CH638689A5

CH638689A5 - Verfahren zur herstellung eines filterelements, nach dem verfahren hergestelltes filterelement und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH638689A5
Application number: CH54779A
Authority: CH
Inventors: Brian Walker; Kenneth Merrie
Original assignee: Process Scient Innovations
Priority date: 1978-01-23
Filing date: 1979-01-19
Publication date: 1983-10-14
Also published as: DE2902347A1; AU4356279A; DK153291B; CA1121285A; DE2902347C2; JPS54108974A; BR7900397A; NL7900508A; US4272318A; JPH0230286B2; ES477067A1; AT376903B; SE7900495L; SE436543B; DK26579A; US4303472A; ATA40179A; AU523755B2; DK153291C; ZA79168B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung sowie auf ein nach dem Verfahren hergestelltes Filterelement und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der DE-OS 2 713 033 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes beschrieben, bei dem eine Fasermenge in einer Flüssigkeit zur Bildung einer Aufschlämmung verteilt wird, wobei die Flüssigkeit durch eine Filteroberfläche abfliesst, auf welcher sich die Fasern sammeln, während eine perforierte Stützschicht in einem bestimmten Abstand über der Filteroberfläche aufgelegt wird, so dass die Fasern von der Filteroberfläche durch die Öffnungen im Stützmaterial auf einen vorbestimmten Abstand über dem Stützmaterial angesammelt werden, das die die Stützschicht enthaltende Faseransammlung von der Filteroberfläche entfernt wird und dass anschliessend die Fasern aneinander und an der Stützschicht mit Hilfe eines Kunstharzes verbunden werden.

Versuche haben gezeigt, dass nicht zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden, wenn bei diesem Verfahren die Stützschicht weggelassen wird oder bei Einsatz dieser Stützschicht letztere praktisch in Berührung mit der Filteroberfläche angeordnet wird, so dass die Stützschicht in eine Oberfläche des Filterelements geformt bzw. gepresst wird.

Durch die GB-PS 677 515 und 1 226 403 sind Verfahren zur Herstellung von Filterelementen bekanntgeworden,J>ei denen sich die Fasermasse rund um ein mit Öffnungen versehenes Abflussrohr aufbaut. Eine gleichmässige Faserschichtung kann dadurch jedoch nicht erzielt werden, da die Durchflussmenge mit steigender Faserschicht kontinuierlich abnimmt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Filterelements zu schaffen, welches die vorstehend angegebenen Nachteile beseitigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss in verfahrensmässiger Hinsicht durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale und in vorrichtungsmässiger Hinsicht durch die im Kennzeichen des Anspruchs 23 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung wird die Herstellung eines besonders wirksamen Faserfilters möglich, das sehr wirtschaftlich herzustellen ist. Der Herstellungsprozess beinhaltet dabei insbesondere folgende Schritte: Verteilung einer Fasermenge in einer Flüssigkeit zur Bildung einer Aufschlämmung; Auflegen dieser Dispersion unter Druck auf eine Filteroberfläche, so dass die Fasern sich zu einer Schicht sammeln können, welche die Filteroberfläche bedeckt, während die Flüssigkeit durch die Filteroberfläche durchgeht; Verbinden der

Fasern der Faseransammlung nach dem Trocknen aneinander mittles eines Kunstharzes. Eine Materialschicht, die als Stützschicht für das Filterelement gelten kann, kann in Berührung mit wenigstens einem Abschnitt der Filteroberfläche angeordnet werden, so dass die Stützschicht in eine Oberfläche der gesammelten Fasermenge hineingeformt bzw. hineingepresst wird. Wenn somit die Stützschicht, die durch ein sehr feinmaschiges Material gebildet sein kann, entfernt wird, zeigt es sich, dass die Fasern durch die Stützschicht hindurchgedrungen sind, wobei sie ihre äussere Oberfläche in einer Ebene mit der Aussenoberfläche der Stützschicht belassen, die eine Schicht aus Streckmetall sein kann. Im Falle von zylindrischen Filterelementen erforderten diese bisher den Zusatz einer getrennten Stützschicht, um eine Festigkeit zu verleihen, während die erfindungsgemässe Formmethode es ermöglicht, den Filterzylinder und die Stützschicht als integrales Teil in einer Operation präzis unter Zeit- und Arbeitseinsparung herzustellen.

Im allgemeinen ist es erwünscht, die Öffnungen bzw. Perforierungen und die Öffnungsfläche der Stützschicht möglichst gross zu gestalten. Es ist jedoch schwierig, die grösste Öffnung zu spezifizieren, die verwendet werden kann. Die kleinste Öffnung wird zurzeit auf 0,25 mm Durchmesser gewählt. Es ist jedoch zu beachten, dass bestimmte Fasern, beispielsweise Kaliumpolytitanat, beispielsweise Kaliumdi-titanat, einen Durchmesser von 0,5 Mikrometer und eine Länge von bis zu 0,15 mm haben und diese Fasern Öffnungen von 0,25 mm Durchmesser und kleiner durchdringen können.

