WO2003103798A1 - Verfahren zur herstellung eines rohrfilters durch wickeln sowie rohrfilter - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines rohrfilters durch wickeln sowie rohrfilter Download PDF

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Berthold Pfeil
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Intensiv-Filter Gmbh & Co.Kg
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/14—Filters

Definitions

  • the invention initially relates to a method for producing a tubular filter by winding a continuously supplied material web made of porous, air-permeable filter material, the edge of the winding of the material web newly generated in the winding process overlapping the outer edge of the last winding created, and the windings permanently connected to one another in the overlap area become.
  • the invention further relates to a tubular filter which e.g. can be produced by the method according to the invention.
  • filters with filter elements in the form of bag filters which are made of a fabric, e.g. a needle felt or from natural, but also synthetic fibers such as Polyester fiber are made.
  • these filter elements are arranged in the space containing the dust-containing gas, the gas flowing through them from the outside inwards, and the dust particles accumulate on the circumference of the filter elements.
  • the interior of the filter elements is connected to a clean gas space, which is operated at a lower pressure than the dust gas space, and from which the cleaned gas finally leaves the dust filter.
  • the bag filters used in such systems often consist of flaccid, easily deformable materials that have no self-supporting properties.
  • support baskets consisting of a metal mesh are drawn into the bag filters. The only task of such support baskets is to prevent the filter elements from collapsing even when the differential pressure between the dust gas and clean gas sides prevails during operation.
  • Filter elements are e.g. described in DE 44 40 279 AI. They are made of coiled
  • the invention is based on the object of creating a method with which tubular filters wound from material webs can be produced with high rigidity, in a few manufacturing steps and with low quality fluctuations.
  • tubular filters of high rigidity can be produced from wound material webs, only a few, possibly even temporally coinciding, manufacturing steps being required to carry out the method, and the method can also be carried out with slight quality fluctuations. It is not necessary to use additional materials such as adhesives.
  • the method according to the invention is also particularly suitable for those material webs which are composed of at least two layers of a microporous filter layer and a membrane layer. Such material webs are only of limited suitability for gluing, and such material webs are also not suitable for other joining techniques, such as welding with hot air. Rather, before welding the material webs with hot air, it would first be necessary to first remove one area of the two layers of the material web, namely the microporous membrane layer. This would also be associated with increased production costs and also increased quality risks during production.
  • a microporous film made of PTFE (polytetrafluoroethylene) is preferably used as the membrane layer.
  • Another embodiment of the method is characterized by the use of a microporous filter layer made of a thermoplastic.
  • a microporous filter layer made of a thermoplastic.
  • Such plastics have been found to be particularly suitable for welding by ultrasound, the initially microporous structure of the filter layer during the
  • a local consolidation of the material web is achieved by this conversion into a homogeneous material structure.
  • This consolidation supports that consolidation, as it is already achieved according to the invention in that the two edges of the material web in their overlap regions by acting exclusively on these edges
  • a particularly rigid profile cross section along the edges of the material web is achieved by deforming these edges either to a concave or to a convex profile cross section.
  • the material web is fed in an oblique orientation to a fixed cylindrical winding mandrel, and that the deformation forces are introduced into the two edges involved via a profile ring rotatably mounted in the winding mandrel.
  • Profile ring further winding mandrel has a thread-shaped recessed profile, so that the profiles whose dimensions are lower than the outer diameter of the Winding mandrel, but a continuous removal of the resulting tube is possible.
  • the invention is further based on the object of creating a tubular filter of high rigidity which can be produced in a few production steps and with low quality fluctuations.
  • Both edges of the material web preferably have a concave or a convex profile cross section.
  • the base layer of the material web has a homogeneous material structure in the overlap region, while the base layer has a microporous filter structure over its remaining surface.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the basic structure of a dust filter in which the tubular filter according to the invention can be used;
  • FIG. 2 shows a perspective illustration of the schematic sequence of a winding process in which an inclined material web is wound into a cylindrical filter tube and is welded by ultrasound during winding;
  • FIG. 3 shows an enlarged sectional view of the overlap area between two turns of the material web processing to the filter tube;
  • FIG. 4 shows another embodiment of the overlap area compared to FIG. 3;
  • FIGS. 3 and 4 are yet another embodiment of the overlap area, parts of the winding mandrel and parts of the ultrasound welding device being additionally shown;
  • FIG. 5b shows the objects according to FIG. 5a, but during or shortly after the completion of the ultrasonic welding
  • Fig. 6 in a greatly shortened representation in a half section the two ends of the filter tube and their connection on the one hand with the open head, and on the other hand with the closed end of the tubular filter, and
  • FIG. 7 shows a variant of FIG. 6.
  • Fig. 1 shows an industrially used dust filter an overall view.
  • the dust filter consists of a vertically aligned, preferably cylindrical filter housing 1, which is divided by a horizontally located partition 2 into a dust gas space 3 below and a clean gas space 4 above.
  • Partition plate 2 is designed similar to a tube plate and has a plurality of openings for elongated filter elements inserted therein.
  • the filter elements shown are filter tubes 5, which are closed at their lower end at 5a and are open at their upper end.
