WO2022174971A1 - Einrichtung zur sequentiellen prüfung von filtern und deren verwendung - Google Patents

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WO2022174971A1
WO2022174971A1 PCT/EP2021/087732 EP2021087732W WO2022174971A1 WO 2022174971 A1 WO2022174971 A1 WO 2022174971A1 EP 2021087732 W EP2021087732 W EP 2021087732W WO 2022174971 A1 WO2022174971 A1 WO 2022174971A1
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filter
aerosol
tested
air
filters
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PCT/EP2021/087732
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René Adam
Franziska Nowak
Andreas Rudolph
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Topas Gmbh Technologie-Orientierte Partikel-, Analysen- Und Sensortechnik
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/0806—Details, e.g. sample holders, mounting samples for testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2273/00—Operation of filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2273/18—Testing of filters, filter elements, sealings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N2015/084—Testing filters

Definitions

  • the invention relates to devices for the sequential testing of filters and their uses.
  • the publication DE 20 2012 101 230 U1 contains a device for quality testing of highly efficient particle filters for the air in clean and ultra-clean rooms. A significant proportion of the cycle time is taken up by bringing the test specimen into and out of the test facility, especially if this process is carried out manually due to a reasonable budget. Introducing the particle filters one after the other into the facility and thus into the aerosol flow is partially canceled in the facility for quality testing. The test as well as the introduction and removal of the test object in the facility is carried out at the same time. For this purpose, chambers for each particle filter are arranged parallel to one another as a test item. These can be optionally looped into the aerosol flow by means of switching valves.
  • the publication DE 42 15783 A1 discloses a method and a device for determining the filtration effect of filters for filtering air, gases or liquids on filling and sealing machines or the like, in particular in sterile air treatment.
  • a filter test system is integrated into a sterile air system, which has an aerosol generator and a particle measuring device, whereby a test aerosol is applied to one side of the filter and a particle measurement in the exiting air flow is carried out on the other side of the filter.
  • the filter test system only has a particle counter on the clean side of the filter. When testing the filter, the test aerosol gets through the dirty side of the filter and through the filter to the clean side and thus to the particle counter. In reverse operation, the test aerosol reaches the clean side with the particle counter.
  • the publication DE 10 2018 111 552 B3 relates to devices for testing the degree of separation of a filter for its quality assurance. For this purpose, partial flows are taken from the clean gas flow after the filter and the particle concentrations are measured. Since the measurement of particles and partial flow sampling is a statistical process, the reliability of the result increases with the proportion of sampling that is actually evaluated. A device for supplying particle-free gas is used to protect the particle counters used with open adapters.
  • the document DE 20 2012 101 230 U1 discloses a device for quality testing of highly efficient particle filters for the air in clean and ultra-clean rooms.
  • the device has a generating unit for a test volume flow from ambient air drawn in, an inflow line with an aerosol generator and an inflow-side aerosol sampling device on the generating unit, openable chambers connected to the inflow line via a first switching valve and an inlet for each particle filter, an outflow line provided with an outflow-side aerosol sampling device , wherein the outlet of each chamber is connected to the discharge line via a second switching valve, a particle counter connected via a device for sampling switching to either the upstream aerosol sampling or the downstream aerosol sampling, and a control device for at least the generating unit, the aerosol generator, the first switching valves and the second switching valves.
  • the inflow line with the chambers, which are connected to the exhaust air line via the outflow line is arranged downstream of the generating unit for the test volume flow from the ambient air drawn in.
  • the publication DE 10 2018 111 552 B3 relates to a device for testing the degree of separation of a filter for its quality assurance.
  • the device has a device for test air treatment and aerosol introduction, sampling to determine the raw gas concentration of the test air containing the aerosol with a first particle counter, a raw gas-side adapter for filter connection, the filter to be tested, a clean-gas side adapter for filter connection, a device for supplying particle-free gas , second particle counter connected in parallel for measuring the particles in the clean gas and a device for generating the volume flow.
  • the device includes a flow meter for determining the volume flow through the second particle counter, so that the sum of the volume flow through the second particle counter is equal to or greater than the nominal volume flow of the filter.
  • a difference can be fed in by supplying particle-free gas at the input of the particle counter.
  • the device is suitable for testing the degree of separation of filters to be placed one after the other, with the test conditions in the device having to be provided again after each test.
  • This device is not suitable for sequential testing of filters with a short preparation time and a short post-processing time during the measurement time of the filter to be tested.
  • the invention is based on the object of realizing a device for the sequential testing of filters with a short preparation time and a short post-processing time during the measuring time of the filter to be tested.
  • the devices for the sequential testing of filters and their uses are characterized in particular by a short preparation time and a short post-processing time during the measuring time of the filter to be tested.
  • the couplers being connected to the filter and the shut-off valves being opened in order to test the filter, and so the first assembly, the filter and the second assembly being connected to one another, with after the testing of the filter and before the opening of the couplers, the first shut-off valve is closed one after the other, so that the check valve opens and ambient air flows through the coupler on the raw gas side, and the second shut-off valve is then closed, so that no ambient air can flow into the coupler on the clean gas side, with the shut-off valves being closed, the couplers from the tested filter and connecting the couplers to the next filter to be tested so that the first line is already filled with aerosol when the next filter is tested.