Im Falle einer Filteroberfläche aus Streckmetall mit schmalen, flachen Streifen zwischen sich überlappenden, länglichen Öffnungen hat sich eine Öffnungsgrösse von 0,75 mm x 0,5 mm als praktisch erwiesen. Dadurch wird ein gutes Oberflächenfinish erhalten. Eine Öffnung von 1 mm x 0,75 mm lässt natürlich ein etwas rauheres Finish erreichen.

Andere praktische Beispiele oder steife Stützschichten hatten Öffnungen von 2,8 x 0,8 mm, was zu einer Öffnungsfläche von 26% der Fläche der Stützschicht führte, sowie eine Öffnung von 43 mm x 20 mm mit einer Öffnungsfläche von 83% der Fläche der Stützschicht. Es wurde im allgemeinen festgestellt, dass die Stützschicht zu einer sehr kleinen Strömungsrestriktion führt, und zwar in der Grös-senordnung von 1 bis 2% der Gesamtströmung.

Bei einer Abwandlung des vorstehend genannten Verfahrens besteht die Stützschicht aus einem steifen bzw. unnachgiebigen Schaum oder einem gesinterten Material, wodurch die Notwendigkeit für die Verwendung eines sehr feinen netzartigen Materials bei der Herstellung des Filterelements beseitigt wird.

Wenn wie bei der DE-OS 2 713 033 das Bindemittel nicht nur dazu benützt wird, um die Fasern miteinander zu verbinden, sondern auch mit der Stützschicht, kann als Bindemittel beispielsweise Silikon, Polyurethan, Epoxydharz oder Phenolharz verwendet werden. Durch Wärme aushärtbare Harze werden bevorzugt, obwohl auch luftrocknende Harze verwendet werden können. Der Gewichtsanteil des Harzbindemittels pro volumeneinheit des Filterelements hängt von der geforderten Festigkeit ab. Im allgemeinen ist der Gewichtsanteil des Bindemittels kleiner als derjenige der Fasern.

Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz von Druck bei dem erfindungsgemässen Verfahren darin resultriert, dass die grösste Menge von Fasern so abgesetzt wird, dass sie in gewissem Mass nahezu parallel zueinander ausgerichtet sind. Dies führt zu besonders vorteilhaften Ergebnissen, unabhängig davon, ob eine Stützschicht verwendet wird oder nicht. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist daher ein Filterelement eine Fasermenge auf, die mit

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Kunstharz ineinander verfestigt und gegeneinander verbunden ist, wobei der grösste Teil der Fasern derart abgesetzt bzw. angeordnet ist, dass sie gewissermassen nahezu parallel zueinander ausgerichtet sind.

Im folgenden werden zur Erläuterung der Erfindung und zur Veranschaulichung weiterer Merkmale verschiedene Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils eines Filterelements,

Fig. 2 eine Vergrösserung eines Abschnitts des Filterelements nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teils eines anderen Filterelements,

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Filterelements,

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht entsprechend Fig. 5, jedoch während einer anderen Phase des Betriebs der Vorrichtung,

Fig. 7 bis 17 Bereiche verschiedener Dichtungsanordnungen für die Filterelemente.

Die mit 1 bezeichnete Masse des Filterelements weist Fasermaterial auf, wobei die Fasern beispielsweise aus Glasfasern, keramischen Fasern, synthetischen Fasern, Asbestfasern, Fasern aus Mineralwolle, organischen oder Silikat-Fasern bestehen können. Als bevorzugtes Material wird eine unverarbeitete Borsilikat-Mikrofaser benutzt. Für Filter, die als Filtereinsätze verwendet werden, z.B. für Flüssigkeitsfil-trierung, werden Fasern aus Zellulose, Wolle, synthetischem Polymer (z.B. Polypropylen und Acryl) sowie Kombinationen aus diesen Stoffen ebenso wie Kombinationen, die einen Teil aus Borsilikat-Mikrofaser enthalten, sehr vorteilhaft angewandt. Diese Kombinationen können auch zur Filtrierung von Gasen verwendet werden. Beide Flächen der Fasermasse 1 haben eine mit Öffnungen bzw. Perforierungen versehene Stützschicht 2, die derart an die Fasermasse angeformt ist, dass die Fasermasse durch die Perforierungen in den Stützschichten hindurchgeht, damit sie Oberflächen bilden, die in einer Ebene mit den Aussenflächen der Stützschichten liegen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Jede Stützschicht besteht aus einem mit Öffnungen versehenen oder offenporigen, steifen Material, beispielsweise einem perforierten, gestreckten oder gewobenen Material, das wiederum aus Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik bestehen kann. Streckmetall wird bevorzugt als derartiges Material verwendet. Die Gesamtfläche der Öffnungen in den Stützschichten hängt vom Verwendungszweck ab, für welchen das Filterelement benützt werden soll.