  • the filter tubes 5 are suspended from above in the openings of the partition 2, wherein they are on the top of the
  • the effective filter surface is formed by the outer surface of the preferably cylindrical filter tubes 5.
  • several filter tubes 5 can be arranged to each other so that they form a group or a filter bundle.
  • the dust-containing gas enters the filter via a channel in the filter housing.
  • a strong air jet is emitted into the filter tubes 5 from above, so that they are cleaned of the dust or the dust-containing product filtered out on their outer surfaces.
  • the tubular filter 5 is produced in an endless winding process, the technical details of which are explained below with reference to FIGS. 2, 3, 4, 5a and 5b. The tube thus produced is then cut to length and closed at one end.
  • a fixed, cylindrical winding mandrel 10 is used, the diameter of which corresponds approximately to the inside diameter of the tubular filter 5 produced thereon.
  • the filter material in the form of a material web 11 is fed to the winding mandrel 10 by means of a feed device, not shown.
  • the material web 11 reaches the lateral surface of the winding mandrel 10 obliquely to the longitudinal axis of the winding mandrel 10.
  • This oblique impact continuously creates new turns 12, of which a total of seven turns are shown in FIG. 2.
  • a drive belt 13 wrapping around the wound product simultaneously causes a rotation of the product formed, as well as a propulsion of the product formed on the fixed winding mandrel 10 according to the driving arrow 14. In this way, continuous production of tube filters 5 of any length is possible.
  • the drive by the drive belt 13 is so matched to the feed angle of the material web 11 on the winding mandrel 10 that adjacent turns 12 of the material web overlap along their edges in overlap regions 15. Accordingly, adjacent turns 12 of the material web are made exclusively in this narrow overlap area 15.
  • FIGS 3 and 4 show in two different embodiments and in
  • Cross-section considers the overlap area 15 between two adjacent turns 12 of the wound material web.
  • both edges 16a, 16b involved are not designed flat in the overlap region 15, like the rest of the material web 11, but are deformed in the form of profile cross sections 17a, 17b.
  • the two profile cross sections 17a, 17b lie flush or flat against one another, so that there is a relatively large contact area between the profile cross sections. In the area of these contact areas, the profile cross sections 17a, 17b are connected to one another by ultrasonic welding.
  • the ultrasound preferably strikes the two turns 12 involved and to be connected to each other exactly where the still unwound material web 11 has just run onto the outer surface of the winding mandrel 10.
  • the first contact of the new material web 1 1 running onto the winding mandrel with the already wound previous turn is therefore immediately followed by ultrasound welding of the overlapping edges.
  • the profile cross sections 17a, 17b are also generated in the overlap region when they emerge and thus during the first contact of the new material web 11 with the winding mandrel 10.
  • the winding mandrel 10 as will be explained in more detail below, is provided with suitable deformation structures which cover the material web 11 deform in the edge area that comes into contact with the edge area of the last turn.
  • Profiled sections 17a, 17b of material webs are characterized in that they extend radially inwards or outwards from the normal plane of the material web 11.
  • the actual overlap regions 15 can be flat, as shown in FIG. 3, or have a concave or convex bend in cross section, as shown in FIG. 4. In both cases, however, both profile cross sections 17a, 17b are flush with one another directly, and are welded to one another in this position.
  • FIGS. 5a and 5b show in a greatly enlarged illustration the connection of the profile cross sections 17a, 17b in the overlap area.
  • the deformation forces acting on the winding mandrel 10 are primarily radial and, according to FIGS. 5a and 5b, lead to a radial widening of the two profile cross sections 17a, 17b involved, their mutual contact not being lost.
  • the time of this deformation is precisely when the new material web is on the fixed winding mandrel 10 and, with its inner edge, on whose free running profile ring 21 meets.
  • the result is the mutually corresponding deformation of the edges, which can be clearly seen in FIGS. 5a and 5b, the profile cross sections 17a, 17b produced in this way lying radially offset from the respective other regions of the windings or material webs.
  • Fiq. 5a shows the state immediately after the newly introduced section of the material web hits the already wound material web.
  • Fiq. 5b shows, immediately after that, the ultrasonic welding by means of the welding device 20. This creates a connection between the overlapping profile cross sections 17a, 17b without any welding additives,
  • Adhesives or other additives are required. It is to be avoided that the radial pressure of the drive belt 13 deforms or affects the already shaped profile cross sections 17a, 17b again. To avoid this, the position of the drive belt 13 can be chosen so that there is a free space between the individual wraps, so that the freshly profiled overlaps are not smoothed out again after the winding process.
  • the material web 11 is constructed in two layers with a base layer 25 with a highly porous structure. As a result of this porosity, the base layer 25 is the primary and thus decisive layer for the filter process. On the base layer 25 there is a much thinner membrane layer 26 for the purpose of surface filtration.
  • the base layer 25 consists of a thermoplastic
  • the membrane layer 26 made of PTFE (polytetrafluoroethylene).
  • Ultrasound welding transforms the originally microporous filter structure of the base layer 25 into a largely homogeneous material structure 27.
  • the homogenization of the filter material made of thermoplastic material leads to local solidification and in this way supports the shape-related increase in stiffness in the overlap areas of the tubular filter that has already been explained above.