  • the device is advantageously characterized in that filters produced in cycles and continuously can be tested with regard to their separation quality.
  • filters produced in cycles and continuously can be tested with regard to their separation quality.
  • similar products are often manufactured in a very high number per unit of time, which means a very short cycle time in the manufacturing process.
  • the filters are checked by means of a filtration test.
  • gas-borne particles are passed through the filter as an aerosol.
  • concentration of the aerosol fed to the filter often referred to as raw gas
  • concentration of the aerosol flowing through the filter often referred to as clean gas
  • the reciprocal quotient of these concentrations is called the degree of permeability and characterizes the quality of a filter.
  • a specific feature of the concentration measurement of an aerosol is the reduction in measurement accuracy that occurs when the available measurement time is reduced.
  • the cause lies in the statistics of the particles passing through the filter.
  • the statistical certainty decreases disproportionately with a shorter measurement time.
  • the number of particles per unit of measurement time also depends on the degree of separation and the particle concentration in the filter's raw gas. However, the latter parameters are usually fixed in a specific test situation. From these circumstances follows the attempt to achieve a maximum of actual measurement time within the total time available for the test.
  • the cycle time results from the change from one filter to the next, each viewed at the same stage within the cycle.
  • the time available for the actual filter test is only part of the cycle time, since further and necessary process steps require handling time. Examples of parts of the handling time are the times of transporting the filter to the test facility, delivering a device for guiding the aerosol to the inlet and outlet of the filter (coupling) and the corresponding steps in reverse order after the filter test.
  • the time available for the filter check can be divided into three time periods:
  • a maximum measuring time should now be achieved with a handling time that is usually predetermined technologically. This is achieved when, in the main, the preparation time and the follow-up time are minimized.
  • the facility for sequentially testing filters advantageously serves the purpose of maximizing measurement time by minimizing setup time and post-processing time.
  • the boundary conditions of the industrial environment of filter production are advantageously taken into account. The boundary conditions solved for this are the following.
  • the complete filter testing equipment cannot be placed on the production line.
  • the connection of the filter to the fluid-carrying systems on the raw and clean gas side is often at a distance from the actual test facility for structural reasons. This is particularly important because in this way the concentration of the aerosol that is fed to the filter as raw gas is measured at a distance from the filter. This also applies to the aerosol carried away from the filter as clean gas.
  • the flow of the aerosol must be influenced in such a way that no aerosol escapes into the environment when the coupling of the filter testing device is opened to change to the next filter.
  • the flow of the aerosol must be interrupted and any cavities that may be accessible during opening must be flushed out with particle-free or low-particle air before opening.
  • the purge air is to be fed into the exhaust air.
  • a volume flow through the filter is generated by the device for the sequential testing of filters. Since the separation in the filter depends on this volume flow, the nominal volume flow of the filter specification is used for testing. For this purpose, the device is designed for suction operation. This mode of operation has the advantage that any leaks do not lead to aerosol escaping into the environment.
  • the aerosol generator provides the required aerosol. Suction operation means that the volume flow is generated on the clean gas side of the filter and, when the coupling to the filter is closed, aerosol is sucked in through the supply lines by the aerosol generator.
  • the first assembly has an exhaust air line in connection with the device for generating particle-free air, the aerosol generator and the first measuring device for determining the aerosol concentration of the raw gas.
  • the device for generating particle-free air, the aerosol generator and the first measuring device for determining the aerosol concentration of the raw gas are connected to the control device.
  • the aerosol from the aerosol generator usually contains enough particles, but the volume flow is too low to operate the filters according to specification. For this reason, particle-free air is added to the aerosol. In this case, the aerosol can be provided with an excess in relation to the volume flow, which can then be discharged via the exhaust air line.
  • the advantage of this procedure is an aerosol with a constant concentration, even if filters with different nominal volume flows are to be tested.
  • the first assembly has a device for generating particle-free air in connection with the aerosol generator and the first measuring device for determining the aerosol concentration of the raw gas.
  • the aerosol from the aerosol generator contains sufficient particles, but the flow rate may be too low to operate the filters according to specification. For this reason, such air is admixed to the aerosol of the aerosol generator by means of the device for generating particle-free air.
  • the couplers are advantageously each connected to a drive for closing and opening the connections between the couplers and the filter to be tested.
  • the drives are connected to the control device.
  • filters to be checked and checked can optionally be arranged on a carrier with a drive, so that the respective filter to be checked can be positioned relative to the couplers and the filters to be checked can be checked in sequence.
  • the subject matter of the invention is also the use of the device for the sequential testing of filters.
  • 1 shows a device for the sequential testing of filters.
  • a device for the sequential testing of filters 1 essentially consists of a coupler 3 on the raw gas side for connection to the filter 1 to be tested, a coupler 2 on the clean gas side for connection to the filter 1 to be tested, a first assembly with an aerosol generator 4 and a first measuring device 5 for determining the aerosol concentration of the air as raw gas, a second assembly with a device 7 for sucking in air in connection with a second measuring device 8 for determining the aerosol concentration of the air as clean gas after the filter 1, a non-return valve 11, a first shut-off valve 6 and a second shut-off valve 9, a device 10 for generating particle-free air, an exhaust air line 14 and a control device.