Das in Fig. 3 dargestellte Filterelement ist dem in Fig. 2 gezeigten Filterelement ähnlich, jedoch wird nur eine einzige Stützschicht 2 verwendet. Wenn nur eine Stützschicht benützt wird, befindet sie sich im allgemeinen auf der Ausgangsseite, d.h. auf der stromabliegenden Seite der Fasern. Dies verleiht nicht nur eine gewisse Festigkeit, wenn sie erforderlich ist, sondern reduziert auch nicht die Eingangsoberfläche des Filters, wodurch die schmutzhaltende Kapazität erhöht wird. Zur Verwendung bei niedrigen Druckwerten, beispielsweise in Vakuumsystemen, kann die Stützschicht vergleichbar leichten Aufbau haben, während sie bei ihrer Verwendung in Systemen mit hohem Druck, entweder in Verbindung mit Gas oder Flüssigkeit, eine schwerere Konstruktion haben kann.

Bei einem weiteren Beispiel wird gar keine Stützschicht verwendet. Die betreffende Ausführungsform besteht aus einem Rohr, das aus unverarbeiteter Borsilikat-Mikrofaser hergestellt ist, die durch Pressformen in die zylindrische Form durch ein Verfahren geformt wird, wie dies nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben ist.

Das geformte Rohr wird dann in eine Lösung aus Harz in einem Lösemittel getaucht, so dass das faserartige Material imprägniert wird, wonach es dann durch Wärme ausgehärtet wird. Durch Verwendung eines Verfahrens, wie es nachfolgend beschrieben wird, lässt sich ein Filterelement ohne jegliche Stützschicht mit sehr vorteilhaften Eigenschaften herstellen. Derartige Filterlemente sind beispielsweise 54 mm lang, haben einen Aussendurchmesser von 44 m und einen Innendurchmesser von 34 mm; durch Versuche wurden folgende Eigenschaften ermittelt:

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Dioctyl

Bruch

Strö

Ap

P

O.G.T.

Phthalat bar mung bar bar

%

Test

NM3/h

%

>99,999

>7,0

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0,069

7,0

15,0

99,97

>7,0

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0,069

3,0

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0,035

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21,0

99,80

>7,0

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35,0

In vorstehender Tabelle bezeichnet p den Arbeitstestdruck, Ap den Druckverlust am Filter, und O.G.T. bedeutet den Anteil des Gewichts des Harzes vom Gesamtgewicht des 25 ofengetrockneten Filterelements. Das bei allen Filterelementen verwendete Bindemittel, die in vorstehender Tabelle angegeben sind, war Silikonharz, das bevorzugt wird; es können jedoch auch viele andere Bindemittel verwendet werden, um vergleichbare Testergebnisse zu liefern. Der höchste 30 Harzgehalt, der bei dem in vorstehender Tabelle am Schluss angegebenen Beispiel vorhanden ist, beträgt 35% vom Gesamtgewicht des Filterelements. Ein Harzgehalt von 25% hat sich jedoch für die meisten Anwendungszwecke als sehr zufriedenstellend herausgestellt.

35 Die Wirkung auf die Leistung eines ungestützten rohrförmigen Filterelements bei Änderung seiner Wanddicke ist in der folgenden Tabelle veranschaulicht, bei der das Beispiel (a) ein grösseres Element mit 200 mm Länge, 66 mm Aussendurchmesser und 54 mm Innendurchmesser ist, während 40 das Beispiel (b) einen Innendurchmesser von 46 mm hat.

Beispiel Dioctyl Phthalat

Test %

Strömung NM3/h

Ap bar

P

bar

O.G.T.

%

(a)

(b)

99,99 99,999

306 170

0,017 0,017

4,2 4,2

16,0 16,0

so In der vorstehenden Tabelle ist p ein Überdruck bzw. Messdruck über Atmosphärendruck, während Ap die Druckdifferenz darstellt.

Vorstehende Tabelle zeigt, dass tatsächlich nur die Strömungskapazität und der Wirkungsgrad durch die Vergrös-55 serung der Wanddicke beeinflusst wird. In der Praxis wurde angenommen, dass etwa 3 mm die untere Grenze für die Wanddicke darstellen.

Es wurde angenommen, dass sich die guten Ergebnisse gemäss den vorstehenden Tabellen aus dem Packungsmuster 60 der Fasern ergeben, das wiederum ein Ergebnis des Herstellungsverfahrens ist, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 erläutert ist. Dieses Pack- oder Anordnungsmuster ergibt sich aus den Fasern, die gewissermassen gleichmässiger in Umfangsrichtung rund um das Filterele-65 ment liegen, als es mit den bekannten Vakuumverfahren möglich ist, die ein vollständig zufalliges Pack- oder Anordnungsmuster der Fasern ergeben. Die regelmässigere Pak-kung bzw. Anordnung der Fasern in den Filterelementen

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nach dem erfindungsgemässen Verfahren beeinträchtigt den Wirkungsgrad dieser Filterelemente nicht.