  • the membrane layer 26 made of PTFE film in no way hinders or limits the process of ultrasonic welding. It is therefore not necessary, in particular, to connect the adjacent turns
  • Fig. 6 shows a greatly shortened representation of the tubular filter 5 in its entirety and after its completion, i.e. including a closure 5a which closes the filter at its lower end and a filter head 28 with which the tubular filter can be suspended in a corresponding opening in the separating base 2.
  • the plug 29 projects with a cylindrical projection 30 from below into the filter tube.
  • the cylindrical projection 30 lies over the length L1 on the inner wall of the filter tube, and is welded to the filter tube in the region of this length section, again by the ultrasound welding already described.
  • the material for the stopper it is therefore important to ensure that it can be welded to the material of the material web. Materials with comparable temperature resistance as the actual filter tube are advantageous.
  • jaws that can be adjusted inwards grip around the length section L1 and in this way provide the necessary fixation and pressure.
  • the filter head 28 is also connected to the filter tube 5 which has already been wound and then cut to the desired length and is finally welded to it by ultrasound.
  • the welding takes place over a longitudinal section L2, which is formed by a cylindrical extension 31 at one end of the filter head.
  • Flanges 32, 33 at the other end of the filter head 28 give it the required hold in the separating base 2 of the dust filter.
  • the plug 29 is a hollow body with an opening facing outwards.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrfilters durch Wickeln einer kontinuierlich zugeführten Materialbahn (11) aus porösem, gasdurchlässigem Filtermaterial. Die Windungen (12) der Materialbahn (11) überlappen sich, wobei die Windungen (12) in diesem Überlappungsbereich (15) dauerhaft miteinander verbunden werden. Um ein Rohrfilter hoher Steifigkeit in wenigen Fertigungsschritten mit geringen Qualitätsschwankungen herstellen zu können, werden beide beteiligten Ränder jeder Windung in ihren Überlappungsbereichen (15) durch ausschliessend auf diese Ränder einwirkende Verformungskräfte zu Profilquerschnitten verformt, wobei diese Profilquerschnitte bündig aneinanderliegen. In ihren Überlappungsbereichen (15) sind die Profilquerschnitte (17a, 17b) durch Ultraschallschweissen verbunden. Des weiteren wird ein Rohrfilter vorgeschlagen, welches sich nach dem vorstehenden Verfahren herstellen lässt. Die Materialbahn (11), aus der das Rohrfilter aufgebaut ist, weist im Überlappungsbereich (15) einen Profilquerschnitt (17a, 17b) auf, wobei jeder Profilquerschnitt von dem in überlappenden Profilquerschnitt der jeweils benachbarten Windung (12) bündig anliegt und im Überlappungsbereich (15) durch Ultraschallverschweissung mit diesem verbunden ist.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Rohrfilters durch Wickeln sowie
Rohrfilter
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrfilters durch Wickeln einer kontinuierlich zugeführten Materialbahn aus porösem, luftdurchlässigem Filtermaterial, wobei der Rand der bei dem Wickelprozeß neu erzeugten Windung der Materialbahn den Außenrand der zuletzt erstellten Windung überlappt, und die Windungen im Überlappungsbereich dauerhaft miteinander verbunden werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Rohrfilter, welches z.B. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.
Zur Abscheidung von Stäuben werden in der Praxis häufig Filter mit Filterelementen in Form von Schlauchfiltern eingesetzt, die aus einem Gewebe, z.B. einem Nadelfilz oder aus natürlichen, aber auch synthetischen Fasern wie z.B. Polyesterfaser hergestellt sind.
Innerhalb des Staubfilters sind diese Filterelemente in dem das staubhaltige Gas aufweisenden Raum angeordnet, wobei sie von außen nach innen von dem Gas durchströmt werden, und sich die Staubpartikel am Umfang der Filterelemente anlagern. Der Innenraum der Filterelemente steht mit einem Reingasraum in Verbindung, der gegenüber dem Staubgasraum mit einem geringeren Druck betrieben wird, und von dem aus das gereinigte Gas schließlich das Entstaubungsfilter verläßt. Die bei derartigen Anlagen verwendeten Schlauchfilter bestehen häufig aus schlaffen, leicht verformbaren Materialien, die keine selbsttragenden Eigenschaften aufweisen. Um gleichwohl die erforderliche Stabilität zu erzielen, werden aus einem Metallgeflecht bestehende Stützkörbe in die Schlauchfilter eingezogen. Die einzige Aufgabe solcher Stützkörbe besteht darin, auch bei dem während des Betriebs herrschenden Differenzdruck zwischen Staubgas- und Reingasseite das Kollabieren der Filterelemente zu verhindern.