  • a first assembly has the device 10 for generating particle-free air in connection with the aerosol generator 4 and the first measuring device 5 for determining the aerosol concentration of the raw gas.
  • An exhaust air line 14 is connected to the device 10 for generating particle-free air, the aerosol generator 4 and the first measuring device 5 for determining the aerosol concentration of the raw gas.
  • the aerosol concentration of this mixture is measured using the first measuring device 5 .
  • the first assembly is connected via the first shut-off valve 6 to the coupler 3 on the raw gas side, with the raw gas being fed to the locally spaced coupler 3 on the raw gas side by means of a first line 12 .
  • the coupler 3 on the raw gas side is also connected to the check valve 11 .
  • the aerosol flows through the filter 1 to be tested and is now referred to as clean gas.
  • the clean gas side coupler 2 is a second line 13 and the second
  • Shut-off valve 9 connected to a second assembly. This has the device 7 for sucking in air in connection with the second measuring device 8 for determining the aerosol concentration of the air as clean gas after the filter 1. The aerosol concentration is measured again here. The volumetric flow through the filter 1 to be tested is caused by the device 7 for sucking in air.
  • Measuring device 5 for determining the aerosol concentration of the raw gas, the actuating device of the first shut-off valve 6, the device 7 for sucking in air, the second measuring device 8 for determining the aerosol concentration of the air as clean gas and the actuating device for the second shut-off valve 9 are connected to the control device.
  • the actuating devices of the shut-off valves 6, 9 are connected to the control device in such a way
  • the couplers 2, 3 are connected to the filter 1 and the shut-off valves 6, 9 are open and the first assembly, the filter 1 and the second assembly are thus connected to one another,
  • the first shut-off valve 6 is closed so that the non-return valve 11 opens and ambient air flows through the coupler 3 on the raw gas side, and the second shut-off valve 9 is then closed, see above that no ambient air can flow into the clean gas side coupler 2,
  • the couplers 2, 3 are connected to the next filter 1 to be tested.
  • a minimization of the preparation time and the post-processing time during the measurement time of the filter to be tested occurs when the filter coupling, consisting of the couplers 2, 3, are to be opened in order to bring the next filter 1 into position.
  • the first check valve 6 is closed first.
  • the spring-loaded check valve 11 opens.
  • ambient air flows through the coupling on the raw gas side and flushes it out.
  • the second shut-off valve 9 is then closed so that no ambient air can flow into the filter coupling on the clean gas side.
  • the filter coupling is only opened after these steps.
  • shut-off valves 6, 9 do not have a common drive, since they have to be actuated at different times.
  • This arrangement of the two shut-off valves 6, 9 and the non-return valve 11 allows the filter coupling to be opened as quickly as possible after the end of the actual measurement time.
  • the first line 12 is already filled with aerosol.
  • Filters 1 to be checked and checked can be arranged on a carrier 15 with a drive, so that the respective filter 1 to be checked can be positioned relative to the couplers 2, 3 and the filters 1 to be checked can be checked one after the other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur sequentiellen Prüfung von Filtern mit Kopplern zur Verbindung mit dem zu prüfenden Filter, einer ersten Baugruppe mit einem Aerosolgenerator und einer ersten Messeinrichtung zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft und einer zweiten Baugruppe mit einer Einrichtung zum Ansaugen von Luft in Verbindung mit einer zweiten Messeinrichtung zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft nach dem Filter. Die Einrichtungen zeichnen sich insbesondere durch eine geringe Vorbereitungszeit und eine geringe Nachbereitungszeit während der Messzeit des zu prüfenden Filters aus. Dazu ist der rohgasseitige Koppler mit einem Rückschlagventil verbunden. Weiterhin sind die erste Baugruppe über ein erstes Absperrventil mit dem rohgasseitigem Koppler, die zweite Baugruppe über ein zweites Absperrventil mit dem reingasseitigen Koppler und die Betätigungseinrichtungen der Absperrventile mit einer Steuereinrichtung verbunden.

Description

EINRICHTUNG ZUR SEQUENTIELLEN PRÜFUNG VON FILTERN UND DEREN VERWENDUNG
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur sequentiellen Prüfung von Filtern und deren Verwendungen.
Die Druckschrift DE 20 2012 101 230 U1 beinhaltet eine Einrichtung zur Qualitätsprüfung von hocheffizienten Partikelfiltern für die Luft von Rein- und Reinsträumen. Ein wesentlicher Anteil der Taktzeit wird durch das Ein- und Ausbringen des Prüflings in die Prüfeinrichtung beansprucht, insbesondere dann, wenn aufgrund eines vertretbaren Kostenrahmens dieser Vorgang manuell durchgeführt wird. Die Partikelfilter nacheinander in die Einrichtung und damit in den Aerosolstrom einzubringen, wird bei der Einrichtung zur Qualitätsprüfung teilweise aufgehoben. Die Prüfung sowie das Ein- und Ausbringen des Prüflings in die Einrichtung wird zeitlich parallel realisiert. Dazu sind Kammern für jeweils einen Partikelfilter als Prüfling parallel zueinander angeordnet. Mittels Schaltventilen können diese wahlweise in den Aerosolstrom eingeschleift werden.
