DE2809321A1 - Einmalfiltergehaeuse - Google Patents
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Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Einmalfiltergehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Solche Gehäuse aufweisenden 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
Filteroberfläche gegeben. Solche Drücke sind dabei zur Erzielung ausreichender Filtrationsgeschwindigkeiten erforderlich,
da die verwendeten Filter in aller Regel relativ langsam filtrierende Membranfilter sind. 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
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dem Unterteil hergestellte Filtergehäuse in der Größenordnung 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 Filter 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 Filters auf der Filterunterstützung durch ein besonderes Konstruktionselement bewirkt wird, nämlich durch das söge=
nannte 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 Filter trifft=
Diese Bauttfeise 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 Rückstausieb und ohne Prallblech ausgestaltet sind und bei denen
die Filtermembran peripher zwischen den beiden Gehäusehälften eingeschweißt ist= Es hat sich jedoch gezeigt, daß
bei den so ausgebildeten Einmalfiltern die Filtermembran durch das fehlende Rückstausieb bereits bei geringen Filtrationsdruckschwankungen
nicht mehr ausreichend auf der
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Filterunterstützung niedergehalten wird und dadurch leicht zum Einreißen neigt. Insbesondere ist mit solchen Filtern
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 Einmalfiltergehäuse. 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 Filter auf der Filterunterstützung 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 Einmalfiltergehäuse weisen daher einen
Zulaufkanal auf, der sich frei unmittelbar über der Filteroberfläche
öffnet. Dies führt dazu, daß in der eingangs erläuterten Weise die gebräuchlichen Einmalfiltergehäuse
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.Einmalfiltergehäuse
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß diese ohne eine Erhöhung der Herstellungskosten in Kauf
nehmen zu müssen, die Herstellung von Einmalfiltern ermöglichen, die bis zu dem für das Gehäuse zulässigen Grenzdruck
uneingeschränkt einsatzfähig sind und auch bei Ansaug-
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betrieb zuverlässig arbeiten-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Einmalfiltergehäuse der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfingungsgemäß
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 Filter, sondern in einer Ebene mit diesem ausgebildet ist und nicht am Oberteil
des Filtergehäuses, sondern direkt am Rückhalteorgan gehaltert ist. Sie hält damit das Filter 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»
Das Filtergehäuse erlaubt die Herstellung von Einmalfiltern aus nur drei Einzelteilen, nämlich dem Oberteil, dem Unterteil
und dem Filter, zu den gleichen Herstellungskosten wie die gebräuchlichen Einmalfilter mit jedoch technischen Be=
triebskenndaten wie sie sonst nur teurere, große und aufwendige Druckfiltrationsgeräte aufweisen«, Berstdruckver=
suche haben gezeigt, daß bei den Einmalfiltern nach dem Stand der Technik ausnahmslos die Filtermembran unter dem
Aufgabeeinlaß durchbrach, während bei den Einmalfiltern
mit Filtergehäusen gemäß der Erfindung stets das Gehäuse selbst barst, und zwar meist durch Aufreißen der Schweißnaht,
während die Filtermembran völlig unverletzt blieb» Die Berstdrücke für die Einmalfilter nach dem Stand der
Technik lagen unter 2 bar, während sie für die Einmalfilter mit dem Filtergehäuse der Erfindung in jedem Fall
bei Werten von über 10 bar lagen»
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Prallscheibe nicht an allen, sondern nur an einigen der insgesamt vorhandenen
Rippen, vorzugsweise an jeder zweiten Rippe, gehaltert, wobei die Rippen, die die Prallscheibe nicht halten,
in einigem Abstand vom Außenrand der Prallscheibe enden. Dadurch ist eine rückstaufreie gleichmäßige Verteilung des
zu filtrierenden Mediums auf die gesamte freie zur Verfügung stehende Filteroberfläche gewährleistet. Vorzugsweise ist
das Filtergehäuse weiterhin als Kunststoffspritzgießteil ausgebildet, wobei die Rippen und die Prallscheibe einstückig
angeformt sind.
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 eigentliche Filter, in aller Regel eine Membran oder ein mehrschichtiges Filterpaket,
zwischen das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil dichtend eingespannt, vorzugsweise auf seinem gesamten
Außenrand mit dem Oberteil und dem Unterteil verschweißt.