Außer den voranstehend beschriebenen Schlauchfiltern sind auch bereits selbsttragende Filterelemente bekannt, die ohne die genannten Stützkörbe auskommen. Derartige
Filterelemente sind z.B. in der DE 44 40 279 AI beschrieben. Sie sind aus gewickelten
Materialbahnen hergestellt, wobei diese Materialbahnen aus einem verfestigten Faservlies-, Nadelfilz- oder Gewebematerial bestehen. Beim Aufwickeln der Materialbahn um einen Wickeldorn werden die Randabschnitte der Materialbahn verstärkt, so daß diese Randabschnitte eine gewisse Stützfunktion auf das zylindrische Filterelement ausüben und als Ersatz für den nicht mehr vorhandenen Stützkorb dienen. Die Verfestigung im Bereich der Randabschnitte der Materialbahn wird z.B. erreicht, indem beim Wickeln ein Streifen aus einem besonders biegesteifen Material, wie z.B. ein Stahldraht oder dergleichen, mit eingelegt wird. Alternativ wird vorgeschlagen, die Wicklung der Filterelemente unter Verwendung eines in seiner Materialstruktur bereits vorab verfestigten Materials durchzuführen, wobei beim oder nach dem Aufwickeln noch ein Verkleben der sich überlappenden Randbereiche erforderlich ist.
Sowohl das bereits vor dem Wicklungsprozeß durchgeführte Verfestigen der Ränder der für die Wicklung verwendeten Materialbahnen, wie auch das zusätzliche Einwickeln z.B. eines verstärkenden Stahldrahtes führen zu einem erhöhten Fertigungsaufwand. Von Nachteil ist ferner das Verkleben der einzelnen Windungen, da der Klebeprozeß sehr sorgfältig durchgeführt werden muß und damit anfällig gegenüber jeder Art von Fertigungsschwankungen ist. Es muß Kleber als Zusatzwerkstoff vorgehalten, gehandhabt, und gegebenenfalls anfallende Reste müssen entsorgt werden. Außerdem sind beim Umgang mit Klebstoffen Schutzmaßnahmen in Bezug auf das damit befaßte Personal erforderlich.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich aus Materialbahnen gewickelte Rohrfilter mit hoher Steifigkeit, in wenigen Fertigungsschritten und mit geringen Qualitätsschwankungen herstellen lassen.
Zur L ö s u n g wird bei einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen vorgeschlagen, daß beide beteiligten Ränder in ihren Überlappungsbereichen durch ausschließlich auf die Ränder einwirkende Verformungskräfte zu Profilquerschnitten verformt werden, die bündig aneinanderliegen, und daß die Profilquerschnitte in ihren Überlappungsbereichen durch Ultraschallschweißen verbunden werden.
Mit einem solchen Verfahren lassen sich Rohrfilter hoher Steifigkeit aus gewickelten Materialbahnen herstellen, wobei zur Durchführung des Verfahrens nur wenige, gegebenenfalls sogar zeitlich nahezu zusammenfallende Fertigungsschritte erforderlich sind, und sich das Verfahren ferner mit geringen Qualitätsschwankungen durchführen läßt. Ein Einsatz von zusätzlichen Materialien wie z.B. Klebstoffen ist nicht notwendig. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch für solche Materialbahnen, die mindestens zweilagig aus einer mikroporösen Filterschicht und einer Membranschicht aufgebaut sind. Solche Materialbahnen eignen sich nur bedingt für ein Verkleben, und auch für andere Verbindungstechniken wie z.B. ein Schweißen mit Heißluft, sind derartige Materialbahnen nicht eignet. Vielmehr wäre es vor einem Verschweißen der Materialbahnen mit Heißluft zunächst erforderlich, eine der beiden Schichten der Materialbahn, nämlich die mikroporöse Membranschicht, zunächst bereichsweise zu entfernen. Auch dies wäre wieder mit einem erhöhten Fertigungsaufwand sowie ferner erhöhten Qualitätsrisiken bei der Fertigung verbunden.
Vorzugsweise wird als Membranschicht eine mikroporöse Folie aus PTFE (Polytetrafluoräthylen) verwendet.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch Verwendung einer mikroporösen Filterschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff. Derartige Kunststoffe haben sich als für eine Verschweißung durch Ultraschall besonders geeignet herausgestellt, wobei die zunächst mikroporöse Struktur der Filterschicht während der
Ultraschallbehandlung zugunsten eines mehr homogenen Materialaufbaus aufgelöst wird.
Durch diese Überführung in eine homogene Materialstruktur wird eine lokale Verfestigung der Materialbahn erreicht. Diese Verfestigung unterstützt jene Verfestigung, wie sie erfindungsgemäß bereits dadurch erreicht wird, daß die beiden Ränder der Materialbahn in ihren Überlappungsbereichen durch ausschließlich auf diese Ränder einwirkende
Verformungskräfte zu Profilquerschnitten verformt werden, die bündig aneinanderliegen.
Bereits aufgrund ihrer gebogenen oder abgeknickten Querschnittsgestalt zeichnen sich diese Profilquerschnitte durch eine höhere Festigkeit gegenüber jeder Art von Biege- und
Schubspannungskräften aus als die übrigen, flach ausgebildeten Bereiche der Materialbahn.
Ein besonders steifer Profilquerschnitt entlang der Ränder der Materialbahn wird erreicht, indem diese Ränder entweder zu einem konkaven oder zu einem konvexen Profilquerschnitt verformt werden.
Mit einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die Materialbahn in schräger Ausrichtung einem feststehenden zylindrischen Wickeldorn zugeführt wird, und daß die Verformungskräfte über einen in dem Wickeldorn drehbar gelagerten Profilring in die beiden beteiligten Ränder eingeleitet werden. Der ab dem
Profilring weiterführende Wickeldorn weist ein gewindeförmig vertieftes Profil auf, damit bei den Profilierungen, deren Abmessungen tiefer liegen als der Außendurchmesser des Wickeldorns, dennoch ein kontinuierliches Abziehen des entstandenen Rohres möglich ist.
