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Filterbauteil aus Metall und Verfahren zu dessen
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Herstellung Die Verwendung von regellos orientierten Metallfasern,
z.B. aus rostfreiem Stahl als Medium für Tiefenfilter ist im Stande der Technik
gut bekannt, z.B. aus US-PS 3 504 422, in der die Verwendung eines solchen Materials
offenbart ist, das an den gegenseitigen Berührungsstellen der Fasern zusammengesintert
und hiernach verdichtet ist, so daß es eine durchgehend einheitliche Durchlässigkeit
hat. Durchlässigkeit bedeutet hier eine Größe, die in eindeutigem Zusammenhang mit
dem Druckabfall durch das Filterbauteil steht, der in irgendwelchen Druckeinheiten
gemessen ist, z.B. Höhe der Wassersäule, wobei ein vorbestimmter , konstanter Luftstrom
durch das Filterbauteil vorausgesetzt ist. Wegen ähnlicher Bauformen wird auch Bezug
auf US-PS 3 127 668, 3 030 302, 3 759 708, 3 705 021, 3 505 038 und 2 683 500 genommen.
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Zusätzlich nach den Bauformen gemäß den obengenannten US-PatentschrtRten
ist auch bekanntgeworden, zwei getrennte Lagen aus Material zu benutzen, wobei Jede
der Lagen für sich geformt ist, die dann als Filtermedium in einem Filterelement
verwendet werden, wie dies in US-PS 3 504 422 beschrieben ist.
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Obwohl die verschiedenen, oben beschriebenen Bauformen in den für
sie geeigneten Anwendungsfällen ein äußerst gutes Betriebsverhalten zeigten, bestand
schon immer ein Bedarf nach Filtern nach Art der Tiefenfilter, die, bei
der
gleichen absoluten Filtriergröße, länger benutzt werden können. Bei einem Versuch,
diesen Bedarf zu befriedigen, wurde Gebrauch von Bauformen gemacht, die ein größeres
Flächengewicht der Metallfasern aufweisen. Flächengewicht bedeutet in diesem Zusammenhang
eine Größe, die dem Gewicht der Metallfasern Je Flächeneinheit entspricht, z.B.
0,5 kg/m2. Obwohl dieser Zuwachs an Flächengewicht eine gewisse geringe Zunahme
der Betriebslebensdauer des Filters zur Folge hat, zahlen sich die hierfür erforderlichen
höheren Kosten Jedoch nicht aus. Beim Versuch, die Betriebslebensdauer des Filters
durch Verwendung zweier nicht verbundener Lagen aus dem obenerwähnten Material zu
verlängern, hat sich herausgestellt, daß die Herstellkosten beträchtlich stiegen,
da eine zusätzliche Handhabung und das Anpassen von Durchlässigkeiten erforderlich
wurde. Außerdem wurde gefunden, daß die Durchlässigkelten des Materials so kritisch
für den gewünschen Betrieb waren, daß in vielen Fällen das sich ergebende Filtermedium
für den beabsichtigenden Zweck unbrauchbar war, d.h. trotz der Verwendung von zwei
getrennten Lagen im Filter oft nur eine der Lagen tatsächlich richtig arbeitete,
so daß die Verwendung von zwei getrennten Lagen keinen wirklichen Nutzen erbrachte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterbauteil und ein
Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, die in effektiv kostensparender Weise
eine erhöhte Betriebs lebensdauer des Filters ergeben.
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Gemäß der Erfindung wird ein Filterbauteil aus Metall vorgesehen,
das ein in Durchgangsrichtung veränderliches Filtervermögen hat und aus einem ersten
und aus einem zweiten Abschnitt zusammengesetzt ist, deren Jeder regellos orientierte
Metallfasern mit einem Querschnitt aufweist,
der sich von dem der
Fasern des Jeweils anderen Abschnitts unterscheidet. Die beiden Lagen oder Abschnitte
sind dauerhaft an einer zwischen ihnen liegenden, gegenseitigen Grenzfläche verbunden.