Obgleich das vorstehend beschriebene Filterelement keine steife Stützschicht aufweist, können derartige Filterelemente mit einer inneren, äusseren oder sowohl mit einer inneren und äusseren Schicht aus gewobenem oder nicht gewobenem flexiblen Material versehen sein, um die Eigenschaften bei deren Handhabung zu verbessern. Solch eine Schicht kann während der Herstellung des Filterelements durch ein Verfahren eingebracht werden, wie dies im folgenden erläutert wird. Die Fasern würden generell durch die Öffnungen oder Poren aufweisende Struktur des flexiblen Materials durchdringen. Im Falle eines Filterelements mit einer einzigen steifen Stützschicht, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, kann darüber hinaus die gegenüberliegende Fläche der faserartigen Struktur mit einer Schicht aus flexiblem Material versehen sein.

Einfache, ungestützte rohrförmige Filterelemente, wie sie vorstehend beschrieben sind, können mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Oberflächenmustern, beispielsweise mit umfangsmässig oder in Längsrichtung verlaufenden Rillen, versehen werden, um die Grösse der Oberfläche zu erhöhen.

Fig. 4 zeigt schematisch die Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Filterelements. Im Betrieb dieser Vorrichtung werden Wasser und Borsilikat-Mikrofasern in einen Mischbehälter 31 gegeben. Chlorwasserstoffsäure oder Schwefelsäure wird hinzugegeben, bis der pH-Wert 2,8 bis 3,5 erreicht ist. Es wurde festgestellt, dass Borsilikat-Mikrofasern sich bei diesem Wert leichter verteilen. Ferner hat sich gezeigt, dass sich die Fasern leichter verteilen, wenn die Lösungstemperatur auf etwa 35 °C erhöht wird. Die Qualität der Fasern, die verwendet werden, hängt davon ab, für welchen Filtergrad das Filterelement verwendet werden soll. Der Gewichtsanteil der Fasern an der Dispersion beträgt etwa 0,05%, kann jedoch zwischen 0,01% und 0,5% variieren. Ein Bindemittel, beispielsweise ein kolloidales Siliziumoxyd, kann bei dieser Verfahrensstufe in die Aufschlämmung eingeführt werden. Es hat sich als vorteilhaft erweisen, diese Art von Bindemittel zu benützen, um vor der Harzimprägnierung eine zusätzliche Festigkeit zu verleihen. Die endgültige Verteilung wird durch eine mechanische Rührmaschine 32 bewirkt und dauert etwa 15 Minuten.

Wenn Ventile 33 und 34 geschlossen und ein Ventil 35 geöffnet ist, überträgt eine Pumpe 36 die Dispersion in einen Druckbehälter 37. Die präzise, übertragene Menge hängt von dem Faser/Wasserverhältnis und der Grösse des herzustellenden Filterelements ab.

Im folgenden wird das Ventil 35 geschlossen und das Ventil 33 geöffnet, so dass Druckluft in den Druckbehälter 37 geführt wird. Der im allgemeinen verwendete Druck beträgt 3,5 bar. Dieser obere Druck ist der Formdruck und kann entsprechend der erforderlichen Leistungsfähigkeit variiert werden. Der Abscheidegrad kann innerhalb eines Bereichs von z.B. 99,9% bis 99,999% geändert werden, wobei die gleiche Fasermischung verwendet wird. Der Formdruck kann einen unteren Wert bis zu 0,3 bar haben, jedoch hat sich ein Druckwert von 3,5 bar als äusserst zufriedenstellend bei einer Fasermischung herausgestellt, deren Mischungswert auf den geforderten Leistungsgrad abgestimmt ist.

Der nächste Schritt besteht im Öffnen des Ventils 34, so dass die Dispersion in einen Formring 38 fliesst, von dem Einzelheiten in Fig. 5 und 6 gezeigt sind. Der Formring 38 enthält innere und äussere vertikale Zylinder 39,40, welche einen Zwischenraum 41 festlegen, durch den die Dispersion in einen zylindrischen Formraum 42 fliessen kann, der zwischen einem feinmaschigen Sieb 44, das durch einen maschinell hergestellten, perforierten Zylinder 45 getragen wird, und einem Kern 43 festgelegt ist, wenn der Kern 43 die in

Fig. 5 gezeigte Lage einnimmt. Die Fig. 4 und 5 zeigen, dass das Filterelement als eine Einheit mit einer äusseren, steifen und zylindrischen Stützschicht 2 geformt wird, es ist jedoch ersichtlich, dass diese Stützschicht zur Herstellung eines ein-s fachen Filterrohres aus Borsilikat-Mikrofaser weggelassen werden kann. Gemäss einer Abwandlung kann auch eine innere Stützschicht in die innseitige Oberfläche des Rohres geformt werden, entweder anstelle oder zusätzlich zu der äusseren Stützschicht 2. Der Boden des Formraumes ist mit ei-io nem feinmaschigen Sieb 46 bedeckt. Eine hin und her bewegbare Hülse 47 ist derart angeordnet, dass sie ausserhalb des Zylinders 40 und des perforierten Zylinders 45 gleiten kann.

