FESTKORPERFILTER AUS HARZGEBUNDENEN KORNERN
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festkorperfilter in beliebiger Form, zur Filtration von Flüssigkeiten sowohl für die technische Industrie als auch für die Lebensmittelindustrie .
Festkorperfilter werden in verschiedensten Formen und für unterschiedlichste Anwendungszwecke eingesetzt. Die Lebensdauer von Festkorperfiltern ist abhangig von den Anwendungszwecken sehr unterschiedlich, immer -jedoch beschrankt. Die Lebensdauer wird durch verschiedene Faktoren beschrankt, wie beispielsweise die Oberflachenabnutzung, die mechanische Zerstörung oder Verstopfung. Diese unterschiedlichen Grunde haben dazu gefuhrt, dass man Festkorperfilter immer mehr verbessert und veredelt hat, um deren Festigkeit zu erhohen, die Oberflachenrauheit zu mindern, die Porengrosse zu verkleinern oder durch Oberflachenvergutung in Form von aufgetragenen Membranen oder Beschichtungen gezielt für die eine oder andere Anwendung zu verbessern. All diese Entwicklungen haben zu Festkorperfiltern gefuhrt, deren Einsatz immer spezifischer wird und die Qualitätsverbesserungen aufweisen, die bei vielen Anwendungen gar nicht mehr gefragt sind. Eine Folge dieser Entwicklung ist es selbstverständlich, dass Festkorperfilter entsprechend immer teurer werden. Das Ausgangsmaterial für Festkorperfilter und deren Verarbeitungsverfahren bestimmen im wesentlichen den Preis eines Festkorperfllters. Am weitesten verbreitet sind vor allem Festkorperfilter aus Keramik. Keramik gibt es in sehr vielen verschiedenen Qualltaten und entsprechend variiert aucn αer Preis solcher Festkorperfilter. Das Anbringen von Filtermem- braner oder Bescmchtungen auf Festkorperfiltern aus Keramik
ist -jeαcch problematisch und zum Teil nicht durchfuhrbar. Der Energieoedarf bei der Herstellung von Keramikflltern ist noch immer sehr hoch, was entsprechend die Kosten in die Hohe treibt .
Neben αen fein- und grobkeramischen Filtern sind heute auch Festkorperfilter aus gesinterten Materialien bekannt. Bei den Sinterverfahren ist der Energiebedarf zwar geringer, doch sind die Ausgangsprodukte, nämlich Metall- und/oder Kunststoffgranulate entsprechend teurer. Besonders problematisch ist -jedoch bei den Sinterprodukten die dabei auftretenden Dimensionsanderungen, die den Einsatz solcher Filterkorper erschweren.
Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, einen Festkorperfilter der eingangs genannten Art zu schaffen, der besonders preiswert auch in kleinsten Serien gefertigt werden kann, der sich einfach mit einer Membran oder Beschichtung versehen lasst und dem bei der Fertigung bereits verschiedene Zuschlagsstoffe beigegeben werden können, so dass der Filter jeder Anwendung entsprechende geeignete physikalische Eigenscnaften aufweisen kann.
Diese vielseitige Aufgabe lost ein Festkorperfilter mit den Merkma en des Patentanspruchs 1. Weitere erfmαungsgemasse Ausfuhrungsformen gehen aus den abhangigen Patentansprüchen hervor und deren Bedeutung ist in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des
Erfinαungsgegenstandes dargestellt und m der nachfolgenden
Beschreibung erläutert. Es zeigt:
Figur '. einen schematischen Querschnitt durcn einer. Teil eines erfindungsgemassen Filterkorpers, wobei die Schnittebene nicht senkrecht zur Filteroberflache verlauft; und
Figur 2a einen Schnitt durch den Filterkorper gemäss Figur 1 entlang A-A; und
Figur 2b einen Schnitt durch den Filterkorper gemäss Figur 1 entlang B-B.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist in der Kombination einer Füllmasse aus gerundeten Kornern 2 und der Verwendung von polymeren Verbindungsmitteln 3, wie zum Beispiel Epoxyharz, in einer relativ niedrigen Konzentration oder Dosierung zu sehen. Bei der Verwendung der Füllmasse wurden sowohl Versuche mit mineralischen als auch mit metallischen Substanzen in Form gerundeter Korner 2 durchgeführt. So hat man Mischungen sowohl aus Eisengranulat mit Epoxyharz als auch aus Aluminiumgranulat und Epoxyharz hergestellt. Bei der Korngrosse wurden entsprechend der gewünschten Filtrationseigenschaften Granulate mit Korngrossen zwischen 1 μm und ca. 0,5 mm gewählt. Ebenso wurden Versuche mit mineralischen Stoffen durchgeführt, wobei die Korngrosse der gerundeten Korner 2 etwa im selben Grossenbereich lag. Besonders geeignet erwiesen sich dabei diverse Silikate, die sich gut mit dem Epoxyharz 3 verbinden und gut mit dem Epoxyharz 3 benetzbar sind. Nur wenn bei der Füllmasse gerundete Korner 2 verwendet wurden, konnten die gewünschten Eigenschaften erzielt werden, nämlich ein hoher Durchlass, eine definierte Filterporenoffnung P, und eine geringe Neigung zu Verstopfung.