In Bezug auf ein Rohrfilter mit den eingangs genannten Merkmalen liegt der Erfindung ferner die A u f g a b e zugrunde, ein in wenigen Fertigungsschritten und mit geringen Qualitätsschwankungen herstellbares Rohrfilter hoher Steifigkeit zu schaffen.
Hierzu wird bei einem Rohrfilter mit den eingangs genannten Merkmalen vorgeschlagen, daß die Materialbahn im Überlappungsbereich einen Profilquerschnitt aufweist, und daß jeder Profilquerschnitt an dem ihn überlappenden Profilquerschnitt der jeweils benachbarten Windung bündig anliegt und im Überlappungsbereich durch Ultraschallverschweißung mit diesem verbunden ist.
Vorzugsweise weisen beide Ränder der Materialbahn einen konkaven oder einen konvexen Profilquerschnitt auf.
Infolge der Verschweißung der vorzugsweise einen thermoplastischen Kunststoff enthaltenden Materialbahnen mit Ultraschall weist die Grundschicht der Materialbahn im Überlappungsbereich einen homogenen Materialaufbau auf, während die Grundschicht über ihre übrige Fläche eine mikroporöse Filterstruktur aufweist. Die unterschiedlichen
Eigenschaften führen zu einer guten Filterwirkung über nahezu die gesamte Breite der Materialbahn, wohingegen die geringeren Anteile der Randbereiche infolge der homogenisierten Struktur an der Filterwirkung nicht teilnehmen können, jedoch durch ihre Verfestigung entscheidend die Eigenstabilität des Rohrfilters bewirken.
Weitere Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Fig.1 in einer Schnittdarstellung den prinzipiellen Aufbau eines Staubfilters, in welches die erfindungsgemäßen Rohrfilter einsetzbar sind;
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung der schematische Ablauf eines Wickelprozesses, bei dem eine schräg zugeführte Materialbahn zu einem zylindrischen Filterrohr gewickelt und beim Wickeln durch Ultraschall verschweißt wird;
Fig. 3 in vergrößerter Schnittdarstellung den Überlappungsbereich zwischen zwei Windungen der zu dem Filterrohr verarbeitenden Materialbahn; Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 andere Ausführungsform des Uberlappungsbereiches;
Fig. 5a in stark vergrößerter Darstellung eine gegenüber den Fign. 3 und 4 wiederum andere Ausführungsform des Überlappungsbereiches, wobei zusätzlich Teile des Wickeldorns sowie Teile der Ultraschall-Schweißeinrichtung dargestellt sind;
Fig. 5b die Gegenstände nach Fig. 5a, jedoch während bzw. kurz nach Abschluß der Ultraschall-Schweißung;
Fig. 6 in stark verkürzter Darstellung in einem Halbschnitt die beiden Enden des Filterrohres und deren Verbindung einerseits mit dem offenen Kopf, und andererseits mit dem verschlossenen Ende des Rohrfilters, und
Fig. 7 eine Variante zu Fig. 6.
Die Fig. 1 zeigt ein industriell eingesetztes Staubfilter ein einer Gesamtansicht. Das Staubfilter besteht aus einem vertikalen ausgerichteten, vorzugsweise zylindrischen Filtergehäuse 1 , welches durch einen horizontal liegenden Trennboden 2 in einen unten liegenden Staubgasraum 3 und einen oben liegenden Reingasraum 4 unterteilt ist. Der
Trennboden 2 ist ähnlich einem Rohrboden gestaltet und verfügt über eine Mehrzahl von Öffnungen für darin eingesetzte, langgestreckte Filterelemente. Bei den dargestellten Filterelementen handelt es sich um Filterrohre 5, die an ihrem unteren Ende bei 5a verschlossen und an ihrem oberen Ende offen sind. Die Filterrohre 5 sind von oben her in die Öffnungen des Trennbodens 2 eingehängt, wobei sie sich auf der Oberseite des
Trennbodens 2 abstützen. Die wirksame Filterfläche wird durch die Mantelfläche der vorzugsweise zylindrisch gestalteten Filterrohre 5 gebildet. Jeweils mehrere Filterrohre 5 können so zu einander angeordnet werden, daß sie eine Gruppe bzw. ein Filterbündel bilden.
Über einen Kanal des Filtergehäuses gelangt das staubhaltige Gas in das Filter. Zum Reinigen und damit Regenerieren der einzelnen Filterrohre 5 befinden sich oberhalb von deren Öffnungen Druckluftquellen eines Druck-Impulslnjektosystems. Kurzzeitig wird hierüber ein starker Luftstrahl von oben her in die Filterrohre 5 abgegeben, so daß diese von dem an deren Außenflächen ausfiltrierten Staub oder dem staubhaltigen Produkt gereinigt werden. Die Herstellung der Rohrfilter 5 erfolgt in einem Endlos-Wickelverfahren, dessen technische Einzelheiten nachfolgend anhand der Figuren 2, 3, 4, 5a und 5b erläutert werden. Anschließend wird das so hergestellte Rohr auf Länge geschnitten und an seinem einen Ende verschlossen.
