CH628250A5 - Disposable filter - Google Patents

Abstract

In known disposable filters for filtration, in particular pressure filtration, in which a housing top and a housing bottom are each furnished with a flange, the filter element is inserted between the flanges by which the filter housing is sealed. As a result, the compressive strength of the disposable filter is impaired. In addition, engineering problems with regard to the positioning of the filter element occur in the production of the disposable filter. In order to achieve high compressive strength and simplified assembly, in the novel disposable filter, the housing top (1) and the housing bottom (2) each have an external flange (7 and 8 respectively), which both lie flat directly against each other, while the filter element (3) lies in a cup-like recess of the housing bottom (2) and is tightened by its outer edge by means of a downwardly drawn edge (10) of the housing top (1) penetrating telescopically into the housing bottom. The disposable filter is sealed by a closure ring (9) injection moulded around the flanges. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Einmalfilter für die Druckfiltration der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. The invention relates to a disposable filter for pressure filtration of the type mentioned in the preamble of claim 1.

Einmalfilter der eingangs genannten Art sind aus der Druckschrift DE 2 354 269 AI bekannt, sind Artikel der Massenproduktion und dienen insbesondere der Druckfiltration. Sie bestehen gebräuchlicherweise aus Kunststoff, sind flach und dosenartig ausgebildet und haben typischerweise Durchmesser im Bereich von ca. 1 bis 5 cm. Das Filterelement eines solchen Einmalfilters ist üblicherweise eine Membran. Das Filterelement kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Die Filterelementunterstützung ist gebräuchlicherweise einstückig im Gehäuseunterteil ausgebildet, kann aber auch als separate Filterelementunterstützungs-scheibe ausgebildet sein. Disposable filters of the type mentioned at the outset are known from the publication DE 2 354 269 AI, are articles of mass production and are used in particular for pressure filtration. They usually consist of plastic, are flat and can-shaped and typically have diameters in the range of approximately 1 to 5 cm. The filter element of such a disposable filter is usually a membrane. The filter element can be formed in one or more layers. The filter element support is customarily formed in one piece in the lower housing part, but can also be designed as a separate filter element support disc.

Einmalfilter dieser Art werden überall dort eingesetzt, wo relativ kleine Fluidvolumina rasch und mit hohem Zuverlässigkeitsgrad zu filtrieren sind, insbesondere für die Sterilfiltration. Sie finden weiterhin insbesondere zur Untersuchung kleiner Proben auf dem Gebiet des Umweltschutzes, auf dem Gebiet der Halbleitertechnik zur Herstellung hochreiner Reaktionslösungen und auf dem Gebiet der allgemeinen Laboratoriumstechnik Anwendung. Disposable filters of this type are used wherever relatively small fluid volumes can be filtered quickly and with a high degree of reliability, especially for sterile filtration. They are also used in particular for the investigation of small samples in the field of environmental protection, in the field of semiconductor technology for the production of high-purity reaction solutions and in the field of general laboratory technology.

Schwachstelle der gebräuchlichen Einmalfilter der genannten Art ist in fertigungstechnischer und konstruktiver Hinsicht die Verbindung zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil. Diese Verbindungsstelle muss absolut gasdicht und flüssigkeitsdicht sein, und zwar auch bei hohen Innendrücken des Gehäuses. Die gebräuchlichen Einmalfilter sind für Innendrücke von bis zu maximal 5 bar ausgelegt. Wünschenswert sind jedoch Betriebsdrücke von mindestens 10 bar. Prinzipiell bietet es dem Fachmann keine Schwierigkeit, ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil so miteinander zu verbinden, dass diese auch noch bei Drücken bis zu und über 10 bar absolut dicht sind. Die Schwierigkeit im Zusammenhang mit den in Rede stehenden Einmalfiltern liegt jedoch darin, eine solche auch noch bei hohen Drücken dichte Verbindung im Rahmen der Massenfertigung mit einem Kostenminimum herzustellen. The weak point of the common disposable filter of the type mentioned is the connection between the upper part of the housing and the lower part of the housing in terms of production technology and design. This connection point must be absolutely gas-tight and liquid-tight, even with high internal pressures of the housing. The common disposable filters are designed for internal pressures up to a maximum of 5 bar. However, operating pressures of at least 10 bar are desirable. In principle, it is not difficult for a person skilled in the art to connect an upper housing part and a lower housing part so that they are absolutely leak-tight even at pressures of up to and above 10 bar. The difficulty in connection with the disposable filters in question, however, lies in producing such a connection, even at high pressures, as part of mass production at a minimum cost.

