt, dass Schmutzteilchen mit einer elektrischen Ladung gleicher Polarität wie das elektrische Potential des Filterele- mentes von diesem elektrostatisch abgestoßen und somit daran gehindert werden, sich auf der Filterelementoberfläche abzusetzen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Filtereinheit bestehend aus auf einer gelochten Basisplatte aufgebauten Filterelementen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind;

Figur 2 ein Punktraster (nicht maßstäblich) anhand dessen ein Filterelement mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann;

Figur 3 eine stark schematische Darstellung eines Abschnittes eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filterelements (nicht maßstäblich);

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Filtervorrichtung, bei welcher die erfindungsgemäße Filtereinheit zum Einsatz kommt; und

Figur 5 ein weiteres Beispiel eines Punktrasters (nicht maßstäblich).

Fig. 1 zeigt eine Filtereinheit 10 mit einer nach einem geeigneten Herstellungsverfahren vorgefertigten gelochten Basisplatte 12, auf welcher in Zuordnung zu jedem Loch 14 ein Filterelement 16 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, hier nach der Methode des selektiven Laserschmelzens (SLM), aufgebaut ist. Die Mehrzahl an Filterelementen 16 vergrößert die filternde Oberfläche. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die einzelnen Filterelemente 16 gleichzeitig auf der Basisplatte 12 Schicht für Schicht aufgebaut, indem schichtweise auf der Basisplatte 12 aufgetragenes pulverförmiges Ausgangsmaterial durch Energieeintrag mittels fokussierter Laserstrahlung an den Stellen, die den Filterelementen 16 entsprechen, verfestigt wird.

Das Ausgangsmaterial kann z.B. Werkstoffpulver aus Kobalt-Chrom, Titan, Silber, Edelstahl oder Legierungen davon oder auch Keramik sein. Die Basisplatte 12 kann etwa aus Edelstahl hergestellt sein. Es kommen jedoch auch andere Materialien in Betracht. Aufgrund der einsetzbaren Materialen kann die Filtereinheit 10 so gebaut werden, dass sie gegen nahezu jede Chemikalie resistent ist. Des Weiteren sind die Filterelemente 16 nahezu verschleißfrei und auch bei hohen Temperaturen beständig.

Das Punktraster 20 eines einzelnen Filterelements 16 ist in Fig. 2 schematisch und nicht maßstäblich dargestellt. Die das Punktraster 20 bildenden Gitterpunkte 21 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer Kreislinie 22 angeordnet. Beim schichtweisen Aufbau eines Filterelements 16 werden die den Gitterpunkte 21 entsprechenden Stellen in der jeweiligen Schicht des Ausgangsmaterials bestrahlt, wodurch sie sich verfestigen und mit den bereits verfestigten Punkten der darunter liegenden Schicht verbinden. Wie in Fig. 3 gezeigt, haben die sich auf diese Weise bildenden Gitterstäbe 17 eines Filterelements 16 eine minimale Ausdehnung G, die hier als einfache Wandstärke bezeichnet wird. Diese Ausdehnung G ist von verschiedenen Parametern abhängig, wie etwa von der Art, Intensität oder dem Fokus der verwendeten Strahlung, der Bestrahlungsdauer oder dem Ausgangsmaterial, ferner etwa von dessen Partikelgrößenverteilung und

Schichtdicke, wenn das Ausgangsmaterial in Pulverform vorliegt. Durch Variieren der die einfache Wandstärke beeinflussenden Parameter kann diese je nach Bedarf feiner oder gröber eingestellt werden. Die Wandstärke kann zumindest bereichsweise auch stärker als die einfache Wandstärke gewählt werden. Außerdem können die Gitterstäbe 17 einen Querschnitt aufweisen, welcher zumindest in einer Dimension größer ist als die Ausdehnung G.

Die letzte Schicht beim Herstellungsprozess des Filterelements bzw. der Fil- terelemente 16 wird vollständig oder mit einer Gitterstruktur innerhalb der Kreislinie 22 verfestigt, so dass die Filterelemente 16 eine nach außen abgeschlossen filternde Oberfläche bilden. Alternativ können die einzelnen Filterelemente 16 nachträglich mit einem Deckel versehen werden.

Benachbarte Gitterstäbe definieren in ihrem Zwischenraum die Poren 18 des Filterelements 16, die folglich als Spalte vorliegen. Das Porenmaß A (Fig. 3) in der ersten Dimension, welche in der Ebene der Basisplatte liegt, kann individuell auf die erforderlichen Gegebenheiten des Einsatzgebietes der Filtereinheit 10 angepasst werden. Durch Verfestigen aller Punkte 21 entlang der Kreislinie 22 zu einem Ring 19 nach einer gewissen Anzahl von Schichten können die Poren 18 auch in der zweiten Dimension, die nicht in der Ebene der Basisplatte liegt, begrenzt werden. Diese Ringe 19 können auch zum Stabilisieren der Gitterstäbe des Filterelements dienen. Hierbei müssen solche als Stützringe wirkenden Ringe keine einfache Wandstärke aufweisen, sondern können durchaus stärker ausgebildet sein. In Figur 2 ist ein Raster aus kreisförmigen Punkten gezeigt. Alternativ könnten die Punkte z.B. in radialer Richtung zum Zentrum des Rasters gestreckt sein, so dass ein Raster aus radial aufs gemeinsame Rasterzentrum ausgerichteten Strichen vorliegt, die in der dritten Dimension Flachstäbe mit guter Stabilität und geringer minimaler Porengröße dazwischen ergeben.