Wenn der Kern 43 und die Hülse 47 die in Fig. 5 gezeigte Lage einnehmen, fliesst das Wasser durch das Sieb 46 und 15 das untere Ende des Siebs 44 weg in einen Behälter 48 (Fig. 4), während die Fasermasse mit dem Aufbau in dem Formraum 42 beginnt. Nachdem alle Fasern sich in dem Formraum 42 angesammelt haben, wird der Luftdruck beibehalten, so dass das übrige Wasser aus den Fasern entfernt 20 wird und das geformte Filter trocknet. Das Ventil 34 wird dann geschlossen. Während des Formprozesses pumpt eine Pumpe 49 kontinuierlich das Wasser vom Behälter 48 in einen Vorrats- oder Speicherbehälter 50, von dem das Wasser zurückgeführt wird.

25 Schliesslich wird der Kern 43 entfernt, damit das geformte Filterelement vom Ring 38 entfernt werden kann. Der Prozess kann dann nochmals eingeleitet werden. Als Beispiel sei angegeben, dass die Zeit zur Formung eines rohrförmigen Filterelements mit einer Länge von 250 mm, einem Aussen-30 durchmesser von 65 mm bei einer Wanddicke von 10 mm etwa eine Minute beträgt. Das geformte Filterelement wird zu einem Heisslufttrockner entfernt, um eine Letzttrocknung auszuführen und wird dann mit Harz imprägniert und in einem Ofen wärmeerhärtet, um das Harz zu härten. 35 Insbesondere im Fall von langen Filterelementen, die beispielsweise über 50 mm lang sind, hat es sich als wünschenswert herausgestellt, die Hülse 47 progressiv anzuheben, im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit,, so dass sich die Höhe der Fasermasse erhöht, um einen unun-40 terbrochenen Fluss der Dispersion zu dem Punkt beizubehalten, an welchem sich die Masse aus den Fasern aufbaut. Die Bewegung der Hülse 47 endet dann, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Der Kern 43 ist mit einem oberen Abschnitt 51 mit redu-4s ziertem Durchmesser ausgebildet. Dies dient dazu, eine zusätzliche innere Lage aus faserartigem Filtermaterial zu dem Filtermaterial hinzuzugeben, welches in dem Formraum 42 geformt wurde, indem eine weitere Dispersion durch den Zylinder 39 in einen Formraum 52 (Fig. 6) zwischen dem so Formraum 42 und dem Kernabschnitt 51 hinzugeführt, wird, wenn der Kern 43 abgesenkt ist. Das Wasser von der neuen Schicht tritt durch die Fasern in den Raum 42 aus. Die neue Schicht kann von grösserem oder geringerem Abscheidegrad als das rohrförmige Element sein, das in dem Raum 42 ge-55 formt wurde. Diese Anordnung ermöglicht die Herstellung eines Filterelements mit abgestufter Dichte als Teil eines integralen Prozesses.

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Fasern in einem fertiggestellten Filterelement, das durch das vorstehend un-6o ter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 6 beschriebene Verfahren hergestellt wurde, hauptsächlich in Ebenen geschichtet sind, die senkrecht zu der Richtung liegen, in welcher die Dispersion in den Formraum strömt. Es hat sich gezeigt, dass das gleiche Packmuster durch den gesamten Bereich von Form-65 Druckwerten entsteht, die in der Praxis effektiv benützt werden können. Die Vorteile dieses Packmusters ergeben sich aus den vorstehend in Tabellenform angegebenen Ergebnissen.