Bei dem Herstellungsverfahren wird ein feststehender, zylindrischer Wickeldorn 10 verwendet, dessen Durchmesser in etwa dem Innendurchmesser des darauf hergestellten Rohrfilters 5 entspricht. Mittels einer nicht dargestellten Zuführeinrichtung wird dem Wickeldorn 10 das Filtermaterial in Gestalt einer Materialbahn 11 zugeführt. Hierbei gelangt die Materialbahn 11 schräg zur Längsachse des Wickeldorns 10 auf die Mantelfläche des Wickeldorns 10. Durch dieses schräge Auftreffen entstehen kontinuierlich neue Windungen 12, von denen in Fig. 2 insgesamt sieben Windungen dargestellt sind. Ein das gewickelte Produkt umschlingender Antriebsriemen 13 bewirkt zugleich eine Drehung des gebildeten Produktes, wie auch einen Vortrieb des gebildeten Produktes auf dem feststehenden Wickeldorn 10 gemäß Vortriebspfeil 14. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Fertigung theoretisch beliebig langer Rohrfilter 5 möglich.
Der Antrieb durch den Antriebsriemen 13 ist so auf den Zuführwinkel der Materialbahn 11 auf den Wickeldorn 10 abgestimmt, das sich benachbarte Windungen 12 der Materialbahn entlang ihrer Ränder in Überlappungsbereichen 15 überdecken. Die Verbindung benachbarter Windungen 12 der Materialbahn erfolgt dementsprechend ausschließlich in diesem schmalen Überlappungsbereich 15.
Die Figuren 3 und 4 zeigen in zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen und im
Querschnitt betrachtet den Überlappungsbereich 15 zwischen zwei benachbarten Windungen 12 der gewickelten Materialbahn. Sowohl im Fall der Fig. 3, wie auch im Fall der Fig. 4 sind im Überlappungsbereich 15 beide beteiligten Ränder 16a, 16b nicht flach gestaltet, wie der übrige Teil der Materialbahn 1 1 , sondern in Gestalt von Profilquerschnitten 17a, 17b verformt. Die beiden Profilquerschnitte 17a, 17b liegen bündig bzw. flächig aneinander an, so daß eine relativ große Kontaktfläche zwischen den Profilquerschnitten besteht. Im Bereich dieser Kontaktflächen sind die Profilquerschnitte 17a, 17b durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden.
Die in Gestalt von Profilquerschnitten 17a, 17b gestalteten Ränder der Windungen 12 führen in dem Überlappungsbereich 15 zu einer Versteifung des Materials und damit zu einer erhöhten Festigkeit des Rohr ilters im Bereich der Verbindung benachbarter Windungen. Insgesamt, über das gesamte Rohrfilter 5 betrachtet, stellt sich damit eine gewundene Struktur erhöhter Festigkeit ein, welche dem Rohrfilter insgesamt die erforderliche Festigkeit gibt, auch wenn die verwendete Materialbahn 11 für sich alleine betrachtet eine solche Festigkeit und Steifigkeit nicht verleihen könnte.
In Fig. 2 ist eine nach dem Ultraschallprinzip arbeitende Schweißeinrichtung 20 eingezeichnet. Der Ultraschall trifft vorzugsweise genau dort auf die beiden beteiligten und miteinander zu verbindenden Windungen 12, wo die noch ungewickelte Materialbahn 11 gerade auf die Mantelfläche des Wickeldorns 10 aufgelaufen ist. Auf den erstmaligen Kontakt der neu auf den Wickeldorn auflaufenden Materialbahn 1 1 mit der bereits aufgewickelten vorherigen Windung folgt daher unmittelbar das Ultraschallverschweißen der sich hierbei überlappenden Ränder.
Auch das Erzeugen der Profilquerschnitte 17a, 17b im Überlappungsbereich erfolgt beim Auflaufen und damit während des ersten Kontaktes der neuen Materialbahn 11 mit dem Wickeldorn 10. Hierzu ist der Wickeldorn 10, wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird, mit geeigneten Verformungsstrukturen versehen, welche die Materialbahn 11 in jenem Randbereich verformen, welcher in Kontakt mit den Randbereich der zuletzt entstandenen Windung kommt.
Ein Vergleich der Figuren 3 und 4 läßt erkennen, daß die entlang den gewundenen
Materialbahnen ausgebildeten Profilquerschnitte 17a, 17b sich dadurch auszeichnen, daß sie aus der normalen Ebene der Materialbahn 11 radial nach innen oder nach außen versetzt verlaufen. Dabei können die eigentlichen Überlappungsbereiche 15 flach gestaltet sein, wie dies Fig. 3 zeigt, oder im Querschnitt eine konkave oder konvexe Biegung aufweisen, wie dies Fig. 4 zeigt. In beiden Fällen jedoch liegen beide Profilquerschnitte 17a, 17b bündig unmittelbar aneinander an, und sind in dieser Stellung miteinander u Itraschallverschwei ßt.
