DE2809321B2

DE2809321B2 - Einmalfiltergehäuse

Info

Publication number: DE2809321B2
Application number: DE2809321A
Authority: DE
Inventors: Klaus Cosack; Wolfgang Dr. Hein
Original assignee: Schleicher and Schuell GmbH
Current assignee: General Electric Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1980-04-24
Also published as: JPS54124373A; CH627661A5; FR2418664A1; US4229306A; DE2809321A1; FR2418664B1; JPS5916488B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Einmalfiltergehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruches 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 Umweltschulzzwecken 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 Fütrationsdrücken, bis zu denen solche Einmalfiiter einsetzbar sind, nach oben hin Grenzen gesetzt. Diese Grenzen liegen dabei für das gebräuchlicherweise aus Kunststoff bestehende und durch Verschweißen des Oberteils mit dem Unterteil hergestellte Filtergehäuse in der Größenordnung von ca. 15 bar. Wenn die heute gebräuchlichen Einmalfiiter 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, reiiit.

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

Diese Bauweise ist für die in Rede stehenden Einmalfilter, die Massenartikel und Wegwerfartikel sind, aus Kostengründen von vornherein ausgeschlossen. Es sind daher Einmalfiiter der in Rede stehenden Art bekanntgeworden, die ohne Rückstausieb und ohne Prallblech ausgestaltet sind und bei denen die Filtermembran peripher zwischen den beiden Gehäuseiiälften eingeschweißt ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den so ausgebildeten Einmalfiltern die Filtermembran durch das fehlende Rückstausieb bereits bei geringem Filtrationsdruckschwankungen nicht mehr ausreichend auf der 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 Vorratsbehalter in eine Spritze.

Wesentlich verbessert liegen demgegenüber die Verhältnisse bei dem eingangs genannten Einmalfiltergehäuse. Die Unterseite des Gchäuscoberteils ist mit radial verlaufenden Rippen versehen, deren Unterkanten beim zusammengesetzten Einmalfilter entweder unmittelbar auf oder nicht über der Filteroberfläche, in der Regel also der Membranoberfläche, liegen. Diese einstückig mit dem Oberteil des Filtergehäuses ausgcbil-

deten 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 erläuterter. Weise die gebräuchlichen Einmalfiltergehäuse nur mit rund 10% des Filtrationsdrucks beaufschlagt werden können, den auch das billigste Gehäuse aufzunehmen in der Lage wäre.

Weiterhin ist aus der DE-OS 26 03 411 eine zum mehrmaligen Gebrauch bestimmte Filtereinheit bekannt, die der verfälschungssicheren Luftstaubmessung dient. Die Filtereinheit besteht aus einem wiederverwendbaren Staubsammlergehäuse mit zwei aiwwechsslbaren Einsätzen, nämlich einer Filterkapsel und einem Labyrintheinsatz. Die konische Filterkapsel und der napfartige Labyrintheinsatz sind axial hintereinandergeschaltet. Diese Anordnung erzwingt eine relativ große Bauhöhe der Filtereinheit Durch die aufwendigen konstruktiven Merkmale ist die bekannte Filtereinheit auch relativ teuer in der Herstellung. Solche Herstellungskosten sind für Filtereinheiten vertretbar, die wiederverwendbar sind und beim Anwender langjährig benutzt werden. Sie sind jedoch nicht für sogenannte Einmalfilter tragbar, die nur für den einmaligen Gebrauch bestimmt sind und nach dieser einmaligen Benutzung weggeworfen werden. Angesichts der naturgemäß hohen Stückzahl, in der solche Einmalfilter anwenderseitig benötigt werden, spielen die Herstellungskosten der Einmalfilter eine ausschlaggebende Rolle. Andererseits wären ohne solche Einmalfilter beispielsweise die heute gebräuchliche Sterilfiltration kleiner Volumina überhaupt nicht denkbar.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gebräuchlichen Einmalfiltergehäuse der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß diese o>nc 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 Ansaugbetrieb zuverlässig arbeiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Einmalfiltergehäuse vorgeschlagen, das die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I 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 Filier 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 Vonatslösung 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 f*i«f gebräuchlichen Einmalfilter mit jedoch technischen Betiiebskenndaten wie sie sonst nur teuere, große und aufwendige Druckfiltralionsgeräte aufweisen. Berstdruckversuche 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 unver-

lu letzt 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.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Prallscheibe nicht an allen, sondern an einigen der insgesamt vorhandenen Rippen, vorzugsweise an jeder zweiten Rippe, gehaitert, wobei die Rippen, die die Prallscheibe nicht halten, in einigem Abstand vom Außenrand der Prallscheibe ender,, öadurch ist eine

μ rückstaufreie gleichmäßige Verteilung dv.-s 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, setzon sich also auf der Oberseite der

¹⁽¹ 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

*^r> durchbrochenen Seitenwänden. Durch diese Ausbildung wird sowohl eine mechanisch festere Halterung der Prallscheibe als auch eine günstigere Verteilung des in das Filtergehäuse eingedrückten Zulp.ufstroms bewirkt.

Zur Herstellung des Einmalfilters wird das eigentliche

⁴⁽¹ Filter, in aller Regel eine Membran oder ein mehrschichtiges Filterpaket, zwischen das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil dichtend eingespannt, vorzugsweise auf seinem gesamten Außcnrand mit dem Oberteil und dem Unterteil verschweißt.