Die Druckschrift DE 42 15783 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen der Filtrationswirkung von Filtern zur Filtration von Luft, Gasen oder Flüssigkeiten an Füll· und Verschließmaschinen oder dergleichen, insbesondere bei der Sterilluftaufbereitung. In ein Sterilluftsystem ist dabei ein Filtertestsystem integriert, welches einen Aerosolerzeuger und ein Partikelmessgerät aufweist, wobei die eine Seite des Filters mit einem Prüfaerosol beaufschlagt und auf der anderen Seite des Filters eine Partikelmessung im austretenden Luftstrom vorgenommen wird. Das Filtertestsystem besitzt nur einen Partikelzähler auf der Reinseite des Filters. Bei der Prüfung des Filters gelangt Prüfaerosol über die Unreinseite des Filters und den Filter auf die Reinseite und damit zum Partikelzähler. Im umgekehrten Betrieb gelangt das Prüfaerosol auf die Reinseite mit dem Partikelzähler.
Die Druckschrift DE 10 2018 111 552 B3 betrifft Einrichtungen zur Prüfung des Abscheidegrades eines Filters zu dessen Qualitätssicherung. Dazu werden Teilströme aus dem Reingasstrom nach dem Filter entnommen und die Partikelkonzentrationen gemessen. Da das Messen von Partikeln und die Teilstromentnahme ein statistischer Prozess sind, steigt die Zuverlässigkeit des Ergebnisses mit dem Anteil der Probenahme, die tatsächlich bewertet wird. Zum Schutz der dabei verwendeten Partikelzähler bei offenen Adaptern wird eine Einrichtung zur Zuführung von partikelfreiem Gas eingesetzt. Durch die Druckschrift DE 20 2012 101 230 U1 ist eine Einrichtung zur Qualitätsprüfung von hocheffizienten Partikelfiltern für die Luft von Rein- und Reinsträumen bekannt. Die Einrichtung weist eine Erzeugungseinheit eines Prüfvolumenstromes aus angesaugter Umgebungsluft, eine Anströmleitung mit einem Aerosolgenerator und einer anströmseitigen Aerosolprobennahme an der Erzeugungseinheit, über jeweils ein erstes Schaltventil und einen Einlass mit der Anströmleitung verbundene öffenbare Kammern für jeweils einen Partikelfilter, eine mit einer abströmseitigen Aerosolprobennahme versehenen Abströmleitung, wobei der Auslass jeder Kammer über jeweils ein zweites Schaltventil mit der Abströmleitung verbunden ist, ein über eine Vorrichtung zur Probennahmeumschaltung mit entweder der anströmseitigen Aerosolprobenahme oder der abströmseitigen Aerosolprobenahme verbundenes Partikelzählgerät und eine Steuereinrichtung für wenigstens die Erzeugungseinheit, den Aerosolgenerator, die ersten Schaltventile und die zweiten Schaltventile auf. An die Erzeugungseinheit des Prüfvolumenstromes aus angesaugter Umgebungsluft ist die Anströmleitung mit den Kammern nachgeordnet, welche über die Abströmleitung mit der Abluftleitung verbunden sind.
Die Druckschrift DE 10 2018 111 552 B3 betrifft eine Einrichtung zur Prüfung des Abscheidegrades eines Filters zu dessen Qualitätssicherung. Die Einrichtung weist eine Einrichtung zur Prüfluftaufbereitung und Aerosoleinleitung, eine Probenahme zur Bestimmung der Rohgaskonzentration der das Aerosol enthaltenden Prüfluft mit einem ersten Partikelzähler, einen rohgasseitigen Adapter zur Filterankopplung, den zu prüfenden Filter, einen reingasseitigen Adapter zur Filterankopplung, eine Einrichtung zur Zuführung von partikelfreiem Gas, parallel geschaltete zweite Partikelzähler zur Messung der Partikel im Reingas und eine Einrichtung zur Erzeugung des Volumenstromes auf. Weiterhin umfasst die Einrichtung Durchflussmesser zur Bestimmung des Volumenstroms durch die zweiten Partikelzähler, so dass die Summe des Volumenstroms durch die zweiten Partikelzähler gleich oder größer des nominellen Volumenstromes des Filters ist. Eine Differenz ist durch Zuführung von partikelfreiem Gas am Eingang der Partikelzähler zuspeisbar. Die Einrichtung eignet sich zur Prüfung des Abscheidegrades von nacheinander zu platzierenden Filtern, wobei die Prüfbedingungen in der Einrichtung nach jeder Prüfung wieder bereitgestellt werden müssen. Für eine sequentielle Prüfung von Filtern mit einer geringen Vorbereitungszeit und einer geringen Nachbereitungszeit während der Messzeit des zu prüfenden Filters ist diese Einrichtung nicht geeignet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern mit einer geringen Vorbereitungszeit und einer geringen Nachbereitungszeit während der Messzeit des zu prüfenden Filters zu realisieren.
Diese Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Einrichtungen zur sequentiellen Prüfung von Filtern und deren Verwendungen zeichnen sich insbesondere durch eine geringe Vorbereitungszeit und eine geringe Nachbereitungszeit während der Messzeit des zu prüfenden Filters aus.
