CH627661A5 - Einmalfilter. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Einmalfilter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Solche Einmalfilter gehören zum gebräuchlichen Stand der Technik und werden auf den verschiedensten Gebieten eingesetzt, beispielsweise in der medizinischen und pharmazeutischen Praxis, zu Umweltschutzzwecken und im Laboratoriumsbetrieb. Sie werden meist dann herangezogen, wenn relativ kleine Fluidmengen mit höchstem Reinheitsgrad benötigt werden. Diese Filter dienen insgesamt, also einschliesslich des Gehäuses, nur zum einmaligen Gebrauch.

Die Einmalfilter der in Rede stehenden Art sind für den Druckfiltrationsbetrieb bestimmt. Das zu filtrierende Fluid, eine Flüssigkeit oder ein Gas, wird unter Druck, in der Regel unter einem Druck im Bereich von ca. 1 bis 10 bar, auf die Oberfläche des Filterelements gegeben. Solche Drücke sind dabei zur Erzielung ausreichender Filtrationsgeschwindigkeiten erforderlich, da die verwendeten Filter in aller Regel ein relativ langsam filtrierendes Membranfilterelement aufweisen. Grundsätzlich gilt dabei: je höher der Filtrationsdruck ist, desto kürzer ist die zur Filtration eines vorgegebenen Volumens erforderliche Zeit.

Die Einmalfilter der in Rede stehenden Art müssen als

Wegwerfartikel und Massenartikel besonders preiswert herstellbar sein. Aus Materialgründen und aus konstruktiven Gründen sind daher den Filtrationsdrücken, bis zu denen solche Einmalfilter einsetzbar sind, nach oben hin Grenzen gesetzt. Diese Grenzen liegen dabei für das gebräuchlicherweise aus Kunststoff bestehende und durch Verschweissen des Oberteils mit dem Unterteil hergestellte Filtergehäuse in der Grös-senordnung von ca. 15 bar. Wenn die heute gebräuchlichen Einmalfilter dennoch nur für Filtrationsdrücke im Bereich von ca. 1 bar eingesetzt werden können, so liegt das daran, dass das Filterelement unter dem hohen Strömungsdruck, unter dem das zu filtrierende Medium durch den Aufgabekanal in das Filtergehäuse eingedrückt wird, reisst.

Das gleiche Problem tritt auch bei den grossen, teuren, aufwendigen und für eine jahrelange Benutzung ausgelegten Druckfiltrationsgeräten aus Stahl auf. Bei diesen Geräten ist das Problem dadurch gelöst worden, dass das Niederhalten des Filterelements auf der Filterunterstützung durch ein besonderes Konstruktionselement bewirkt wird, nämlich durch das sogenannte Rückstausieb. Dieses Rückstausieb kann entweder im Unterteil oder im Oberteil des Filtergehäuses leicht lösbar und entfernbar gehaltert sein. Die Halterung erfolgt in der Weise, dass die nach unten gekehrte Innenfläche des Gehäuseoberteils frei bleibt. An dieser zur freien Verfügung stehenden inneren Oberfläche des Oberteils ist über Abstandsstücke ein sogenanntes Prallblech angeschraubt. Dieses Prallblech lenkt den unter Druck axial in das Filtergehäuse eintretenden Zulaufstrom radial ab und verhindert so, dass der Zulaufstrom direkt senkrecht auf das Fitlerelement trifft.

Diese Bauweise ist für die in Rede stehenden Einmalfilter, die Massenartikel und Wegwerfartikel sind, aus Kostengründen von vornherein ausgeschlossen. Es sind daher Einmalfilter der in Rede stehenden Art bekanntgeworden, die ohne Rückstaubsieb und ohne Prallblech ausgestaltet sind und bei denen das Filterelement peripher zwischen den beiden Gehäusehälften eingeschweisst ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei den so ausgebildeten Einmalfiltern das Filterelement durch das fehlende Rückstausieb bereits bei geringen Filtrationsdruckschwankungen nicht mehr ausreichend auf der Filterunterstützung niedergehalten wird und dadurch leicht zum Einreissen neigt. Insbesondere ist mit solchen Filterelementen auch kein Filtrieren in Rückwärtsrichtung möglich, also beispielsweise beim Ansaugen einer Injektionslösung aus einem Vorratsbehälter in eine Spritze.