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Erfindungsgemäß besteht ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur
Herstellung eines Filterbauteils aus Metall darin, daß eine erste und eine zweite
Lage aus regellos orientierten Metallfasern so ausgewählt werden, daß der Querschnitt
der Metallfasern der einen Lage sich von dem der Fasern der anderen Lage unterscheidet,
daß die beiden Tagen an einer gegenseitigen orerlzfläche zusammengebracht werden,
daß die beiden Haben so hoch und so lange erhitzt werden, daß eine Sinterung der
Metallfasern an der gegenseitigen Grenzfläche stattfindet und dadurch die beiden
Lagen dauerhaft verbunden werden.
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Demgemäß hat das Filterbauteil aus Metall wenigstens zwei Lagen aus
regellos orientierten Metallfasern. Der Querschnitt, d.h. die Querschnittsfläche
Jeder der in einer Lage enthaltenen Fasern, ist gleich, Jedoch ist dieser Querschnitt
für die verschiedenen Lagen unterschiedlich.
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Sowohl das Flächengewicht der Metallfasern als auch die Durchlässigkeit
des Bauteils weden so gewählt, daß sich eine gewünschte Ausgewogenheit mit der Metallfasergröße
ergibt. Die Lagen aus Metallfasern sind an einer gemeinsamen Grenzfläche zusammengesintert,
wodurch eine zusammenhängende Baueinheit geschaffen ist. Die sich ergebende Mehrfachlagen-Baueinheit
kann nach Bedarf verdichtet werden, um die gewünschte Durchlässigkeit zu erreichen.
Der Ausdruck Durchlässigkeit" wurde eingangs bereits erläutert. Die sich hieraus
ergebenden verdichteten Lagen des Materials können dann zwischen geeigneten stützenden
Teilen eingeschlossen werden, z.B. zwischen einem Drahtsieb oder Gewebe, was dann
in Falten gelegt oder in eine andere geeignete Form gebracht
wird,
um Filterelemente zu bilden, die in Filtriersystemen insbesondere für b1, Polyester
oder dgl. Verwendung finden können.
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In der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 - 4 schematische Darstellungen von Schritten eines
Verfahrens zur Herstellung eines Filterbauteils aus Metall, Fig. 5 und 9 schematische
Darstellungen im Schnitt von zwei voneinander abweichenden Ausführung sbeispielen
eines Filterbauteils aus Metall, Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen zusätzlicher
Schritte bei der Herstellung eines Filterelements unter Verwendung der Filterbauteile
aus Metall gemäß den Fig. 5 oder 9, Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines unter
Verwendung eines erfindungsgemäßen Filterbauteils aufgebauten Filterelements.
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Es wurde gefunden, daß für einen gewünschten Anwendungsrall eines
der zu beachtenden Erfordernisse eine bestimmte absolute Filtriergröße ist, und
daß ein solches Erfordernis dadurch erfüllt werden kann, daß als Material für den
Filter eine Metallfaser eines vorbestimmten Querschnitts gewählt wird.
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Bisher wurde ein solches Material mit nur einer einzigen Querschnittsgröße
als Material für das gesamte Filtermedium in einem bestimmten Filterelement verwendet.
Die Erfindung beruht dagegen auf der Erkenntnis, daß bei der Kombination einer solchen
Lage von Material mit einer zusätzlichen Lage
von Material mit einer
Metallfaser unterschiedlichen Querschnitts, die diese Lage bildet, zusammen mit
einer geeigneten Auswahl der Flächengewichte und der Durchlässigkeit , eine überraschende,
ungewöhnliche und auf den besonderen Zusammenwirken der Bestandteile beruhende Zunahme
der Betriebslebensdauer von Filterelementen zu erzielen ist, die unter Verwendung
solchen Filtermediums aufgebaut sind. Als Beispiel sei angegeben, daß ein Filterelement
gemäß dem Stande der Technik aus rostfreiem Stahl mit Metallfasern eines Durchmessers
von angenähert 8/um mit mit einem Flächengewicht von angenähert 0,54 kg/m und nach
Verdichtung auf eine vorbestimmte einheitliche Durchlässigkeit ein Filterelement
mit einer absoluten Filtriergröße von angenähert 15/um ergibt, das unter bestimmten
Betriebsvoraussetzungen eine gegebene Betriebslebensdauer hat.