Dazu besitzt die Einrichtung
-eine erste Baugruppe mit einem Aerosolgenerator und einer ersten Messeinrichtung zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft als Rohgas,
-einen rohgasseitigen Koppler zur Verbindung mit dem zu prüfenden
Filter, welcher über ein erstes Absperrventil mit der ersten Baugruppe und mit einem Rückschlagventil verbunden ist,
-einen reingasseitigen Koppler zur Verbindung mit dem zu prüfenden Filter,
-einer zweiten Baugruppe mit einer Einrichtung zum Ansaugen von Luft in Verbindung mit einer zweiten Messeinrichtung zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft als Reingas nach dem Filter, welche über ein zweites Absperrventil mit dem reingasseitigen Koppler verbunden ist, so dass der Volumenstrom an der Reingasseite des Filters hervorgerufen wird und bei geschlossener Ankopplung am Filter Aerosol durch die Zuleitungen vom Aerosolgenerator angesaugt wird, und
-einer Steuereinrichtung in Verbindung mit Betätigungseinrichtungen der Absperrventile, wobei zum Prüfen des Filters die Koppler mit dem Filter verbunden und die Absperrventile geöffnet sind und so die erste Baugruppe, das Filter und die zweite Baugruppe miteinander verbunden sind, wobei nach dem Prüfen des Filters und vor dem Öffnen der Koppler nacheinander das erste Absperrventil geschlossen wird, so dass das Rückschlagventil öffnet und Umgebungsluft durch den rohgasseitigen Koppler strömt, und das zweite Absperrventil danach geschlossen wird, so dass keine Umgebungsluft in den reingasseitigen Koppler einströmen kann, wobei bei geschlossenen Absperrventilen die Koppler von dem geprüften Filter geöffnet werden und wobei die Koppler mit dem nächsten zu prüfenden Filter verbunden werden, so dass die erste Leitung bei Prüfung des nächsten Filters bereits mit Aerosol gefüllt ist. Die Einrichtung zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass taktweise und fortlaufend produzierte Filter hinsichtlich ihrer Abscheidequalität prüfbar sind. In industriellen Fertigungsprozessen für Filter insbesondere Luftfilter werden häufig gleichartige Produkte mit einer sehr hohen Anzahl je Zeiteinheit hergestellt, was eine sehr geringe Taktzeit des Herstellungsprozesses bedeutet.
Für eine vollständige Funktionsprüfung besteht daher das Erfordernis, auch die Filterprüfung in dieser kurzen Taktzeit zu realisieren. Die Prüfung der Filter erfolgt durch einen Filtrationsversuch. Zu diesem Zweck werden gasgetragene Partikel als Aerosol durch den Filter geleitet. Die Konzentration des dem Filter zugeleiteten Aerosols, häufig als Rohgas bezeichnet, und die Konzentration des den Filter durchströmten Aerosols, häufig als Reingas bezeichnet, werden mit Partikelmesstechnik bestimmt. Der reziproke Quotient dieser Konzentrationen wird als Durchlassgrad bezeichnet und kennzeichnet die Qualität eines Filters.
Eine Spezifik der Konzentrationsmessung eines Aerosols ist die auftretende Verringerung der Messgenauigkeit bei Reduzierung der zur Verfügung stehenden Messzeit. Die Ursache liegt in der Statistik der den Filter passierenden Partikeln. Die statistische Sicherheit sinkt mit kürzerer Messzeit überproportional ab. Die Anzahl Partikel je Einheit Messzeit hängt auch vom Abscheidegrad und der Partikelkonzentration im Rohgas des Filters ab. Letztere Parameter sind in einer konkreten Prüfsituation jedoch meist festgelegt. Aus diesen Sachverhalten folgt das Bestreben, innerhalb der insgesamt für die Prüfung zur Verfügung stehenden Zeit ein Maximum an eigentlicher Messzeit zu erreichen.
Werden baugleiche Filter in einer Prüfeinrichtung sequentiell geprüft, so ergibt sich die Taktzeit aus dem Wechsel von einem Filter zum nächsten, jeweils betrachtet im gleichen Stadium innerhalb des Taktes. Die für die eigentliche Filterprüfung zur Verfügung stehende Zeit ist nur ein Anteil an der Taktzeit, da weitere und notwendige Verfahrensschritte eine Handhabungszeit erfordern. Beispielhaft für Bestandteile der Handhabungszeit sind die Zeiten des Transports des Filters in die Prüfeinrichtung, des Zustellens einer Vorrichtung für die Führung des Aerosols an Eingang und Ausgang des Filters (Ankopplung) und die sinngemäßen Schritte in umgekehrter Reihenfolge nach der Filterprüfung.
Die für die Filterprüfung zur Verfügung stehende Zeit kann so in drei Zeitabschnitte unterteilt werden:
-Erstens in eine Vorbereitungszeit, die für das Einstellen des Volumenstromes, das Einstellen einer zeitlich konstanten Reingaskonzentration und anderer Ausgleichsprozesse erforderlich ist, -Zweitens in die eigentliche Messzeit und
-Drittens in eine Nachbereitungszeit um solche Verhältnisse zu schaffen, dass die Ankopplung vom Filter geöffnet werden kann. Die Bedingungen hierfür sind ein unterbrochener Volumenstrom vom und zum Filter und die Partikelfreiheit der geöffneten Ankopplungen, so dass kein Aerosol an die Umgebung abgegeben wird.