Wesentlich verbessert liegen demgegenüber die Verhältnisse bei dem eingangs genannten Einmalfilter. Die Unterseite des Gehäuseoberteils ist mit radial verlaufenden Rippen versehen, deren Unterkanten beim zusammengesetzten Einmalfilter entweder unmittelbar auf oder dicht über der Filteroberfläche, in der Regel also der Membranoberfläche, liegen. Diese einstückig mit dem Oberteil des Filtergehäuses ausgebildeten Rippen, gebräuchlicherweise etwa acht bis zwölf an der Zahl, halten das Filterelement auf der Filterelementunterstützung nieder und erfüllen damit im wesentlichen die Funktion des Rückstausiebes der grossen Druckfiltrationsgeräte. Durch diese Ausbildung und Anordnung der Niederhalterippen ist jedoch die übliche Anordnung des Prallblechs über dem Rückstausieb ausgeschlossen. Die aus dem gebräuchlichen Stand der Technik bekannten Einmalfilter weisen daher einen Zulaufkanal auf, der sich frei unmittelbar über der Füterelement-oberfläche öffnet. Dies führt dazu, dass in der eingangs erläuterten Weise die gebräuchlichen Einmalfilter nur mit rund 10% des Filtrationsdrucks beaufschlagt werden können, den auch das billigste Gehäuse aufzunehmen in der Lage wäre.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gebräuchlichen Einmalfilter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass diese ohne eine Erhöhung der Herstellungskosten in Kauf nehmen s

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zu müssen, bis zu dem für das Gehäuse zulässigen Grenzdruck uneingeschränkt einsatzfähig sind und auch bei Ansaugbetrieb zuverlässig arbeiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Einmalfilter der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Das Wesen der Erfindung liegt also darin, dass die Prallscheibe nicht über dem Rückhalteorgan für das Filterelement, sondern in einer Ebene mit diesem ausgebildet ist und nicht am Oberteil des Filtergehäuses, sondern direkt am Rückhalteorgan gehaltert ist. Sie hält damit das Filterelement insbesondere auch direkt über dem Auslasskanal nieder, erfüllt also zusätzlich auch eine Niederhaltefunktion, so dass ein unter Verwendung dieses Filtergehäuses aufgebauter Einmalfilter auch in Rückwärtsrichtung benutzt werden kann, beispielsweise also auch zum Ansaugen einer Vorratslösung in eine Spritze hinein. Der Einmalfilter besteht vorzugsweise aus nur drei Einzelteilen, nämlich dem Oberteil, dem Unterteil und dem Filterelement und gegebenenfalls einer Filterelementunterstützung. Obwohl die Herstellungskosten des neuen Filters denen der bisher gebräuchlichen Einmalfilter entsprechen, können technische Betriebskenndaten erreicht werden, wie sie bisher nur mit teureren, grösseren und aufwendigeren Druckfiltrationsge-räten erreichbar waren. Berstdruckversuche haben gezeigt,

dass bei den Einmalfiltern nach dem Stand der Technik ausnahmslos das Filterelement unter dem Aufgabeeinlass durchbrach, während bei den Einmalfiltern gemäss der Erfindung stets das Gehäuse selbst barst, und zwar meist durch Aufreis-sen der Schweissnaht, während das Filterelement völlig unverletzt blieb. Die Berstdrücke für die Einmalfilter nach dem Stand der Technik lagen unter 2 bar, während sie für die Einmalfilter gemäss der Erfindung in jedem Fall bei Werten von über 10 bar lagen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Prallscheibe an jeder zweiten Rippe gehaltert, wobei die die Prallscheibe nicht haltenden Rippen unter Wahrung eines Abstands vom Aussenrand der Prallscheibe enden, wobei dieser Abstand ungefähr der Breite der Rippen entspricht. Dadurch kann eine rückstaufreie gleichmässige Verteilung des zu filtrierenden Mediums auf der gesamten freien Oberfläche des Filterelements erreicht werden. Vorzugsweise sind die beiden Teile des Filtergehäuses und insbesondere das Oberteil mit den Rippen und der Prallscheibe als Kunststoffspritzgiessteil ausgebildet.

Nach einer anderen Weiterbildung ragen die Stirnseiten der die Prallscheibe haltenden Rippen in den unter dem Aufgabekanalquerschnitt liegenden Bereich hinein, setzen sich also auf der Oberseite der Prallscheibe fort. Diese Stirnseiten sind dabei so ausgebildet, dass sie zur Mitte der Oberseite der Prallscheibe hin schräg abfallen. In Strömungsrichtung gesehen bilden diese abfallenden Stirnseiten also gleichsam einen Trichter mit verschlossenem Boden und durchbrochenen Seitenwänden. Durch diese Ausbildung wird sowohl eine mechanisch festere Halterung der Prallscheibe als auch eine günstigere Verteilung des in das Filtergehäuse eingedrückten Zulaufstroms bewirkt.