Zur Optimierung der Verwendung von Bindemitteln 3 wurden verscniedenste polymere Verbindungsmittel, insbesondere Epoxynarze, ausgetestet. Prinzipiell haben sich die Zweioder Mehrkomponenten-Epoxyharze als besser geeignet erwiesen als Einkomponenten-Epoxyharze. Der Anteil der Epoxynarze betragt zwischen 5 und 30 Vol.o, vorzugsweise 10 bis 15
Vol."_. Die Epoxyharzmenge ist im wesentlichen abhangiα von der Korngrosse. Bei Zunahme der Korngrosse nimmt im wesentlichen auch der erforderliche Anteil an Epoxyharz ab.
Ein wesentlicher Faktor bei der Fertigung solcher Festkorperfilter 1 besteht darin, dass die Oberflachen der Korner 2 möglichst vollständig und gleichmassig mit Epoxyharz 3 beschichtet sind. Dies erfordert eine besonders sorgfaltige und lange Durchmischung. Gute Resultate liessen sich bei Zweikomponenten-Epoxyharzen auf zwei verschiedene Arten erzielen. So wurde im einen Fall das kornige Fullmaterial mit einer Komponente Epoxyharz über lange Zeit homogen vermischt und danach die zweite zur Härtung fuhrende Komponente oeige- geben und nur noch relativ kurz gemischt. Typische Miscnzei- ten für das Granulat zusammen mit der ersten Epoxyharz-Kompo- nente liegen zwischen einer und mehreren Stunden, wahrend die Mischzeit nach der Beigabe der zweiten Epoxyharz-Komponente nur noch etliche Minuten betragt. Bei der zweiten Variante wird die Mischung von Anfang an unter Beifügung oeider Epoxyharz-Ko ponenten durchgeführt. Dabei wird eine ausgesprochen langsam hartende Epoxyharzmischung gewählt. Bei einer solchen Mischung kann die gesamte Mischzeit zwischen etlichen Minuten und rund einer Stunde liegen. Natürlich muss man dabei darauf achten, dass das vermischte Material in αie Formen gegossen wird, bevor der Abbmdeprozess einzusetzen beginnt .
Als weniger geeignet erwiesen sich Mischungen, bei denen Einkomponenten-Epoxyharze verwendet wurden. Brauchbare Resul¬ tate liessen sich hier nur bewerkstelligen unter Beigabe thixotroper Mittel zum Epoxyharz, so dass wahrend der Aushär¬ tung αes vergossenen Materials das Epoxyharz vor der Abbin¬ dung nicht unter Emfluss der Gravitation sich abzusetzen beginnt, und damit die Durchlässigkeit des Filters nicht mehr in allen Bereichen gleichmassig ist.
Durch die Wahl von gerundeten Kornern 2 wurde der innere Stromungswiderstand relativ niedrig gehalten. Entsprechend wiesen die erfindungsgemassen Festkorperfilter 1 sehr hohe Durchflussraten auf im Vergleich mit herkömmlichen Festkorperfiltern mit der gleichen Filterfemheit oder Cut- Off-Grenze.
Um zu vermeiden, dass Bakterienwachstum auf oder im Filter stattfindet, ist es bekannt, Silberionen in den Filter einzutragen. Beim erfmdungsgemassen Festkorperfilter 1 lasst sich dies optimal realisieren, indem man bereits der Mischung, aus der der Filter gefertigt wird, Silberpulver beisetzt. Gibt man das Ξilberpulver kurz vor dem Ende des Mischvorganges bei, so wird das Silberpulver gleichmassig mit den gerundeten Kornern 2 vermischt, ohne dass 3edoch eine vollständige Benetzung durch das Epoxyharz 3 erfolgt. Auf diese Weise ist ein genügender Austausch freier Silberionen gewährleistet. Mengenmassig wurde wiederum abhangig von der gewählten Korngrosse zwischen 1 % und 0, 1 Gewichts-! Silberpulver im Verhältnis zur gesamten Mischung beigesetzt.
Falls es das Einsatzgebiet des Filters erfordert, können den polymeren Verbindungsmitteln auch Bakterizide, Bakteri- statika, Fungizide, Herbizide und andere Pestiziαe oder bekannte und geeignete „Anti-Fouling-Agents" zugegeben werden.
Prinzipiell lasst sich der so gefertigte Festkorperfilter 1 mit einer beliebigen Membran oder Beschichtung 4 versehen. Als besonders geeignet hat sich erwiesen, eine Beschichtung oder Membran 4 aus Epoxyharz aufzusprühen, die 10-50 Vol . % Silberpulver enthalt. Besonders wesentlich ist dabei, dass die Korngrosse des Silberpulvers erheblich geringer als die Korngrosse der gerundeten Korner 2 des Fullmaterials ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Silberpulver die Poren P:,PA des Filters nicht verstopft. Wahrend des Aufspru-
hens oder Aufdampfens der Beschichtung oder der Membran 4 kann auf der, der Auftragsseite abgelegenen, Seite Vakuum angelegt werden, wodurch das Silberpulver sogar teilweise in den Festkorperfilter hinein eingetragen wird.