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Bei einigen Anwendungen der Erfindung, bei welchen Zellstoffasern oder Kombinationen von Zellstoffasern mit Borsilikatfasern benützt werden, kann ein Melamin- oder Phenol-Harzbinder vorteilhaft als Bindematerial benützt werden. Ein mit Melamin-Harz verbundener Zellstoff ist geeignet für Trinkwasser- und Sanitärbedingungen. Phenolharz wird für Arbeiten bei höheren Temperaturen bevorzugt. Die Kombination von Zellstoffasern mit anderen Fasern ist sowohl hinsichtlich der Kosten als auch hinsichtlich der Produktionszeit wirtschaftlich, liefert gute Strömungscharakteristiken und einen guten chemischen Widerstand sowie eine gesteuerte Wahl der Porengrösse, indem verschiedene Fasermaterialien mit Zellstoff gemischt werden. Es hat sich gezeigt, dass durch Mischen von 20% vom Gesamtgewicht des Fasermaterials Borsilikat-Mikrofaser mit 80% Zellstoff die Herstellungszeit für das Filter um 30% reduziert werden kann. Wenn in diesem Fall das Fluid Wasser ist, beträgt der Druckabfall Ap am Filter 0,15 bar bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 16 Liter je Minute. Bei einem Gewichtsanteil von 50% Borsilikatfasern und 50% Zellstoff beträgt der Druckabfall 0,15 bar bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 22 Liter je Minute. Die Glas-fasergrösse (Durchmesser) betrug dabei 3,8 bis 5,1 Mikrometer; die Zellulose war dabei ein gebleichter Nadelholz-Zellstoff (Softwood Kraft). Das Bindematerial, beispielsweise Melamin-Harz, Phenolharz oder ein anderes synthetisches Harz, kann auf eine von drei verschiedenen Weisen aufgebracht werden. Zum einen kann das Bindemittel dadurch aufgebracht werden, dass eine Menge von Fasern in einer Formanordnung geformt wird, wie sie beispielsweise in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, wonach dann die Menge nach Trocknen durch Eintauchen in eine Harzlösung imprägniert und das Harz im Ofen ausgehärtet wird. Zum andern kann eine Zellstoffaser vorbereitet werden und die Borsilikat-Faser getrennt mit einer zweiten Harzlösung gemischt werden, wonach die beiden Mischungen zusammengebracht werden und die Masse unter Druck in der Formausrüstung geformt und anschliessend ausgehärtet wird. Zum dritten können alle Fasern und die Harzlösung in einem einzigen Behälter gemischt werden, wonach diese Mischung in die Formausrüstung verbracht wird und anschliessend die Masse ausgehärtet wird.

Ein zylindrisches Filterelement zur Flüssigkeitsfilt-rierung, welches eine Faserkombination gemäss vorstehender Beschreibung enthält, kann einen Aussendurchmesser von 64 mm, eine Wanddicke von 18 mm und verschiedene Längen, beispielsweise 250 mm, haben. Es ist keine Stützschicht für viele Anwendungszwecke erforderlich, jedoch kann eine Stützschicht erforderlichenfalls hinzugefügt werden. Das Filter ist vorzugsweise für eine Strömung von der Aussenseite in die Innenseite des Zylinders angeordnet, damit eine grössere Oberfläche zur Schmutzsammlung geschaffen wird. Diese Fläche kann dadurch erhöht werden, dass in Längsrichtung oder in Umfangsrichtung an der Aussenflä-che des Zylinders Rillen ausgeformt werden.

Anstelle der Verwendung eines komprimierten Gases zur Erzeugung eines Drucks auf die Aufschlämmung in der Formausrüstung kann eine hydraulische Pumpe verwendet werden, wobei diese Pumpe derart angeordnet ist, dass sie die Aufschlämmung aus dem Mischtank mitzieht und zwangsweise in die Formanlage verbringt.

Rohrförmige oder zylindrische Filterelemente nach der Erfindung können in einer Vielzahl von Filtern angeordnet werden, insbesondere solche, wie sie in Fig. 5, 6,7 und 13 der DE-OS 2 713 033 beschrieben sind. Wie bei der dort angegebenen Anordnung können die Enden der zylindrischen Filterelemente in Abschlussstücke bzw. Abschlusskappen auf verschiedenste Art eingesetzt werden. Beispiele dafür sind in den Fig. 7 bis 16 gezeigt.

Die Fig. 7 bis 12 zeigen solche Fälle, in welchen das Ende eines zylindrischen, ungestützten Filterelements 10 in eine Abschlusskâppe 11 unter Verwendung einer Dichtungsscheibe 12 (Fig. 7), einer zweiseitig konisch zulaufenden Dichtung 13 (Fig. 8), einer aussenseitig abgeschrägten Dichtung 14 (Fig. 9), einer innenseitig abgeschrägten bzw. konisch verlaufenden Dichtung 15 (Fig. 10 und 11) und einer Flanschdichtung 16 mit zweiseitigem, konischem Verlauf (Fig. 12) eingesetzt ist. Für ein zylindrisches Filterelement mit einer inneren Stützschicht 17 kann eine Dichtung 14 (Fig. 13) verwendet werden, deren Aussenseite abgeschrägt ist. Für eine äussere Stützschicht 18 (Fig. 14) kann eine Dichtung 15 mit innenseitiger Abschrägung oder eine Flanschdichtung 19 (Fig. 15) mit einer einzigen Abschrägung verwendet werden. Bei einem Filterelement mit inneren und äusseren Stützschichten 20,21 (Fig. 16) kann eine Dichtungsscheibe 12 (Fig. 16) verwendet werden. Bei allen Arten von Filterelementen, die gemäss der Erfindung aufgebaut sind, wird eine offenporige Filterschicht nach Art einer Hülse, wie sie in Fig. 11 und 16 dargestellt ist, verwendet, wenn es als Vorfilter oder als Nachfilter zum Abziehen von koaleszierten Flüssigkeiten benützt werden soll. Diese Schicht oder Hülse kann ein offenporiger Kunststoffschaum oder Metallschaum (metal foam) oder eine Schicht oder Schichten aus nicht gewobenem Material, beispielsweise Filz, sein. Als weitere Alternative kann das Filterelement in die Abschlussstücke entsprechend Fig. 6 der DE-OS 2 713 033 durch Eintauchen dicht eingesetzt sein. Fig. 17 zeigt eine Anordnung ähnlich Fig. 14, bei der eine innere Stützfeder 24 anstelle der inneren Stützschicht vorgesehen ist.