Zur Herstellung solcher Verbindungen der beiden Gehäuseteile ist bekannt, die beiden Flansche der Gehäuseteile unter Zwischenfügen des Filterelements miteinander zu ver- To produce such connections between the two housing parts, it is known to connect the two flanges of the housing parts to one another by interposing the filter element.

schweissen, wobei überwiegend die Technik des Ultraschall-verschweissens angewendet wird (DE-PS 1 901 951). Nachteilig bei dieser Art der Verbindung ist ihre nur geringe Druckfestigkeit (kleiner höchstens 5 bar) und eine relativ hohe Ausschussrate bei der Fertigung. welding, the technique of ultrasonic welding being used predominantly (DE-PS 1 901 951). Disadvantages of this type of connection are their low compressive strength (less than 5 bar at most) and a relatively high reject rate during production.

Auch bei der aus der eingangs genannten Druckschrift DE 2 354 269 AI bekannten Gehäuseverschlusstechnik ist das Filter zwischen die Gehäuseflansche eingefügt und trägt dadurch zur Schwächung der Verbindung bei. In the case of the housing closure technology known from the publication DE 2 354 269 A1 mentioned at the outset, the filter is inserted between the housing flanges and thereby contributes to weakening the connection.

Weiterhin ist aus dem gebräuchlichen Stand der Technik bekannt, eines der beiden aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Gehäuseteile mit einem axial überstehenden Rand auszubilden. Bei der Montage des Einmalfilters wird dann zunächst das Filterelement eingelegt, dann das zweite Gehäuseteil in das erste Gehäuseteil eingesetzt und schliesslich der überstehende Rand durch Warmverförmen radial einwärts umgebördelt. Nachteilig bei diesem Verfahren sind eine nur sehr geringe Druckfestigkeit (kaum mehr als 2 bar), eine ausgesprochen hohe Ausschussrate bei der Fertigung durch Un-dichtheit der so hergestellten Verbindung der Gehäuseteile und unzureichende Fertigungspräzision aufgrund der Tatsache, dass eines der nach Sollmass präzise vorgefertigten Gehäuseteile noch einmal erweicht und verformt werden muss. Furthermore, it is known from the customary prior art to form one of the two housing parts made of thermoplastic plastic with an axially projecting edge. When assembling the disposable filter, the filter element is then first inserted, then the second housing part is inserted into the first housing part and finally the protruding edge is flanged radially inwards by heat deformation. Disadvantages of this process are only a very low pressure resistance (hardly more than 2 bar), an extremely high reject rate during production due to the leakproofness of the connection of the housing parts produced in this way, and insufficient manufacturing precision due to the fact that one of the housing parts is precisely prefabricated according to the specified dimensions softened and deformed again.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindimg die Aufgabe zugrunde, einen. Einmalfilter der eingangs genannten Art zu schaffen, der unter Gesichtspunkten der Massenfertigung bei kleinster Ausschussrate billigst herstellbar ist, auch bei Betriebsdrücken von über 10 bar absolut dicht ist und eine rasche und sichere Positionierung des Filterelementes bei der Herstellung des Einmalfilters ermöglicht. In view of this state of the art, the task of the invention is one. To create disposable filters of the type mentioned, which can be produced inexpensively from the point of view of mass production at the lowest reject rate, is absolutely leak-proof even at operating pressures of over 10 bar and enables the filter element to be positioned quickly and securely during the manufacture of the disposable filter.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen Einmalfilter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, der erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist. To achieve this object, the invention provides a disposable filter of the type mentioned in the preamble of patent claim 1, which according to the invention has the features mentioned in the characterizing part of patent claim 1.