Wie in der Figur 1 schematisch dargestellt ist, fuhrt eine Beschichtung oder Membran 4 eines erfindungsgemassen Filterkorpers 1 dazu, dass die Porengrosse PGA auf der beschichteten Seite wesentlich geringer ist, als die Porengrosse PGr auf der unbeschichteten Seite und im Inneren des Filterkorpers 1. Die Grosse der Poren PA der beschichteten Filteroberflache ist direkt proportional zu der Dicke der Beschichtung 4 auf den Kornern 3 der obersten Kornerlage 5. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die, der zu reinigenden Flüssigkeit zugewandte, Seite des Filterkorpers 1 zu beschichten und dadurch die Porengrosse auf dieser Seite auf ein gewünschtes Mass zu reduzieren. Die membranartige Beschichtung 4 verhindert das Eindringen von grosseren Partikeln in das innere des Filters und halt diese auf der Oberflache des Filterkorpers 1 zurück. Diese Schmutzablagerungen können gut von der beschichteten Oberflache entfernt werden. Die Partikel, die durch die Poren PA der beschichteten Filteroberflache in das Innere des Filters eindringen können sind kleiner als die dortigen Poren Pi, und verstopfen daher den Filter nicht.
Die Unterschiede in der Porengrosse sind nochmals in den Figuren 2a und 2b verdeutlicht. Die Figur 2a zeigt in der Aufsicht einen Schnitt durch eine innere Lage 6 von Filterkornern 2. Die gerundeten Filterkorner 2 sind als Kugeln schematisiert. Sie liegen idealerweise m einer dichtesten Kugelpackung, sind gleichmassig mit Epoxyharz 3 umgeben und werden von diesem an Berührungspunkten 7 fest untereinander verbunden. Die Grossenunterschiede zwischen den Poren ? der inneren Kornerlage 6 und den Poren PA der in Figur 2b dargestellten beschichteten Kornerlage 5 sind nur von der Dicke αer Beschichtung 4 abhangig.
Für die Erhöhung der Abriebfestigkeit solcher Festkorperfilter erwies es sich auch als vorteilhaft, eine Membran oder eine Beschichtung 4 aufzubringen, die mindestens einen Anteil an Titanpulver enthalt.
Festkorperfilter 1 in der erfindungsgemassen Zusammensetzung lassen sich einfach in mehrfach verwendbaren Formen giessen bzw. pressen, wobei man entweder die Form mit Teflon oαer mit einem Trennmittels auf der Oberfläche versieht. Um die Aushartezeit zu reduzieren, kann man, falls erwünscht, die Formen auch leicht erwärmen. Prinzipiell können die erfindungsgemassen Filter eine beliebige dreidimensionale Gestalt aufweisen. Bevorzugt werden zylindrische, konische und plattenformige Festkorperfilter.
Patentansprüche
1. Festkorperfilter (1) in beliebiger Form zur Filtration von Flüssigkeiten sowohl für die technische Industrie als auch für die Lebensmittelindustrie, dadurch gekennzeichnet, dass der Korper aus einer Mischung von 70-95 Vol.! gerundeter Korner (2) und 5-30 Vol.! polymerem Zwei- oder Mehrkomponenten-Bindemittel (3), vorzugsweise aus 85-90 Vol.! gerundeten Kornern (2) und 10-15 Vol.! polymerem Verbindungsmittel (3), gefertigt ist, wobei die Korner (2) mineralisch und/oder metallisch sind und eine möglichst gleiche Korngrosse in einer Mischung aufweisen und die gerundeten Korner (2) annähernd vollständig mit einer Schicht von polymerem Verbindungsmittel (3) umgeben sind und von diesem an ihren Berührungspunkten (7) zusamengehalten werden.
2. Festkorperfilter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korner (2) Silikatkorner sind.
3. Festkorperfilter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poly ere Verbindungsmittel (3) ein Zwei- oder Mehrkomponenten- Epoxyharz ist.
4. Festkorperfilter (1) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkorperfilter (1) aus einer Mischung von Silikatkornern (2) sowie polymerem Verbindungsmittel (3) und Silberpulver gefertigt ist.
5. Festkorperfilter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Silberpulvers im gesamten Filtermaterial zwischen 1% und 0, 1 Gewichts-! betragt, vorzugsweise "jedoch 0,5 Gewichts-!.
6. Festkorperfilter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkorper mit einer Beschichtung (4) versehen ist.
7. Festkorperfilter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) aus Epoxyharz und 10 bis 50 Vol.! Silberpulver besteht.
8. Festkorperfilter (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) mindestens einen Anteil Titanpulver enthält.
9. Festkorperfilter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese die Gestalt von Zylindern, Konen oder Platten aufweisen.
10. Festkorperfilter (1) nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Verbindungsmittel (3) Pestizide und/oder Anti-Foulmg-Agents enthalt.