Zur Herstellung des Einmalfilters wird das Filterelement, in der Regel eine Membran oder ein mehrschichtiges Filterelementpaket, zwischen das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil dichtend eingespannt, vorzugsweise auf seinem gesamten Aussenrand mit dem Oberteil und dem Unterteil ver-schweisst.

Bei Benutzung wird der Filter mit seinem Zulaufstutzen in gebräuchlicher Weise entweder direkt auf eine Spritze oder irgendeine andere Kolbenschieberpumpe aufgesetzt oder wird an eine Zuleitung angeschlossen, über die die zu filtrierende Flüssigkeit unter Druck zugeführt wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Oberteil eines Filtergehäuses in Draufsicht von unten, das heisst von der Filterseite her, und

Fig. 2 einen Einmalfilter mit dem in Fig. 1 gezeigten Filtergehäuseoberteil, schematisch vereinfacht und in nicht mass-stäblicher Darstellung im Axialschnitt.

Der Einmalfilter besteht in der in Fig. 2 gezeigten Weise im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem Oberteil 2, einem Unterteil 3 und dem Filterelement 4. Das Filterelement 4 kann ein Papierfilter, ein Membranfilter, ein aus mehreren Schichten zusammengesetztes Filterpaket oder irgendein anderes an sich bekanntes Filterelement sein.

Das Unterteil 3 ist napfartig mit hochgezogenem Rand 5 ausgebildet. Das Oberteil 2 ist als im wesentlichen flacher Deckel mit einem herabgezogenen innenliegenden umlaufenden Rand 6 ausgebildet (Fig. 1), der teleskopartig in den hochgezogenen Rand 5 des Unterteils 3 eingreift. Der überstehende Rand 7 des Oberteils 2 schliesst mit seinem Aussenrand im wesentlichen mit der Aussenwand des hochgezogenen Randes 5 des Unterteils 3 ab. Der herabgezogene Rand 6 des Oberteils 2 ist axial so tief gezogen, dass beim Verschweissen der beiden Gehäuseteile 2 und 3 miteinander das Filterelement 4 zwischen dem Gehäuseoberteil 2 und dem Gehäuseunterteil 3 fest mit eingeschweisst wird. Dabei können die beiden Gehäuseteile statt durch Schweissen selbstverständlich auch in anderer Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Verkleben oder Verschrauben.

Das Gehäuseoberteil 2 weist zentral und axial ausgerichtet einen Aufgabestutzen 8 und das Unterteil 3, ebenfalls zentral und axial ausgerichtet, und zwar koaxial zum Aufabestutzen 8, einen Auslassstutzen 9 auf. Im Aufgabestutzen 8 ist ein Aufgabekanal 10 für die Aufgabe des zu filtrierenden Mediums unter Druck ausgebildet, während im Auslasskanalstutzen 9 ein Auslasskanal 11 für das Filtrat ausgebildet ist. Die Stutzen 8 und 9 sind in gebräuchlicher Weise zu Anschlusszwecken ausgebildet, beispielsweise kompatibel mit dem Luer-System.

Ausgehend vom umlaufenden Rand 6 erstrecken sich an der Unterseite des Oberteils 2 radial zur inneren Öffnung des Aufgabekanals 10 hin zehn Rippen 12, die im gleichen Winkelabstand voneinander angeordnet sind. Die Unterkante 13 der Rippen 12 liegt geringfügig höher als die Unterseite 14 des umlaufenden Randes 6, so dass beim Aufschweissen des Oberteils auf das Unterteil die Unterkanten 13 der Rippen 12 nicht in das Filterelement gepresst werden und bei zusammengesetztem Filtergehäuse die Filteroberfläche gegebenenfalls nur leicht berühren. Direkt unter der Öffnung des Aufgabekanals 10 ist eine Prallscheibe 15 vorgesehen. Der Druchmesser der Prallscheibe 15 ist praktisch gleich bis geringfügig grösser als der Durchmesser des Aufgabekanals 10. Die Unterseite der Prallscheibe 15 liegt exakt in der durch die Unterkanten 13 der Rippen 12 definierten Ebene. Die Dicke der Prallscheibe 15 beträgt etwa ein Drittel der Höhe der Rippen 12 im Bereich der Prallscheibe 15. Dadurch ist ein ausreichend freier Fluss des in das Filtergehäuse eingedrückten Mediums zwischen der Oberseite der Prallscheibe 15 und der unteren Oberfläche des Oberteils 2 gewährleistet.