Fig. 4 zeigt eine Filtervorrichtung 24 mit Gehäuse 26 aus Aluminium, in welchem zwischen einem Eingang 28 und einem Ausgang 30 die erfindungsgemäße Filtereinheit 10 angeordnet ist. Die Basisplatte 12 ist derart in der Filtervorrichtung 24 eingesetzt, dass die Filterelemente 16 mit ihrem oberen, von der Basisplatte 12 abgewandten Ende zum Eingang 28 hin weisen. Wie in Fig. 4 zu sehen, weisen die einzelnen Filterelemente 16 der Filtereinheit 10 an ihrem oberen Ende eine Sockelversteifung 32 und an ihrem unterem, an die Basisplatte angrenzenden Ende eine Sockelversteifung 34 auf. Diese Versteifungen 32, 34 dienen der Stabilität und Festigkeit der Filterelemente 16 auf der Basisplatte 12. Zusätzlich kann zwischen den Filterelementen 16 eine Stützstruktur vorgesehen sein. In der Filtervorrichtung 24 strömt Fluid aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Eingang 28 und dem Ausgang 30 vor dem Eingang 28 über die Rückschlagventile 36 zum Ausgang 30, wie dies mit durchgezogenen Pfeilen in Fig. 4 angedeutet ist. Dabei muss das Fluid die Filterelemente 16 passieren, wodurch sich in Abhängigkeit von der Filterfeinheit der Filterelemente 16 Verunreinigungen an der Außenoberfläche der Filterelemente 16 abscheiden.

Üblicherweise lässt ein herkömmliches Filterelement mit einer nominalen Filterfeinheit von beispielsweise 10 μηι noch eine bestimmte Anzahl von Partikeln mit 50 μηι oder 100 μηι durch. Da sich jedoch mittels generativer Verfahren auch feinste Strukturen sehr gleichmäßig, präzise und genau herstellen lassen, sollte der Filterwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Filtereinheit 10 höher liegen als bei handelsüblichen, vergleichbaren Drahtgewebefiltern.

Verunreinigungen, die sich im Laufe des Betriebs der Filtervorrichtung 24 auf den Filterelementen 16 abgesetzt haben, können sowohl mechanisch als auch durch Rückspülen entfernt werden. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann die Filtereinheit 10 durch einen Rückstoßimpuls vom Ausgang 30 in Richtung des Eingangs 28 im Betrieb gereinigt werden (vgl. die strichpunktierten Pfeile), da die Filterelemente 16 aufgrund ihres Aufbaus keine Möglichkeit zur irreversiblen Verstopfung bieten. Das die Verunreinigungen enthaltende rückgestoßene Medium wird hierbei über das Abflussrohr 38 in einen nicht gezeigten Grobteilchenbehälter abgeschieden. Nicht gezeigt in Figur 1 und Figur 4 sind Schmutzabweiselemente zwischen den Filterelementen 16. Die Schmutzabweiselemente dienen dazu, beim Rückspülen der Filtereinheit zu verhindern, dass von einem Filterelement 16 abgelöster Schmutz sich an einem anderen Filterelement 16 absetzt. Die Schmutzabweiselemente können z.B. als Säulen oder Blechstreifen zwischen den Filterelementen 16 ausgebildet sein. Sie können auch im SLM-Verfahren aufgebaut werden.

An dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, dass auch andere Fil- terumfangskonturen als die in Figur 2 und Figur 3 gezeigten Kreiskonturen im Rahmen der Erfindung denkbar sind, etwa um die Filterelementoberfläche bei in etwa gleichem Platzbedarf einer Filtereinheit zu vergrößern. In Figur 5 ist hierzu ein Beispiel eines betreffenden Punktrasters 20 gezeigt, welches einer Querschnittsdarstellung des Filterelementes entspricht. Die Gitterpunkte 21 liegen bei dem Beispiel der Figur 5 auf einer Wellenlinie, die sich auf einem Kreis schließt.