Bei gegebener Taktzeit soll nun bei technologisch meist vorgegebener Handhabungszeit eine maximale Messzeit erzielt werden. Dies ist erreicht, wenn in der Hauptsache die Vorbereitungszeit und die Nachbereitungszeit minimiert werden.
Die Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern dient vorteilhafterweise dem Zweck der Maximierung der Messzeit durch Minimierung der Vorbereitungszeit und Nachbereitungszeit. Dabei werden gleichzeitig Randbedingungen des industriellen Umfelds der Filterherstellung vorteilhaft berücksichtigt. Dazu gelöste Randbedingungen sind die Folgenden.
Erstens ist häufig der Platzbedarf im unmittelbaren Bereich der Produktionslinie in dessen Verlauf günstigenfalls auch die Prüfung integriert stattfindet, sehr knapp bemessen. So kann nicht die komplette Ausrüstung für die Filterprüfung an der Produktionslinie platziert werden. Die Ankopplung des Filters an die fluidführenden Systeme auf der Roh- und Reingasseite ist häufig aus baulichen Gründen beabstandet zur eigentlichen Prüfeinrichtung. Dies ist insbesondere von Bedeutung, da auf diese Weise das Aerosol, das zum Filter als Rohgas hingeführt wird, entfernt vom Filter hinsichtlich seiner Konzentration gemessen wird. Dies gilt gleichfalls für das vom Filter weggeführte Aerosol als Reingas.
Zweitens muss die Strömung des Aerosols so beeinflusst werden, dass beim Öffnen der Ankopplung der Filterprüfeinrichtung zum Wechsel zum nächsten Filter kein Aerosol an die Umgebung austritt. Dazu ist die Strömung des Aerosols zu unterbrechen und beim Öffnen eventuell zugängliche Hohlräume sind vor Öffnen mit partikelfreier oder partikelarmer Luft auszuspülen. Die Spülluft ist der Abluft zuzuleiten.
Durch die Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern wird ein Volumenstrom durch den Filter erzeugt. Da die Abscheidung im Filter von diesem Volumenstrom abhängig ist, wird beim nominalen Volumenstrom der Filterspezifikation geprüft. Dazu ist die Einrichtung für Saugbetrieb konzipiert. Diese Betriebsweise hat den Vorteil, dass eventuelle Undichtheiten nicht zum Austreten von Aerosol an die Umgebung führen. Der Aerosolgenerator stellt dabei das benötigte Aerosol zur Verfügung. Der Saugbetrieb bedeutet, dass der Volumenstrom an der Reingasseite des Filters hervorgerufen wird und bei geschlossener Ankopplung am Filter Aerosol durch die Zuleitungen vom Aerosolgenerator angesaugt wird.
Ist nun beim Übergang von einem Filter zum Nächsten gerade kein Filter adaptiert, so werden die rohgasseitige und reingasseitige Verbindungen abgesperrt. Einerseits wird nun das komplette Rohgas durch Absperren der Zuleitung zum Filter in die Abluft geleitet und andererseits wird die reingasseitige Saugleitung abgesperrt.
Die erste Baugruppe weist eine Abluftleitung in Verbindung mit der Einrichtung zur Erzeugung partikelfreier Luft, den Aerosolgenerator und die erste Messeinrichtung zur Bestimmung der Aerosolkonzentration des Rohgases auf. Die Einrichtung zur Erzeugung partikelfreier Luft der Aerosolgenerator und die erste Messeinrichtung zur Bestimmung der Aerosolkonzentration des Rohgases sind mit der Steuereinrichtung verbunden. Üblicherweise enthält das Aerosol des Aerosolgenerators ausreichend Partikel, jedoch ist der Volumenstrom zu gering, um die Filter entsprechend der Spezifikation zu betreiben. Aus diesem Grund wird dem Aerosol partikelfreie Luft zugemischt. Das Aerosol kann dabei mit einem Überschuss hinsichtlich des Volumenstromes bereitgestellt werden, der dann über die Abluftleitung ableitbar ist. Der Vorteil dieser Verfahrensweise ist ein in seiner Konzentration konstantes Aerosol auch für den Fall, dass Filter unterschiedlicher nominaler Volumenströme zu prüfen sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
In Ausführungsformen der Erfindung weist die erste Baugruppe eine Einrichtung zur Erzeugung partikelfreier Luft in Verbindung mit dem Aerosolgenerator und die erste Messeinrichtung zur Bestimmung der Aerosol konzentration des Rohgases auf. Üblicherweise enthält das Aerosol des Aerosolgenerators ausreichend Partikel, jedoch kann der Volumenstrom zu gering sein, um die Filter entsprechend der Spezifikation zu betreiben. Aus diesem Grund wird dem Aerosol des Aerosolgenerators mittels der Einrichtung zur Erzeugung partikelfreier Luft derartige Luft zugemischt.
In Ausführungsformen der Erfindung sind die Koppler vorteilhafterweise jeweils mit einem Antrieb zum Schließen und Öffnen der Verbindungen zwischen den Kopplern und dem zu prüfenden Filter verbunden. Weiterhin sind die Antriebe mit der Steuereinrichtung verbunden. In Ausführungsformen der Erfindung können zu prüfende und geprüfte Filter optional auf einem Träger mit einem Antrieb angeordnet sein, so dass der jeweils zu prüfende Filter zu den Kopplern positionierbar ist und die zu prüfenden Filter der Reihe nach prüfbar sind.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern.