Die Einmalfilter der Erfindung sind absolut dicht. Fertigungsbedingte Massungenauigkeiten der an den Gehäuseteilen angeformten Flansche werden während der Herstellung des Verschlussringes durch den unter hohem Druck in das Formwerkzeug einfliessenden Kunststoff ausgeglichen. Bei Verwendung mehrnestriger Formwerkzeuge lässt sich ein Produktionsdurchsatz erzielen, der der Produktivität gebräuchlicher Ultraschallverschweissanlagen überlegen ist. Dabei liegt die Ausschussrate bei der Herstellung des Einmal-filters der Erfindung weit unter den für Schweissverfahren üblichen Ausschussraten; dies insbesondere auch deshalb, weil beim Einlegen des Filterelements in die Vertiefung des Gehäuseunterteils eine sichere Selbstzentrierung erfolgt, die beim Einlegen des Filters zwischen die Gehäuseflansche nicht gewährleistet ist oder zumindest doch eine grössere Sorgfalt und damit zusätzlichen Zeitaufwand erfordert. The disposable filters of the invention are absolutely tight. Manufacturing-related inaccuracies of the flanges formed on the housing parts are compensated for during the manufacture of the locking ring by the plastic flowing into the mold under high pressure. When using multi-mold tools, a production throughput can be achieved that is superior to the productivity of conventional ultrasonic welding systems. The reject rate in the manufacture of the disposable filter of the invention is far below the reject rates customary for welding processes; this is particularly because, when the filter element is inserted into the recess of the lower housing part, there is a secure self-centering which is not guaranteed when the filter is inserted between the housing flanges or at least requires greater care and thus additional time.

Berstdruckprüfungen an im Handel erhältlichen Einmalfiltern haben gezeigt, dass diese Einmalfilter bei Überdrük-ken im Bereich von ca. 2 bis 7 bar an der Schweissstelle aufbrechen. Burst pressure tests on commercially available disposable filters have shown that these disposable filters break open at pressures in the range of approx. 2 to 7 bar at the welding point.

Gleiche Berstprüfungen am Einmalfilter der Erfindung haben gezeigt, dass dieser je nach Wandstärke der Gehäuseteile bei 15 bis 25 bar durch Reissen des Kunststoffes des Gehäuseoberteils oder des Gehäuseunterteils birst, während die Flanschverbindung absolut fest und dicht bleibt. The same burst tests on the disposable filter of the invention have shown that, depending on the wall thickness of the housing parts, it bursts at 15 to 25 bar by tearing the plastic of the upper or lower housing part, while the flange connection remains absolutely firm and tight.

Entgegen der herkömmlichen Praxis für Einmalfilter ist beim Einmalfilter der Erfindung das Filterelement nicht zwischen die miteinander zu verbindenden Gehäuseflansche eingefügt. Vielmehr liegen die beiden Gehäuseflansche direkt und unmittelbar aufeinander und ist das Filterelement an seinem Aussenrand durch einen herabgezogenen und teleskopartig in das Unterteil eingreifenden Rand des Oberteils dichtend eingespannt. Dadurch werden Dichtheit und Druckfestigkeit des Filtergehäuses weiter erhöht. Contrary to the conventional practice for disposable filters, in the disposable filter of the invention the filter element is not inserted between the housing flanges to be connected to one another. Rather, the two housing flanges lie directly and directly on top of one another and the filter element is clamped on its outer edge in a sealing manner by an edge of the upper part that is pulled down and telescopically engages in the lower part. This further increases the tightness and pressure resistance of the filter housing.

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10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

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3 3rd

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Zumindest eines der beiden Gehäuseteile, vorzugsweise beide Gehäuseteile, bestehen vorzugsweise in an sich bekannter und gebräuchlicher Weise aus klarem durchsichtigem Kunststoff. Dies ermöglicht dem Benutzer eine optische Überprüfung des eingesetzten Filters und eine Überwachung des Filtrationsgeschehens. Bei den bekannten klaren durchsichtigen Einmalfiltern bestehen auch die miteinander ver-schweissten Flansche aus dem klaren durchsichtigem Gehäusekunststoff. Dies bewirkt Reflexionen und Irritationen bei der Beobachtung und Prüfung der Filterfläche. Beim Einmalfilter der Erfindung besteht der die Flansche umspannende und abdeckende Verschlussring vorzugsweise aus undurchsichtigem, insbesondere farbigem Kunststoff. Dies ermöglicht eine nichtermüdende irritationsfreie genaue Beobachtung der Filterfläche im Inneren des Gehäuses. At least one of the two housing parts, preferably both housing parts, preferably consist of clear, transparent plastic in a manner known and customary. This enables the user to visually check the filter used and to monitor the filtration process. In the known clear, transparent, disposable filters, the flanges welded together are also made of the clear, transparent housing plastic. This causes reflections and irritation when observing and checking the filter surface. In the disposable filter of the invention, the closure ring spanning and covering the flanges preferably consists of opaque, in particular colored, plastic. This enables a non-tiring, irritation-free, precise observation of the filter surface inside the housing.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur, nämlich die The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing. It shows the only figure, namely the

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Einmalfilter im Axialschnitt. Fig. 1 in a schematic representation of a disposable filter in axial section.