*"> Bei Benutzung wird das Filtergehäuse mit seinem Zulaufstuzen in gebräuchlicher Weise entweder direkt auf eine Spritze oder irgendeine andere Kolbenschieberpumpe aufgesetzt oder wird an eine Zuleitung angeschlossen, übe¹ die die zu filtrierende Flüssigkeit

¹So unter Druck zugeführt wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines A'jsfiihiungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig.! das Oberteil eines Filtcrgehäuses in Draufsicht

^r>^r> von unten, das heißt von der Filterseite her, und

F i g. 2 einen Einmalfilter mit dem in F i g. 1 gezeigten Filtergehäuseobcrieil, schematisch vereinfacht und in nicht maßstäblicher Darstellung im Axialschnitt.
Der fcinmalfilter I besieht in der in Fig. ? gezeigten

^h0 Weise im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem Oberteil 2, einem Unterteil 3 und dem Filter 4. Das Filter 4 kann ein Papierfilter, ein Menibranfiitcr, ein aus mehreren Schichter zusammengesetztes Filterpaket oder irgendein anderes an sich bekanntes Filter sein.

'■■' Das Unterteil 3 ist napfartig mit hochgezogenen) Rand 5 ausgebildet. Das Oberteil 2 ist als im wesentlichen flacher Deckel mit einem herabgezogenen innenliegenden umlaufenden Rand 6 ausgebildet

(Fi g. I), 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 Z und dem Gehäuseunterteil 3 fest mit eingeschweißt wird. Dabei können die beiden Gehäuseteile statt durch Schweißen selbstverständlich auch in anderer Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Verkleben oder Verschrauben.

Das Gehäuseoberteil 2 weist zentral und axial ausgerichtet einen Aufgabestutzen 8 und das Unterteil 3, ebenfalls zentral und axial ausgerichtet, und zwar koaxial zum Aufgabestutzen 8, einen Auslaßstutzen 9 auf. im Aulgabestutzen 8 ist ein Aufgabekanai iö für die Aufgabe des zu filtrierenden Mediums unter Druck ausgebildet, während im Auslaßkanalstutzen 9 ein Auslaßkanal 11 für das Filtrat ausgebildet ist. Die Stutzen 8 und 9 sind in gebräuchlicher Weise zu Anschlußzwecken ausgebildet, beispielsweise kompatibel mit dem Luer-System.

Ausgehend vom umlaufenden Rand 6 erstrecken sich an der Unterseite des Oberteils 2 radial zur inneren öffnung des Aufgabekanals 10 hin zehn Rippen 12, die im gleichen Winkelabstand voneinander angeordnet sind. Die Unterkante 13 der Rippen 12 liegt geringfügig höher als die Unterseite 14 des umlaufenden Randes 6. so daß beim Aufschweißen des Oberteils auf das Unterteil die Unterkanten 13 der Rippen 12 nicht in das 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 gieich bis geringfügig größer als der Durchmesser des Aufgabekanals 10. Die Unterseite der Prallscheibe 15 liegt exakt in der durch die Unterkanten 13 der Rippen 12 definierten Ebene. Die Dicke der Prallscheibe 15 beträgt etwa ein Drittel der Höhe der Rippen 12 im Bereich der Prallscheibe 15. Dadurch ist ein ausreichend freier Fluß des in das Filtergehäuse eingedrückten Mediums zwischen der Oberseite der Prallscheibe 15 und der unteren Oberfläche des Oberteils 2 gewährlei

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 12i> angespritzt ist. Die Rippen 12 sind wiederum einstückig am eigentlichen Deckelteil des Gehäuseoberteils 2 angeformt, so daß das Gehäuseoberteil 2 insgesamt ein einziges einstückiges. in einem einzigen Spritztakt herstellbares .Spritzgießteil ist.

In der aus der F i g. I ersichtlichen Weise ist die Prallscheibe 15 nur an jeder zweiten Rippe \2b gehaltert, bzw. angeformt. Dadurch kann die benötigte relative 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. DieserAbstand entspricht größenordnungsmäßig usigefähr der Breite der Rippe selbst.

In der aus den F i g. 1 und 2 ersichtlichen Weise enden die die Prallscheibe 15 haltenden Rippen 126 nicht am Außenrand der Prallscheibe 15, sondern greifen mit einer schräg zur Mitte der Oberseite der Prallscheibe 15 hin abf&.-itnden Stirnseite 16 auf die Oberseite der Prallscheibe 15 über. Durch diese Ausbildung wird eine besonders stabile und feste Halterung der Prallscheibe 15 erzielt. Gleichzeitig wird eine besonders günstige Verteilung des Zulaufstroms in radialer Richtung über die gesamte Oberfläche des Filters 4 erzielt. Die schrägen Stirnseiten 16 wirken dabei gleichsam als Strömungsleitflächen.

Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Einmalfilters wird gebräuchlicherweise für Durchmesser des Filters 4 in der Größenordnung von 10 bis 50 mm 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einmalfiltergehäuse 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 halten und zentral einen Auslaßkanal für das Filtrat aufweist und das Oberteil zentral einen Aufgabekanal für das zu filtrierende Medium und an seiner Unterseite Rippen aufweist, die in gleichem Winkelabstand voneinander radial vom Außenrand des Oberteils zur öffnung des Aufgabekanals verlaufen und mit ihrer Unterkante auf 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 (S 2) liegt, deren Dicke nicht mehr als ca. ²13 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 (Ungleichen Winkelabstand voneinander haben.

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

4. Filtergehäuse na~h einei·.der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichmt, daß das Oberteil (2) mit den Rippen (12) und der Pralls 'leibe (15) einstückig als Kunststoffspritzgießteil ausgebildet ist.

5. Filtergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten (16) der die Prallscheibe (15) haltenden Rippen (\2b) im Bereich des freien Querschnitts des Aufgabekanals (10) zur Mine 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 (\2a) 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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