Filter gemäss der Erfindung können entweder zur Gasoder Flüssigkeitsfiltrierung verwendet werden. Der Abscheidegrad kann bis zu 99,99998% betragen, wenn der Test auf BS 4400 (British Standard) ausgeführt wird; diese Filter können mit Mikro-Werten in verschiedenen Stufen zwischen 1 und 50 Mikron hergestellt werden. Eine weitere Methode zur Erhöhung des Wirkungsgrades des geformten Filtermaterials besteht im Komprimieren des Materials während der Imprägnierung mit Harz und während der Aushärtung.

Ein weiteres Material, das als Stützschicht verwendet werden kann, ist ein metallisches Material mit Schaumstruktur. Die Fasern können direkt auf diesen Schaum geformt werden, so dass sie nur soweit in die Dicke der Schaumschicht bzw. Schaumlage eindringen, jedoch kann das feinmaschige Sieb 44 in diesem Verfahren weggelassen werden, da die poröse Schaumschicht selbst die Filterfläche liefert, durch welche das Wasser abgezogen wird. Die gleiche Methode kann in dem Fall der vorstehend erwähnten gesinterten Stützschicht angewandt werden. Die gleiche Methode kann auch bei Schaum verwendet werden, der aus Kunststoffmaterialien besteht, welche flexibel bzw. nachgiebig oder halbsteif sein könne. Besonders vorteilhaft kann jedoch ein steifer, mit Polyvenvlchlorid beschichteter Kunststoffschaum angesetzt werden.

Unter die vielen möglichen Anwendungen des erfin-dungsgemässen Filters fallen die Entfernung von Öl aus komprimierter Luft, eine Vorfilterung, eine Belüftung, eine Vakuumfiltrierung, eine Flüssigkeitsfiltrierung, eine Luftsterilisation und eine pneumatische Geräuschdämpfung bzw. Schalldämpfung.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung eines Filterelements, bei dem aus Fasern in einer Flüssigkeit eine Dispersion gebildet wird, welche auf eine Sieboberfläche aufgebracht wird, so dass sich die Fasern als Fasermasse (1) darauf sammeln, wobei die Fasern durch die Sieboberfläche zurückgehalten werden, während Flüssigkeit durch die Sieboberfläche hindurchgeht, und bei dem die Fasern der angesammelten Masse nach Trocknung miteinander durch ein Kunstharz verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion in einen zylindrischen Behälter (38) gegeben wird, der ein zylindrisches Sieb (44), einen Boden (46) sowie einen zentralen Kern (43) aufweist, wobei Sieb und Boden einen Teil der Sieboberfläche bilden, dass die effektive Durchflussmenge des Siebes durch Anheben einer das Sieb bedeckenden zylindrischen Hülse (47) vom Boden (46) vergrössert wird, dass auf die Dispersion im Behälter ein Druck zum Zusammenpressen der Fasern ausgeübt wird, dass die Distanz zwischen Hülse und Boden in dem Ausmass vergrössert wird, in dem sich die Fasern (1) vom Boden (4) her aufbauen, und dass die bis zu einer gewünschten Höhe angesammelten Fasern entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Stützschicht (2) im Behälter (38) angeordnet wird, welche wenigstens teilweise am Sieb (44,45) anliegt, so dass die Flüssigkeit durch die Stützschicht und das Sieb dringt, während ein Teil der Fasern die Öffnungen in der Stützschicht auffüllt, und dass die Stützschicht (2) zusammen mit den angesammelten Fasern aus dem Sieb entfernt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