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Als Beispiel für eine erfindungsgemäße Ausbildung kann man das gleiche
Material, Jedoch mit einem Flächengewicht von 2 0,27 kg/m mit einer zusätzlichen
Lage aus Metallfasern aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 12#Um und 2
0,27 Das Flächengewicht kombinieren. Das Material ist dann zu sintern, um die zwei
Faserlagen an ihrer gegenseitigen Grenzfläche zu verbinden, und hiernach auf angenähert
die gleiche einheitliche Durchlässigkeit zu verdichten.
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Obwohl die sich ergebende Baueinheit im Vergleich mit dem ursprünglichen
Beispiel insgesamt das gleiche Flächengewicht hat, erzielt ein hieraus aufgebautes
Filterelement Jedoch eine um mehr als das Doppelte und in manchen Fällen noch größere
Betriebslebensdauer unter den gleichen Betriebsbedingungen. Die genauen Ursachen
für diesen überraschenden Zuwachs an Betriebslebensdauer werden zur Zeit noch nicht
völlig verstanden. Es wird Jedoch angenommen, daß durch die
Verwendung
des Materials mit dem größeren Durchmesser zusammen mit dem Material mit dem kleineren
Durchmesser sich eine Arbeitsweise ergibt, bei der das Material mit dem größeren
Durchmesser die größeren Teilchen fängt und zurückhält, die sich in dem zu filternden
Material befinden , wodurch verhindert wird, daß dieses Material das Material mit
dem kleineren Durchmesser verstopft. Dies bedeutet, daß das Material mit dem kleineren
Durchmesser nur dazu benutzt wird, die sehr kleinen Teilchen abzufangen, die in
der zu filternden Flüssigkeit verblieben sind, Jedoch nicht mit den größeren Teilchen
beladen wird, wie dies bei den Filtern nach dem Stande der Technik der Fall war.
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Im Ergebnis wird angenommen, daß Jede der Materiallagen auf diese
Weise nur einen kleineren Betrag an Fremdkörpern einzufangen und zurückzuhalten
hat, als dies für den früher benutzten, durchwegs aus kleinerem Material bestehenden
Filter erforderlich war. Was auch immer die exakte Erklärung sein mag, so wurde
Jedenfalls festgestllt , daß die Betriebslebensdauer beträchtlich um einen überraschend
hohen Betrag im Vergleich zu Filtern des Standes der Technik verbessert wurde, die
die oben erwähnte Bauform haben.
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Der Aufbau des Bauteils, aus dem das Filterelement hergestellt werden
soll, erfolgt z.B. gemäß den Figuren 1 - 3.
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Zunächst wird eine erste Lage 10 aus einem Material ausgewählt, das
als erster Abschnitt des Filterbauteils dienen soll. Die Lage 10 weist eine erste
Fläche 12 auf. Danach wird gemäß Fig.2 eine zweite Lage 14 aus einem Material ausgewählt.
Die zweite Lage 14 hat unter anderem eine Fläche, die nachfolgend als zweite Fläche
16 benannt wird. Die erste Fläche 12 und die zweite Fläche 16 werden, wie Fig. andeutet,
zusammengebracht, so daß sich ein einziges Bauteil 18 ergibt, das die zwei Lagen
10 und 14 einschließt.
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Hierauf findet, wie durch die Pfeile 20 angedeutet, eine Hitzeeinwirkung
statt, um die Temperatur des Bauteils so hoch und so lange anzuheben, daß eine Sinterung
an der gegenseitigen Grenzfläche 22 zwischen den Lagen 10 und 14 stattfindet. Eine
solche Sinterung ist dem Stande der Technik gut bekannt und kann z.B. gemäß US-PS
3 504 422 ausgeführt werden. Eine eigene Beschreibung dieses Vorgangs braucht deshalb
hier nicht gegeben werden.
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Nach dem wie oben beschriebenen Sintervorgang kann das sich ergebende
Material wie in Fig.4 dargestellt verdichtet werden, indem das Bauteil 18 zwischen
zwei Walzen 24 und 26 durchgeführt wird. Die Walzen sind so eingestellt, daß sie
das Bauteil 18 zu einem Bauteil 28 mit vorbestimmter einheitlicher Durchlässigkeit
verdichten. Die Verdichtung von Material auf diesem Wege ist im Stande der Technik
gut bekannt und kann beispielsweise gemäß US-PS 3 504 422 erfolgen, weshalb eine
weitere Beschreibung hiervon nicht gegeben wird.