Die Figuren 5a und 5b zeigen in stark vergrößerter Darstellung die Verbindung der Profilquerschnitte 17a, 17b im Überlappungsbereich. Auf dem im übrigen starren Wickeldorn 10 befindet sich ein frei mitlaufender Profilring 21 , dessen Außenkontur 22 beide Profilquerschnitte 17a, 17b zugleich formt. Die beim Auftreffen auf den Wickeldorn 10 wirkenden Verformungskräfte sind in erster Linie radial und führen gemäß den Figuren 5a und 5b im Überlappungsbereich zu einem radialen Aufweiten beider beteiligter Profilquerschnitte 17a, 17b, wobei deren gegenseitiger Kontakt nicht verlorengeht. Der Zeitpunkt dieser Verformung ist genau dann, wenn die neue Materialbahn auf den feststehenden Wickeldorn 10 und, mit ihrem inneren Rand, auf dessen frei mitlaufenden Profilring 21 trifft. Ergebnis ist die in den Figuren 5a und 5b gut erkennbare, zueinander korrespondierende Verformung der Ränder, wobei die hierbei erzeugten Profilquerschnitte 17a, 17b radial versetzt zu den jeweils übrigen Bereichen der Windungen bzw. Materialbahnen liegen.
Fig. 5a zeigt den Zustand unmittelbar nach dem Auftreffen des neu zugeführten Abschnittes der Materialbahn auf die bereits gewundene Materialbahn. Fiq. 5b zeigt, zeitlich unmittelbar daran anschließend, das Ultraschallschweißen mittels der Schweißeinrichtung 20. Hierdurch tritt eine Verbindung zwischen den sich überlappenden Profilquerschnitten 17a, 17b ein, ohne daß es irgendwelcher Schweißzusatzstoffe,
Klebstoffe oder sonstiger Zusatzstoffe bedarf. Es ist zu vermeiden, daß der Radialdruck des Antriebsriemens 13 die bereits geformten Profilquerschnitte 17a, 17b wieder zurückverformt bzw. beeinträchtigt. Um dies zu vermeiden, kann die Stellung des Antriebsriemens 13 so gewählt werden, daß zwischen den einzelnen Umschlingungen jeweils ein Freiraum entsteht, damit die frisch profilierten Überlappungen nach dem Wickelvorgang nicht wieder geglättet werden.
In dem durch das Ultraschallschweißen überstrichenen Überlappungsbereich kommt es infolge der Ultraschall-Energie außerdem zu einer Strukturveränderung des Materials der
Materialbahn. Die Materialbahn 1 1 ist zweischichtig aufgebaut mit einer Grundschicht 25 mit stark poröser Struktur. Infolge dieser Porosität ist die Grundschicht 25 für den Filterprozeß die primäre und damit entscheidende Schicht. Auf der Grundschicht 25 befindet sich eine sehr viel dünnere Membranschicht 26 zum Zwecke der Oberflächenfiltration. Die Grundschicht 25 besteht aus einem thermoplastischen
Kunststoff, die Membranschicht 26 aus PTFE (Polytetrafluoräthylen).
Durch das Ultraschallschweißen wird die ursprünglich mikroporöse Filterstruktur der Grundschicht 25 in eine weitgehend homogene Materialstruktur 27 umgeformt. Die Homogenisierung des Filtermaterials aus thermoplastischem Kunststoff führt zu einer lokalen Verfestigung und unterstützt auf diese Weise die voranstehend bereits erläuterte, formbedingte Steifigkeitserhöhung in den Überlappungsbereichen des Rohrfilters.
Es hat sich herausgestellt, daß die Membranschicht 26 aus PTFE-Folie den Prozeß des Ultraschallverschweißens in keiner Weise behindert oder einschränkt. Es ist daher insbesondere nicht erforderlich, vor der Verbindung benachbarter Windungen die
Membranschicht 26 im Überlappungsbereich 15 zunächst zu entfernen. Auch dieser Umstand macht das beschriebene Verfahren besonders einfach und kostengünstig anwendbar.
Die Fig. 6 zeigt in stark verkürzter Darstellung das Rohrfilter 5 in seiner Gesamtheit und nach dessen Fertigstellung, d.h. einschließlich eines das Filter an seinem unteren Ende verschließenden Verschlusses 5a sowie eines Filterkopfes 28, mit dem das Rohrfilter in eine entsprechende Öffnung des Trennbodens 2 einhängbar ist. Als unterer Verschluß dient ein Stopfen 29 aus vorzugsweise dem gleichen Material wie die gewickelte Materialbahn. Der Stopfen 29 ragt mit einem zylindrischen Ansatz 30 von unten dicht in das Filterrohr. Hierbei liegt der zylindrische Ansatz 30 über der Länge L1 an der Innenwandung des Filterrohrs an, und ist im Bereich dieses Längenabschnitts mit dem Filterrohr verschweißt, und zwar wiederum durch das bereits beschriebene Ultraschall-Verschweißen. Bei der Auswahl des Materials für den Stopfen ist daher auf eine gute Verschweissbarkeit mit dem Material der Materialbahn zu achten. Von Vorteil sind Materialien mit vergleichbarer Temperaturbeständigkeit wie das eigentliche Filterrohr. Während des Verschweißens umgreifen nach innen zustellbare Backen den Längenabschnitt L1 und sorgen auf diese Weise für die notwendige Fixierung und den notwendigen Druck.