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- eine verschiebbare, undurchlässige Hülse (47), welche zum Verändern der effektiven Durchflussmenge auf der Aussenseite des zylindrischen Siebes anliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ansammeln der gewünschten rohrförmigen Masse von Fasern zwischen dem zylindrischen Behälter (38) und dem Kern (43) und vor dem Entfernen der Masse aus dem Behälter, der Kern durch einen weiteren Kern (51) mit kleinerem Durchmesser ersetzt wird, so dass ein Zwischenraum (52) zwischen diesem weiteren Kern und der zylindrischen Masse gebildet wird, und dass eine weitere Dispersion in diesen Zwischenraum gegeben wird und einem Druck ausgesetzt wird, wobei die Flüssigkeit dieser weiteren Dispersion durch die zylindrische Masse und das Sieb (44,45) fliesst, während die zylindrische Hülse (47) vom Boden entfernt wird, so dass innerhalb der vorgeformten zylindrischen Masse eine weitere zylindrische Fasermasse gebildet wird, welche als Einheit zusammen mit der zuerst geformten Masse entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermasse vor dem Entfernen aus dem Behälter getrocknet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in der Masse nach dem Entfernen aus dem Behälter mit einem Kunstharz zusammengeklebt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunstharz ein Silikonharz verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion durch Mischen der Fasern mit Wasser gebildet wird und dass der pH-Wert der Dispersion auf einen Wert zwischen 2,8 und 3,5 eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion zwischen 0,01 und 0,5 Gewichtsprozente Fasern aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern Borsilikat-Mikrofasern verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Dispersion ausgeübte Druck ein Gasdruck ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion in einem Mischtank (31) mit Hilfe einer Rührmaschine (32) gebildet wird, dass die Dispersion in einen Druckbehälter (37) gepumpt wird, dass Druckluft die Dispersion aus dem Druckbehälter auf das Sieb presst, 5 dass die Zufuhr von Druckluft zum Trocknen der Fasern nach dem Abfliessen der Flüssigkeit aufrechterhalten wird, und dass das abgeflossene Wasser für die Zurückführung in den Mischtank gesammelt wird.

12. Filterelement, hergestellt nach dem Verfahren gemäss 10 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine rohrför-

mige Wandung (10) aufweist, welche aus einer Fasermasse (1) besteht, die mit etwa gleichbleibender Dichte über die gesamte Länge und Dicke der Wandung gestapelt ist, wobei eine Mehrzahl der Fasern etwa derart parallel zueinander 15 angeordnet ist, dass die Fasern gleichmässig über den gesamten Umfang etwa quer zur Mittelachse liegen und dass die Fasern durch ein Kunstharz zusammengeklebt sind.

13. Filterelement nach Anspruch 12, dadurch gekenn-

2Q zeichnet, dass es eine rohrförmige, mit Öffnungen versehene Stützschicht (2) aufweist, wobei eine Seite der rohrförmigen Wandung mit der Stützschicht verbunden ist, indem ein Teil der Fasern durch die Öffnungen der Stützschicht dringt und eine mit der gegenüberliegenden Wandung der Stützschicht 25 fluchtende Oberfläche bildet.

14. Filterelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht auf der Innenseite der rohrförmigen Wandung angeordnet ist.

15. Filterelement nach Anspruch 13, dadurch gekenn-30 zeichnet, dass die Stützschicht auf der Aussenseite der rohrförmigen Wandung angeordnet ist.

16. Filterelement nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht aus einem steifen, offenporigen Material gefertigt ist.

35

17. Filterelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere rohrförmige Wandung (52) der gleichen Länge wie die erste Wandung auf deren Innenseite angeordnet ist, wobei die zweite Wandung aus einer anderen Fasermasse besteht als die erste Wandung und ebenfalls mit 40 einem Kunstharz zusammengeklebt ist, und dass die Fasern der zweiten Wandung etwa gleich angeordnet sind wie diejenigen der ersten Wandung.

18. Filterelement nach Anspruch 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es Abschlusskappen (11) aufweist, welche 45 wenigstens teilweise die Enden der rohrförmigen Wandung abschliessen, und dass jede Abschlusskappe und das benachbarte Ende der rohrförmigen Wandung mit umlaufenden, konischen Oberflächen versehen ist, welche eine Dichtpartie bilden.

so

19. Filterelement nach den Ansprüchen 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Borsilikat-Glasfasern enthalten.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 55 - ein vertikales zylindrisches Sieb (44),

- einen koaxialen im Sieb und mit Abstand zu diesem angeordneten Kern (43),

- ein ringförmiges Bodensieb (46) zwischen dem zylindrischen Sieb und dem Kern zur Bildung eines ringförmigen

60 Formbehälters,

- eine zum Sieb koaxiale Zufuhrleitung (41) für die periphere Zufuhr einer Faserdispersion in die Öffnung des Formbehälters,

- eine weitere Leitung zur Abfuhr der von den Sieben ab-65 fliessenden Flüssigkeit,

- eine Vorrichtung zum Ausüben eines Gasdruckes auf die Dispersion während dem Einfüllen in den Formbehälter, und

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (43, 51) mit Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet ist, wobei jeder Abschnitt etwa die Länge des zylindrischen Siebes aufweist, und dass der Kern zur Bildung von Formbehältern (42, 52) unterschiedlichen Volumens relativ zum zylindrischen Sieb (44, 45) axial verstellbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie vertikal verlaufende, konzentrische Zufuhrleitungen für die aufeinanderfolgende Zufuhr unterschiedlicher Dispersionen in die durch den verstellbaren Kern begrenzbaren Hohlräume (42, 52) aufweist.