Die Prallscheibe 15 ist an den Rippen 12 gehaltert. In dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen das Gehäuseoberteil 2 und das Gehäuseunterteil 3 aus Kunststoff, wobei die Prallscheibe 15 einstückig an die Rippen 12b angespritzt ist. Die Rippen 12 sind wiederum einstückig am eigentlichen Deckelteil des Gehäuseoberteils 2 angeformt, so dass das Gehäuseoberteil 2 insgesamt ein einziges einstückiges, in einem einzigen Spritztakt herstellbares Spritz-giessteil ist.

In der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise ist die Prallscheibe

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15 nur an jeder zweiten Rippe 12b gehaltert, bzw. angeformt. Dadurch kann die benötigte relativ hohe Anzahl von Rippen, hier zehn Rippen, vorgesehen werden, ohne dass der Abfluss des Zulaufstroms in radialer Richtung gehemmt oder gestaut wird. Zu diesem Zweck enden die die Prallscheibe 15 nicht haltenden Rippen 12a unter Wahrung eines Abstandes zum Aussenrand der Prallscheibe 15. Dieser Abstand entspricht grössenordnungsmässig ungefähr der Breite der Rippe selbst.

In der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise enden die die Prallscheibe 15 haltenden Rippen 12b nicht am Aussenrand der Prallscheibe 15, sondern greifen mit einer schräg zur Mitte der Oberseite der Prallscheibe 15 hin abfallenden Stirnseite 16 auf die Oberseite der Prallscheibe 15 über. Durch diese Ausbildung wird eine besonders stabile und feste Halterung der Prallscheibe 15 erzielt. Gleichzeitig wird eine besonders günstige Verteilung des Zulaufstroms in radialer Richtung über die gesamte Oberfläche des Filters 4 erzielt. Die schrägen Stirnseiten 16 wirken dabei gleichsam als Strömungsleitflächen.

5 Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Einmalfilters wird gebräuchlicherweise für Durchmesser des Filterelements 4 in der Grössenordnung von 10 bis 50 mm ausgelegt. Prinzipiell steht einer Verwendung dieses Filtergehäuses auch für kleinere oder grössere Durchmesser jedoch nichts io im Wege. Dabei kann die Anzahl der vorgesehenen Rippen 12 je nach Durchmesser des Filterlements 4 erhöht oder erniedrigt werden. Ausschlaggebend ist dabei lediglich, dass diese Rippen 12 das Filterelement 4 ausreichend gleichmässig auf der Filterunterstützung 17 niederhalten.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Einmalfilter flacher Bauart für Druckfiltrationen, bestehend aus einem Oberteil und einem Unterteil, die fest und dicht miteinander verbunden sind, sowie einem dazwischenliegenden Filterelement, wobei das Unterteil das Filterelement stützt oder eine Filterelementunterstützung haltert und zentral einen Auslasskanal für das Filtrat aufweist und das Oberteil zentral einen Aufgabekanal für das zu filtrierende Medium und an seiner Unterseite Rippen aufweist, die in gleichem Winkelabstand voneinander radial vom Aussenrand des Oberteils zur Öffnung des Aufgabekanals verlaufen und mit ihrer Unterkante auf der Oberfläche des Filterelements oder dieser Oberfläche benachbart enden, gekennzeichnet durch eine in der senkrechten Projektion den Querschnitt des Aufgabeka-nals (10) vollständig abdeckende Prallscheibe (15), deren Unterseite in der Ebene der Unterkanten (13) der Rippen (12) liegt, deren Dicke nicht mehr als 2/3 der Höhe der Rippen (12) beträgt und die ausschliesslich von mindestens einem Teil der Rippen (12) gehalten wird.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Prallscheibe (15) haltenden Rippen (12b) gleichen Winkelabstand voneinander haben.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallscheibe (15) an jeder zweiten Rippe (12) gehaltert ist.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (2) mit den Rippen (12) und der Prallscheibe (15) einstückig als Kunststoffspritzgiessteil ausgebildet ist.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (16) der die Prallscheibe (15) haltenden Rippen (12b) im Bereich des freien Querschnitts des Aufgabekanals (10) zur Mitte der Oberseite der Prallscheibe (15) schräg abfallend verlaufen.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Prallscheibe (15) nicht haltenden Rippen (12a) unter Wahrung eines Abstandes zum Aussenrand der Prallscheibe (15) enden, wobei dieser Abstand ungefähr der Breite der Rippen (12) entspricht.

7. Filter nach den Ansprüchen 3-6, gekennzeichnet durch insgesamt zehn vom Aussenrand zur Mitte des Oberteils (2) verlaufende Rippen (12).