Der in der Fig. 1 gezeigte Einmalfilter besteht im wesentlichen aus einem Gehäuseoberteil 1, einem Gehäuseunterteil 2 und einem zwischen diesen eingespannten Membranfilter 3, über dem im Gehäuseoberteil 1 ein flacher scheibenförmiger Druckraum 4 ausgebildet ist. Im Gehäuseoberteil 1 ist zentral ein Zulaufstutzen 5, im Gehäuseunterteil 2 zentral ein Ablaufstutzen 6 angeordnet. An der Unterseite des Gehäuseoberteils 1 ist ein kreisringförmiger Aussenflansch 7, an der Oberseite des Gehäuseunterteils 2 ein komplementärer kreisringförmiger Aussenflansch 8 ausgebildet. Die Flansche 7 und 8 sind durch einen einstückigen Verschlussring 9 aus Kunststoff druckbelastbar abgedichtet aufeinandergehalten. The single-use filter shown in FIG. 1 essentially consists of an upper housing part 1, a lower housing part 2 and a membrane filter 3 clamped between them, over which a flat disk-shaped pressure chamber 4 is formed in the upper housing part 1. An inlet connection 5 is arranged centrally in the upper housing part 1, and an outlet connection 6 is arranged centrally in the lower housing part 2. An annular outer flange 7 is formed on the underside of the upper housing part 1, and a complementary annular outer flange 8 is formed on the upper side of the lower housing part 2. The flanges 7 and 8 are held together by a one-piece locking ring 9 made of plastic so that they can withstand pressure.

Das Filterelement 3 ist mit seinem Aussenrand nicht zwischen die Gehäuseflansche 7 und 8 eingespannt, sondern ist durch einen im Gehäuseoberteil 1 ausgebildeten herabgezogenen Rand 10 dichtend eingespannt, der teleskopartig innen in das Gehäuseunterteil 2 eingreift. Dadurch werden die Dichtheit und die Druckbelastbarkeit des Druckraumes 4 wesentlich erhöht. The filter element 3 is not clamped with its outer edge between the housing flanges 7 and 8, but is clamped sealingly by a pulled-down edge 10 formed in the upper housing part 1, which telescopically engages in the lower housing part 2 on the inside. As a result, the tightness and the pressure resistance of the pressure chamber 4 are increased significantly.

Das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2, zumindest jedoch das Gehäuseoberteil 1, bestehen aus klarem durchsichtigem Kunststoff, insbesondere aus schlagfestem Polystyrol. Der Verschlussring 9 besteht aus einem undurch-s sichtigen farbigen, vorzugsweise kräftigfarbigen Kunststoff. The upper housing part 1 and the lower housing part 2, but at least the upper housing part 1, consist of clear, transparent plastic, in particular of impact-resistant polystyrene. The locking ring 9 consists of an opaque colored, preferably strong colored plastic.

Der herabgezogene Rand 10 des Gehäuseoberteils 1 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er unter Bildung einer Schnappverbindung den Oberrand des Gehäuseunterteils 2 leicht hintergreift. Dadurch erhält die aus dem Gehäuse-10 Oberteil 1, dem Gehäuseunterteil 2 und dem Filterelement 3 bestehende Zwischenbaugruppe bei leichter Montierbarkeit eine bequeme Handhabbarkeit. The pulled-down edge 10 of the upper housing part 1 is preferably designed such that it easily engages behind the upper edge of the lower housing part 2 by forming a snap connection. As a result, the intermediate assembly consisting of the upper housing part 1, the lower housing part 2 and the filter element 3 is easy to handle and easy to assemble.