Zur Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Figur eingehender erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel soll dabei de Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern.
Eine Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern 1 besteht im Wesentlichen aus einem rohgasseitigen Koppler 3 zur Verbindung mit dem zu prüfenden Filter 1, einem reingasseitigen Koppler 2 zur Verbindung mit dem zu prüfenden Filter 1, einer ersten Baugruppe mit einem Aerosolgenerator 4 und einer ersten Messeinrichtung 5 zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft als Rohgas, einer zweiten Baugruppe mit einer Einrichtung 7 zum Ansaugen von Luft in Verbindung mit einer zweiten Messeinrichtung 8 zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft als Reingas nach dem Filter 1, einem Rückschlagventil 11, einem ersten Absperrventil 6 und einem zweiten Absperrventil 9, einer Einrichtung 10 zur Erzeugung partikelfreier Luft, einer Abluftleitung 14 und einer Steuereinrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern 1 in einer prinzipiellen Darstellung.
Eine erste Baugruppe weist die Einrichtung 10 zur Erzeugung partikelfreier Luft in Verbindung mit dem Aerosolgenerator 4 und die erste Messeinrichtung 5 zur Bestimmung der Aerosolkonzentration des Rohgases auf. Eine Abluftleitung 14 ist in Verbindung mit der Einrichtung 10 zur Erzeugung partikelfreier Luft, dem Aerosolgenerator 4 und der ersten Messeinrichtung 5 zur Bestimmung der Aerosolkonzentration des Rohgases vorhanden. Damit wird ein von dem Aerosolgenerator 4 erzeugtes Aerosol mit partikelfreier Luft der Einrichtung 10 zur Erzeugung partikelfreier Luft gemischt und entweder vollständig der Abluftleitung 14 zugeleitet oder anteilig für die Filterprüfung verwendet. Es wird die Aerosolkonzentration dieser als Rohgas bezeichneten Mischung mittels der ersten Messeinrichtung 5 gemessen. Die erste Baugruppe ist über das erste Absperrventil 6 mit dem rohgasseitigem Koppler 3 verbunden, wobei mittels einer ersten Leitung 12 das Rohgas dem örtlich beabstandeten rohgasseitigen Koppler 3 zugeleitet wird. Der rohgasseitige Koppler 3 ist weiterhin mit dem Rückschlagventil 11 verbunden. Das Aerosol strömt durch den zu prüfenden Filter 1 und wird, nun als Reingas bezeichnet. Der reingasseitige Koppler 2 ist über eine zweite Leitung 13 und das zweite
Absperrventil 9 mit einer zweiten Baugruppe verbunden. Diese besitzt die Einrichtung 7 zum Ansaugen von Luft in Verbindung mit der zweiten Messeinrichtung 8 zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft als Reingas nach dem Filter 1. Hier wird erneut die Aerosolkonzentration gemessen. Das Hervorrufen des Volumenstromes durch den zu prüfenden Filter 1 wird durch die Einrichtung 7 zum Ansaugen von Luft realisiert. Die
Einrichtung 10 zur Erzeugung partikelfreier Luft, der Aerosolgenerator 4, die erste
Messeinrichtung 5 zur Bestimmung der Aerosolkonzentration des Rohgases, die Betätigungseinrichtung des ersten Absperrventils 6, die Einrichtung 7 zum Ansaugen von Luft, die zweite Messeinrichtung 8 zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft als Reingas und die Betätigungseinrichtung des zweiten Absperrventils 9 sind mit der Steuereinrichtung verbunden.
Die Betätigungseinrichtungen der Absperrventile 6, 9 sind mit der Steuereinrichtung so verbunden,
-dass zum Prüfen des Filters 1 die Koppler 2, 3 mit dem Filter 1 verbunden und die Absperrventile 6, 9 geöffnet sind und so die erste Baugruppe, das Filter 1 und die zweite Baugruppe miteinander verbunden sind,
-dass nach dem Prüfen des Filters 1 und vor dem Öffnen der Koppler 2, 3 nacheinander das erste Absperrventil 6 geschlossen wird, so dass das Rückschlagventil 11 öffnet und Umgebungsluft durch den rohgasseitigen Koppler 3 strömt, und das zweite Absperrventil 9 danach geschlossen wird, so dass keine Umgebungsluft in den reingasseitigen Koppler 2 einströmen kann,
-dass bei geschlossenen Absperrventilen 6, 9 die Koppler 2, 3 von dem geprüften Filter 1 geöffnet werden und
-dass die Koppler 2, 3 mit dem nächsten zu prüfenden Filter 1 verbunden werden. Eine Minimierung der Vorbereitungszeit und der Nachbereitungszeit während der Messzeit des zu prüfenden Filters erfolgt damit, wenn die Filterankopplung, bestehend aus den Kopplern 2, 3, geöffnet werden sollen, um den nächsten Filter 1 in Position zu bringen. So wird zuerst das erste Absperrventil 6 geschlossen. Dadurch kann kein Aerosol mehr angesaugt werden. Vielmehr öffnet das federbelastete Rückschlagventil 11. Dadurch strömt Umgebungsluft durch die rohgasseitige Ankopplung und spült diese aus. Danach wird das zweite Absperrventil 9 geschlossen, so dass keine Umgebungsluft in die reingasseitige Filterankopplung einströmen kann. Erst nach diesen Schritten wird die Filterankopplung geöffnet. Von Bedeutung ist, dass die Absperrventile 6, 9 keinen gemeinsamen Antrieb besitzen, da diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten betätigt werden müssen. Durch diese Anordnung der beiden Absperrventile 6, 9 und des Rückschlagventils 11 kann nach Beendigung der eigentlichen Messzeit einerseits schnellstmöglich die Filterankopplung geöffnet werden. Andererseits ist die erste Leitung 12 bei Prüfung des nächsten Filters 1 bereits mit Aerosol gefüllt.