Bei Benutzung wird das Filtergehäuse mit seinem Zulaufstutzen in gebräuchlicher Weise entweder direkt auf eine
Spritze oder irgendeine andere Kolbenschieberpumpe aufge-
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setzt 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 Figur 1 gezeigten Filtergehäuseoberteil, schematisch
vereinfacht und in nicht maßstäblicher Darstellung im Axialschnitt.
Der Einmalfilter 1 besteht in der in Fig. 2 gezeigten Weise im xvesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem Oberteil 2,
einem Unterteil 3 und dem Filter 4. Das Filter 4 kann ein Papierfilter, ein Membranfilter, ein aus mehreren Schichten
zusammengesetztes Filterpaket oder irgendein anderes an sich bekanntes Filter 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 Filter 4
zwischen dem Gehäuseoberteil 2 und dem Gehäuseunterteil 3 fest mit eingeschweißt wird. Dabei können die beiden Gehäuse-
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teile 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 Aufgabestutzen 8, einen Auslaßstutzen 9 auf. Im Aufgabestutzen
ist ein Aufgabekanal 10 für die Aufgabe des zu filtrierenden Mediums unter Brück 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
nicht in das Filter 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 Durchmesser der Prallscheibe 15 ist praktisch gleich bis geringfügig größer
als der Durchmesser des Aufgabekanals 10. Die Unterseite der Prallseheibe 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
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.
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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 12iangespritzt 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 Spritzgießteil ist.
In der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise ist die Prallscheibe 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 Figuren 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 erzielt. Die schrägen Stirnseiten 16 wirken dabei gleichsam
als Strömungsleitflächen.
Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Einmalfilters wird gebräuchlicherweise für Durchmesser
des Filters 4 in der Größenordnung von 10 bis 50 mm
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ausgelegt. Prinzipiell steht einer Verwendung dieses Filtergehäuses auch für kleinere oder größere Durchmesser
jedoch nichts im Wege. Dabei kann die Anzahl der vorgesehenen Rippen 12 je nach Durchmesser des Filters 4 erhöht
oder erniedrigt werden. Ausschlaggebend ist dabei lediglich, daß diese Rippen 12 das Filter 4 ausreichend gleichmäßig
auf der Filterunterstützung 17 niederhalten.
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Claims (7)
- JABGBR5 GRAMS & PONTANIPATENTANWÄLTE O U Π Q& β U ϋDIPL.CHEM. DR. KLAUS JAEGER DIPU-ING. KLAUS D. GRAMS DR.-INS. HANS H. PONTANlGAUTING · BERGSTR. 48-V> 8031 STOCKDORF · KREUZWEG 34 8762 KLEINOSTHEIM · HIRSCHPFADSLS-33Grimsehlstr. 23
EinbeckEinmalfiltergehäusePatentansprücheEinmalfiltergehäuse flacher Bauart für Druckfiltrationen, bestehend aus einem Oberteil und einem Unterteil, die fest und dicht miteinander verbunden sind, wobei das Unterteil das Filter stützt oder eine Filterunterstützung 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 des909836/03Ü&TELEPHON: (Ο89) 85Ο2Ο3Ο; 3574Ο80; (Ο6Ο27) 8825 ■ TELEX: 5 21 777 Isar dORfGiNALINSPECTEDOberteils.zur öffnung des Aufgabekanals verlaufen und mit ihrer Unterkante auf oder dicht über der Oberfläche des Filters enden, gekennzeichnet durch eine in der senkrechten Projektion den Querschnitt des Aufgabekanals (10) vollständig abdeckende Prallscheibe (15), deren Unterseite in der Ebene der Unterkanten (13) der Rippen (12) liegt, deren Dicke nicht mehr als ca. 2/3 der Höhe der Rippen (12) beträgt und die ausschließlich von den Rippen (12) gehalten wird. - 2. Filtergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallscheibe (15) nicht an allen, sondern nur an einigen der insgesamt vorhandenen Rippen (12) gehaltert ist, wobei die die Prallscheibe (15) haltenden Rippen (12b) gleichen Winkelabstand voneinander haben.
- 3. Filtergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallscheibe (15) an jeder zweiten Rippe (12) gehaltert ist.
- 4. Filtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil ( 2) mit den Rippen (12) und der Prallscheibe (15) einstückig als Kunststoffspritzgießteil ausgebildet ist.909836/0394
- 5. Filtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 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. Filtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 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. Filtergehäuse nach den Ansprüchen 3 bis 6, gekennzeichnet durch insgesamt zehn vom Außenrand zur Mitte des Oberteils (2) verlaufende Rippen (12).
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