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Das sich ergebende Bauteil ist schematisch in Fig.5 dargestellt. Das
Filterbauteil enthält demgemäß die beiden Materiallagen 10 und 14, die an einer
gegenseitigen Grenzfläche 22 zusammengesintert sind. Wie durch die unterschiedliche
Schraffur in Fig.5 angedeutet, wurden die Metallfasern der Lage lo so gewählt, daß
die Querschnittsfläche oder der effektive Durchmesser dieser Fasern größer als die
Querschnittsfläche oder der eFfektive Durchmesser der in der Lage 14 enthaltenen
Fasern ist. Aufgrund dieser Auswahl findet die oben erläuterte, besonders zweckmäßige
Art der Beseitigung von Teilchen aus der zu filternden Flüssigkeit statt, wobei
die größeren Teilchen durch die Lage 10 und die kleineren Teilchen durch die Lage
14 abgefangen werden. Folglich muß der Weg des Strömuq smlttels
durch
das Bauteil, wenn dieses zu einem Filterelement geformt ist, so verlaufen, wie die
Pfeile 30 dies andeuten.
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D.h. , daß die aus den größeren Metallteilchen bestehende Material
lage 10 an der stromaufwärts gelegenen Seite des Wegs des zu filternden Materials
angeordnet werden muß.
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Wurde man den zu Fig. 5 umgekehrten Strömungsweg wählen, würden alle
innerhalb des zu filternden Strömungsmittels enthaltenen Teilchen in der Lage 14
mit den Fasern kleineren Durchmessers abgefangen und die Lage 10 würde dann überhaupt
keine Wirkung entfalten können.
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Selbstverständlich können auch mehr als zwei Lagen unterschiedlich
bemessener Metallfasern benutzt werden, um ein einziges Filterbauteil zu bilden.
Beispielsweise können gemäß Fig.9 Lagen 23, 25 und 27 an den Grenzflächen 29 und
31 zusammengesintert und hiernach verdichtet werden, sofern dies erforderlich ist,
wie oben beschrieben wurde. Z.B.
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können die Lagen 23, 25 und 27 einen Jeweiligen Durchmesser der Fasern
von 25, 8 und 4#um haben und die entsprechenden Flächengewichte 0,27 , 0,54 und
0,41 kg/m2 betragen. Bei einem solchen Aufbau geht die Strömung von der Lage 23
zur Lage 27. Obwohl in diesem wie in dem vorhergehenden Beispiel die Metallfasern
durch ihren Durchmesser bezeichnet wurden, hat dies Jedoch nur die Bedeutung, daß
mit dem Durchmesser einer Faser deren dem Durchmesser äquivalenter Querschnitt festgelegt
sein soll. Diese Bezeichnung soll nicht zu der Annahme verführen, daß die Fasern
unbedingt kreisrund im Querschnitt sein müssen.
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Das oben beschriebene und erfindungsgemäß aufgebaute Filterbauteil
kann dann, etwa gemäß Fig. 6,in Stütamaterial eingebracht werden, z.B. in Drahtgewebe
32 und 34,die als Stützteile 32 und 34 auf Jeder Seite des sich ergebenden Bauteils
36 liegen. Darauf kann das sich ergeben de Bauteil Je nach
den
Erfordernissen einer bestimmten Anwendung geformt werden, z.B. einer Faltung 38
unterzogen werden, wie dies in Fig.7 angedeutet ist. Das so in Falten gelegte Filtermaterial
mit den beiderseits angeordneten Stützteilen kann dann zu einem zylindrischen Bauteil
40 gemäß Fig. 8 mit Endkappen 42 an Jedem Ende geformt werden, so daß es durch den
Verwender in ein bestimmtes Filtergehäuse zum Filtern des gewünschten Materials
eingesetzt werden kann.
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Die in den Fig. 5 und 9 dargestellten Filterbauteile können natürlich
auch in dieser Form direkt oder aber auch mit Drahtgewebe-Stützteilen gemäß Fig.
6 als Filter verwendet werden. Solche Bauteile werden normalerweise an ihrer Einsatzstelle
festgeklemmt und dienen als Flächen-oder Scheibenfilter.