Zu prüfende und geprüfte Filter 1 können auf einem Träger 15 mit einem Antrieb angeordnet sein, so dass der jeweils zu prüfende Filter 1 zu den Kopplern 2, 3 positionierbar ist und die zu prüfenden Filter 1 der Reihe nach prüfbar sind.
Bezugszeichen
1 Filter
2 reingasseitige Koppler
3 rohgasseitige Koppler
4 Aerosolgenerator
5 ersten Messeinrichtung
6 ersten Absperrventils
7 Einrichtung zum Ansaugen von Luft
8 zweiten Messeinrichtung
9 zweite Absperrventil
10 Einrichtung zur Erzeugung partikelfreier Luft
11 Rückschlagventil
12 ersten Leitung
13 zweite Leitung
14 Abluftleitung
15 Träger

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern (1) mit
- einer ersten Baugruppe mit einem Aerosolgenerator (4) und einer ersten Messeinrichtung (5) zur Bestimmung der Aerosol konzentration der Luft als Rohgas, einem rohgasseitigen Koppler (3) zur Verbindung mit dem zu prüfenden Filter (1), welcher über ein erstes Absperrventil (6) mit der ersten Baugruppe und mit einem Rückschlagventil (11) verbunden ist,
- einem reingasseitigen Koppler (2) zur Verbindung mit dem zu prüfenden Filter (1),
- einer zweiten Baugruppe mit einer Einrichtung (7) zum Ansaugen von Luft in Verbindung mit einer zweiten Messeinrichtung (8) zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft als Reingas nach dem Filter (1), welche über ein zweites Absperrventil (9) mit dem reingasseitigen Koppler (2) verbunden ist, so dass der Volumenstrom an der Reingasseite des Filters (1) hervorgerufen wird und bei geschlossener Ankopplung am Filter (1) Aerosol durch die Zuleitungen vom Aerosolgenerator (4) angesaugt wird, und
- einer Steuereinrichtung in Verbindung mit Betätigungseinrichtungen der Absperrventile (6, 9), wobei zum Prüfen des Filters (1) die Koppler (2, 3) mit dem Filter (1) verbunden und die Absperrventile (6, 9) geöffnet sind und so die erste Baugruppe, das Filter (1) und die zweite Baugruppe miteinander verbunden sind, wobei nach dem Prüfen des Filters (1) und vor dem Öffnen der Koppler (2, 3) nacheinander das erste Absperrventil (6) geschlossen wird, so dass das Rückschlagventil (11) öffnet und Umgebungsluft durch den rohgasseitigen Koppler (3) strömt, und das zweite Absperrventil (9) danach geschlossen wird, so dass keine Umgebungsluft in den reingasseitigen Koppler (2) einströmen kann, wobei bei geschlossenen Absperrventilen (6, 9) die Koppler (2, 3) von dem geprüften Filter (1) geöffnet werden und wobei die Koppler (2, 3) mit dem nächsten zu prüfenden Filter (1) verbunden werden, so dass die erste Leitung (12) bei Prüfung des nächsten Filters (1) bereits mit Aerosol gefüllt ist.
2. Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe eine Einrichtung (10) zur Erzeugung partikelfreier Luft in Verbindung mit dem Aerosolgenerator (4), einer Abluftleitung (14) in Verbindung mit der Einrichtung (10) zur Erzeugung partikelfreier Luft und die erste Messeinrichtung (5) zur Bestimmung der Aerosolkonzentration der Luft als Rohgas aufweist, so dass ein von dem Aerosolgenerator (4) erzeugtes Aerosol mit partikelfreier Luft der Einrichtung (10) zur Erzeugung partikelfreier Luft gemischt und entweder vollständig der Abluftleitung (14) zugeleitet oder anteilig für die Filterprüfung verwendet wird.
3. Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppler (2, 3) jeweils mit einem Antrieb zum Schließen und Öffnen der Verbindungen zwischen den Kopplern (2, 3) und dem zu prüfenden Filter (1) verbunden sind und dass die Antriebe mit der Steuereinrichting verbunden sind.
4. Einrichtung zur sequentiellen Prüfung von Filtern (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu prüfende und geprüfte Filter (1) auf einem Träger (15) mit einem Antrieb angeordnet sind, so dass der jeweils zu prüfende Filter (1) zu den Kopplern (2, 3) positionierbar ist und die zu prüfenden Filter (1) der Reihe nach prüfbar sind.
5. Verwendung einer Einrichtung zur Prüfung von Filtern (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4 zur sequentiellen Prüfung von Filtern (1).
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