In gleicher Weise wie der Stopfen 29 wird auch der Filterkopf 28 mit dem bereits fertig gewickelten und dann auf die gewünschte Länge geschnittenen Filterrohr 5 verbunden und schließlich durch Ultraschall mit diesem verschweißt. Auch hier erfolgt die Verschweißung über einen Längsabschnitt L2, der durch einen zylindrischen Ansatz 31 am einen Ende des Filterkopfes gebildet wird. Flansche 32,33 am anderen Ende des Filterkopfes 28 geben diesem den erforderlichen Halt im Trennboden 2 des Staubfilters.
Bei der Variante nach Fig. 7 ist der Stopfen 29 ein Hohlkörper mit nach außen weisender Öffnung.
Bezugszeichenliste
1 Filtergehäuse
2 Trennboden
3 Staubgasraum
4 Reingasraum
5 Rohrfilter
5a Verschluß des Filterrohrs
6 Staubaustrag
10 Wickeldorn
11 Materialbahn
12 Windung
13 Antriebsriemen
14 Vortriebspfeil
15 Überlappungsbereich
16a Rand
16b Rand
17a Profilquerschnitt
17b Profi Iquerschnitt
20 Schweißeinrichtung
21 Profilring
22 Außenkontur
25 Grundschicht, Filterschicht
26 Membranschicht
27 homogene Materialstruktur
28 Filterkopf
29 Stopfen
30 Ansatz
31 Ansatz
32 Flansch
33 Flansch
L1 Länge
L2 Länge

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Rohrfilters durch Wickeln einer kontinuierlich zugeführten Materialbahn aus porösem, gasdurchlässigem Filtermaterial, wobei der Rand der bei dem Wickelprozeß neu erzeugten Windung der Materialbahn den Außenrand der zuletzt erstellten Windung überlappt, und die Windungen im Überlappungsbereich dauerhaft miteinander verbunden werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß beide beteiligten Ränder in ihren Überlappungsbereichen (15) durch ausschließlich auf die Ränder einwirkende Verformungskräfte zu Profilquerschnitten (17a, 17b) verformt werden, die bündig aneinanderliegen, und daß die Profilquerschnitte (17a, 17b) in ihren Überlappungsbereichen (15) durch Ultraschallschweißen verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Materialbahn (11) mindestens zweilagig aus einer mikroporösen Filterschicht (25) und einer
Membranschicht (26) aufgebaut ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Verwendung einer mikroporösen PTFE-Folie aus Membranschicht (26).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Verwendung einer mikroporösen Filterschicht (25) aus einem thermoplastischen Kunststoff.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder zu einem konkaven oder konvexen Profilquerschnitt (17a, 17b) verformt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (11) in schräger Ausrichtung einem feststehenden zylindrischen Wickeldorn (10) zugeführt wird, und daß die Verformungskräfte über einen in dem Wickeldorn (10) drehbar gelagerten Profilring (21 ) in die beiden beteiligten Ränder eingeleitet werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewickelte Filterrohr auf die gewünschte Länge geschnitten und an seinem einen Ende mit einem Stopfen (29) und an seinem anderen Ende mit einem offenen Filterkopf (28) versehen wird, und daß der Stopfen (29) und/oder der Filterkopf (28) durch
Ultraschallschweißen mit dem gewickelten Filterrohr verbunden wird.
8. Rohrfilter, bestehend aus einer zu einem Rohr gewickelten flachen Materialbahn (1 1 ) aus porösem, gasdurchlässigem Filtermaterial, deren aufeinanderfolgende Windungen (12) sich an ihren Rändern überlappen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Materialbahn (11 ) im Überlappungsbereich (15) einen Profilquerschnitt (17a, 17b) aufweist, und daß jeder Profilquerschnitt (17a) an dem ihn überlappenden Profilquerschnitt (17b) der jeweils benachbarten Windung (12) bündig anliegt und im Überlappungsbereich (15) durch Ultraschallverschweißung mit diesem verbunden ist.
9. Rohrfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ränder der Materialbahn (11) einen konkaven oder einen konvexen Profilquerschnitt (17a, 17b) aufweisen.
10. Rohrfilter nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (11 ) mindestens zweilagig ist mit einer Grundschicht (25) aus Filtermaterial und einer Membranschicht (26).
11. Rohrfilter nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Membranschicht (26) aus PTFE-Folie.
12 Rohrfilter nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , gekennzeichnet durch eine filtrierende Grundschicht (25) aus thermoplastischem Kunststoff.
13. Rohrfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht (25) der Materialbahn im Überlappungsbereich (15) einen homogenen Materialaufbau, und über ihre übrige Fläche eine mikroporöse Filterstruktur aufweist.
14. Rohrfilter nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in das eine Ende des Filterrohres (5) ein Stopfen (29), und in das andere Ende des Filterrohres ein Filterkopf (28) jeweils mit einem Ansatz (30,31) eingesetzt ist, und daß die Ansätze (30,31 ) jeweils durch Ultraschallverschweißung mit der Innenwandung des gewickelten Filterrohres (5) verbunden sind.
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