Die aus dem Gehäuseoberteil 1, dem Gehäuseunterteil 2 15 und dem eingelegten Filterelement 3 bestehende zusammengesetzte Zwischenbaugruppe wird zur Fertigstellung des Einmalfilters anschliessend in ein Spritzgiessformwerkzeug eingesetzt. Das Formwerkzeug ist dabei so bemessen, dass beim Schliessen des Spritzgiesswerkzeugs das Gehäuseoberteil 1 20 und das Gehäuseunterteil 2 verhältnismässig fest gegeneinander gepresst werden. Dann wird der thermoplastische Kunststoff oder das warmverformbare und aushärtbare Harz in gebräuchlicher Weise in den Formhohlraum des Werkzeugs eingespritzt. Dabei bildet sich der Verschlussring 9 als die 25 Flansche 7 und 8 fest verschweisst einstückig umgebendes Bauelement. Nicht absolut fest und dicht aufeinanderliegende Flächenbereiche der inneren Flächen der Flansche, die durch Fertigungsgenauigkeiten nie ganz auszuschliessen sind, werden während des Umspritzens des Verschlussringes 9 mit dem 30 thermoplastischen Kunststoff, aus dem der Verschlussring 9 hergestellt wird, ausgefüllt. Auf diese Weise ist nicht nur ein mechanisch fester Verbund zwischen dem Gehäuseoberteil 1 und dem Gehäuseunterteil 2, sondern unter allen Umständen und ohne jeden Fertigungsausschuss auch ein absolut dichter 35 Verbund gewährleistet. Die hohe Dichtheit der so ausgebildeten Gehäuseteilverbindung ist ergänzend auf die aus der Fig. 1 deutlich ersichtliche Labyrinthführung der Trennfuge zwischen den beiden Gehäuseteilen und dem Verschlussring 9 zurückzuführen. The composite intermediate assembly consisting of the upper housing part 1, the lower housing part 2 15 and the inserted filter element 3 is then inserted into an injection mold to complete the disposable filter. The molding tool is dimensioned such that when the injection mold is closed, the upper housing part 120 and the lower housing part 2 are pressed relatively firmly against one another. The thermoplastic or the thermoformable and curable resin is then customarily injected into the mold cavity of the tool. The locking ring 9 is formed as the 25 flanges 7 and 8, welded in one piece and surrounding the component. Surface areas of the inner surfaces of the flanges which are not absolutely tight and close to one another and which can never be completely ruled out due to manufacturing accuracy are filled with the thermoplastic material from which the locking ring 9 is made during the encapsulation of the locking ring 9. In this way, not only is a mechanically firm bond between the upper housing part 1 and the lower housing part 2, but also an absolutely tight bond is guaranteed under all circumstances and without any production scrap. The high tightness of the housing part connection formed in this way can additionally be attributed to the labyrinth guide of the separating joint between the two housing parts and the locking ring 9, which can be clearly seen from FIG. 1.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (2)

628250 2 PATENTANSPRÜCHE628250 2 PATENT CLAIMS 1. Einmalfilter für die Filtration, Druckfiltration, Ultrafiltration und umgekehrte Osmose, bestehend aus einem Gehäuseoberteil mit einem Zulaufstutzen, einem Gehäuseunterteil mit einem Ablaufstutzen und einem scheibenförmigen Filterelement, das das Gehäuse innen in einen zulauf-seitigen Druckraum und einen ablaufseitigen Filtratraum unterteilt, wobei beide Gehäuseteile aus Kunststoff bestehen und je einen Aussenflansch aufweisen, über die das Gehäuse druckbelastbar dicht verschlossen ist, und zwar in, der Weise, dass die aufeinanderliegenden Flansche aussen oberseitig, randseitig und unterseitig fest verschweisst mit einem dicht umschliessenden Verschlussring aus Kunststoff umspritzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (7, 8) unmittelbar aufeinanderliegen und das Filterelement (3) mit seinem Aussenrand durch einen teleskopartig in das Gehäuseunterteil (2) hineingreifenden herabgezogenen Rand (10) des Gehäuseoberteils (1) eingespannt ist. 1. Disposable filter for filtration, pressure filtration, ultrafiltration and reverse osmosis, consisting of an upper housing part with an inlet connection, a lower housing part with an outlet connection and a disc-shaped filter element that divides the inside of the housing into an inlet-side pressure chamber and an outlet-side filtrate chamber, both of which Housing parts are made of plastic and each have an outer flange, via which the housing is tightly sealed so that it can be pressure-tightly sealed, in such a way that the flanges lying on top of each other are extrusion-welded on the outside, on the edge side and on the underside, with a tightly enclosing plastic locking ring that the flanges (7, 8) lie directly on top of each other and the outer edge of the filter element (3) is clamped by a pulled-down edge (10) of the upper housing part (1) that extends telescopically into the lower housing part (2). 2. Einmalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der herabgezogene Rand (10) des Gehäuseoberteils (1) den oberen Rand des Gehäuseunterteils (2) zur Bildung einer Schnappverbindung geringfügig hintergreift. 2. Single-use filter according to claim 1, characterized in that the pulled-down edge (10) of the upper housing part (1) engages slightly behind the upper edge of the lower housing part (2) to form a snap connection.