Filtereinheiten nach der Erfindung können mittels eines hier betrachteten generativen Verfahrens und insbesondere nach dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens auch mit verschiedenen Konturen einwandig hergestellt werden. So ist es durchaus denkbar, dass Krümmungen der Oberfläche des Filterelementes in allen drei Raumrichtungen vorgesehen sind, um die Filterelementfläche groß zu machen. So könnten die Filterelementflächen sowohl im Längsschnitt als auch im Querschnitt Welligkeiten aufweisen und z.B. insgesamt eine Noppenstruktur oder dgl. haben. Auch bei solchen Flächen ist es möglich, mit dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens mikroskopisch kleine Poren zu erzeugen, also Poren, deren kleinste Dimension kleiner als 100 μΐΎΐ und vorzugsweise kleiner als 20 pm groß sind. Die Filtervorrichtung hat sich in einem internen Langzeitversuch sehr gut bewährt und erlaubt eine effiziente Filterung relativ großer Fluidmengen pro Zeiteinheit. Ein Anwendungsbeispiel zur Nutzung einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung ist die Filterung von Ballastwasser, welches aus Hochseeschiffen ins Meer abgelassen werden muss. Insbesondere für derartige Anwendungen hat sich eine Filtervorrichtung nach der Erfindung aufgrund der hohen Flussrate und aufgrund der sehr guten Filterwirkung als ideales Filter erwiesen. Hierzu hat sich die Rückspülbarkeit und der geringe Platzbedarf der Filtervorrichtung als besonders vorteilhaft gezeigt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filterelemente 16 eignen sich u.a. und insbesondere zur Filtration von aggressiven Medien, von Flüssigkeiten und Gasen, besonders in thermischen Prozessen, und als Filter mit entkeimender Wirkung (Silberfilter).

Claims

Ansprüche Verfahren zum Herstellen wenigstens eines hohlen Filterelements (16) mit gitterförmiger Wandung, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Filterelement (16) mittels eines generativen Verfahrens aus einem fließfähigen oder schüttfähigen Ausgangsmaterial durch ortsselektives, schichtweises Verfestigen des Ausgangsmaterials an den dem wenigstens einen Filterelement (16) entsprechenden Stellen (21 ) der jeweiligen Schicht durch Energieeintrag mittels einer fokussier- ten Strahlung hergestellt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ein mathematischer Punkt mittels des generativen Verfahrens als Punkt mit einer bestimmten Ausdehnung (G) verfestigt wird und die Wandstärke der gitterförmigen Wandung durch diese Ausdehnung (G) festgelegt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Erzeugen der gitterförmigen Wandung Gitterstäbe (17) gebildet werden, indem in jeder Schicht Ausgangsmaterial punktweise entsprechend einem Punktraster (20) mit einander von Schicht zu Schicht überdeckenden Punkten (21 ) verfestigt wird.

Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Punktraster (20) aus Punkten (21 ) mit einem Abstand von kleiner 500 μνη, bevorzugt kleiner 100 μΐτι, bereitgestellt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die git- terförmige Wandung mit Gitterporen (18) hergestellt wird, welche in zumindest einer Dimension ein Porenmaß (A) von kleiner 450 μηη, vorzugsweise kleiner 50 μΐη und besonders bevorzugt kleiner 20 μηη, aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Porenmaß (A) aus dem Zwischenraum benachbarter Gitterstäbe bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach je- 5 weils einer bestimmten Anzahl von Schichten in einer Schicht ein Stützring (19) hergestellt wird, indem die einzelnen Punkte (21 ) des Punktrasters (20) in dieser Schicht mittels des generativen Verfahrens miteinander verbunden werden. io

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Filterelement (16) auf einer Basisplatte (12) aufgebaut wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Basisplatte (12) jeweils ein Loch i 5 (14) in Zuordnung zu dem wenigstens einen Filterelement (16) aufweist, welches von der an der Basisplatte (12) angrenzenden Wandung des wenigstens einen Filterelements (16) eingeschlossen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das ver-0 wendete Ausgangsmaterial vor der Herstellung des wenigstens einen

Filterelements (16) mit mindestens einer oligodynamisch wirkenden Substanz versetzt wird.

1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das hoh-5 le Filterelement (16) nach dem schichtweisen Verfestigen des Ausgangsmaterials an den dem Filterelement entsprechenden Stellen einem Beschichtungsverfahren, insbesondere Tauchbeschichtungsver- fahren, unterzogen wird, um das Porenmaß der Gitterporen zu verringern.

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12. Filtereinheit mit wenigstens einem Filterelement (16), welches nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.

13. Filtereinheit nach Anspruch 12, welche zum Filtern eines Mediums in eine Filtervorrichtung (24) mit mindestens einem Eingang (28) und mindestens einem Ausgang (30) einsetzbar ist.

5 14. Filtereinheit nach Anspruch 12, wobei die Filtereinheit (10) zum Entfernen von Rückständen auf dem wenigstens einen Filterelement (16) rückspülbar ist.

15. Filtervorrichtung mit einer Filtereinheit (10) nach einem der Ansprüche o 12 bis 14.

16. Filtervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Filtervorrichtung Mittel zum Anlegen eines elektrischen Potentials an wenigstens ein Filterelement (16) der Filtereinheit (10) umfasst.