DE68929119T2

DE68929119T2 - Filterzelle und Zellenfilterkartusche

Info

Publication number: DE68929119T2
Application number: DE68929119T
Authority: DE
Inventors: Arto Artinyan; John Krzyston
Original assignee: Cuno Inc
Current assignee: 3M Purification Inc
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1989-02-03
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2009-02-04
Also published as: ATE131740T1; EP0672442A1; EP0672442B1; EP0327394A2; CA1330764C; DE68929324T2; EP0327394A3; EP0672441B1; EP0327394B1; JP3187786B2; DE68929119D1; JP3020507B2; JPH026808A; AU2952689A; DE68925131D1; EP0672441A1; JPH11319432A; US4881313A; AU636839B2; DE68925131T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Filterzellen und auf Filterzellenkassetten, die aus einer Anordnung einer Vielzahl solcher Filterzellen hergestellt sind.
Filterzellenkassetten werden seit langem angewendet und werden in wachsendem Maße in einer Vielzahl von Situationen genutzt. Solche Filterkassetten sind normalerweise aus einzelnen Zellen hergestellt, die im allgemeinen zwei Schichten von Filtermedien aufweisen, die voneinander getrennt sind. Die Flüssigkeit fließt normalerweise von der Außenseite des Filtermediums zu dem mittleren Teil der Zelle. Ein bedeutender Vorteil von Filterzellenkassetten ist der, daß der Oberflächenbereich des Filtermaterials im Vergleich zu dem Gesamtvolumen einer zusammengebauten Filterzellenkassette recht groß ist.
Zwischen jedem Filtermedium ist ein Trennelement angeordnet, das normalerweise in Form von Scheiben ausgebildet ist, die sich in einem speichenartigen Muster radial von der mittigen Öffnung erstrecken. Über das Trennen der beiden Schichten von Filtermedien hinaus erlaubt dies einen Fluidstrom von den Filtermedien zu der mittigen Öffnung der Filtermedien hin. Ein ausgezeichnetes Beispiel eines Filter-Trennelementes ist in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/032,405 von Ostreicher u. a. mit dem Titel "Verbesserte Trenneinrichtung für Filterzellen" zu finden. Die darin beschriebene Trennscheibe hat Versteifungsbauteile, die an der mittigen Öffnung der Zelle ausgebildet sind, wobei die Versteifungsbauteile an einer Vielzahl von Trennrippen befestigt sind, um dadurch eine steife, kastenförmi ge Konstruktion zu bilden, die ausreichend ist, um den Rippen eine wesentliche Festigkeit zu verleihen. Ferner ist eines der Versteifungsbauteile dicht an den Enden der Rippen der Trenneinrichtung angeordnet, um als eine tragende Oberfläche zu wirken, um ein Eindringen des Filtermediums zu verhindern und um das Blockieren des Strömungswegbereiches mit der Filterflüssigkeit zu verhindern. Daher ist ein deutlich zu erkennender Vorteil dieses Typs einer Trenneinrichtung, daß während des Rückspülens oder beim Umkehren einer Strömung (d. h. das Fluid strömt von der mittigen Öffnung der Filterzelle nach außen zu der Oberfläche des Filtermediums) Beschädigungen des Filtermediums minimiert oder nicht so groß sind.
Filterzellenkassetten verwenden eine Vielzahl von Filtermedien für das Filtern vieler Fluide. Beispiele von solchen Medien können zum Beispiel in US-A-4,617,128, US-A-4,309,247, US-A- 4,305,782, US-A-4,007,113 und US-A-4,007,114 gefunden werden.
Die Verwendung einer Filterzellenkassette kann auch in US-A- 4,361,486 gefunden werden.
Ein Verfahren für das Herstellen von Filterzellen wird in US-A- 4,347,208 beschrieben. In diesem Patent wird eine Filterzellenkassette beschrieben, die eine Vielzahl von Filterzellen aufweist. Jede der Filterzellen weist Filtermedien mit einer konischen Trenneinrichtung dazwischen auf, wobei der Umfang oder die Ränder der Filterzelle durch einen Spritzgußflansch zusammengehalten und abgedichtet werden.
Im allgemeinen sind alle vorher beschriebenen Filterkassetten für ihren beabsichtigten Anwendungszweck während normaler Betriebsbedingungen ausreichend. Wegen der beim Ersetzen der Filterkassette anfallenden Arbeits- und Kapitalkosten wird bei den meisten Anwendungen jedoch ein Rückspülprozeß oder ein Strömungsumkehrprozeß ausgeführt, um die volumetrische Fluidströmung durch die Kassette zu verbessern und die Lebensdauer der Kassette zu erhöhen. Es ist klar, daß die Gesamtbetriebskosten umso geringer sind, je mehr Rückspüloperationen gestattet sind. Während der Rückspüloperationen wird bei vielen Filtern, einschließlich bei den Filterzellenkassetten, die Zugfestigkeit der Medien herabgesetzt, die Randdichtung bekommt Risse, die Medien werden abgedeckt und/oder die eigentlichen Filtermediumfasern lösen sich ab. Eine Darstellung dieses Prozesses ist in Fig. 14 hierin (Stand der Technik) dargestellt, in der das mit A bezeichnete Fluid durch das Filtermedium B zurückströmt, ein Zerfasern des Zellenmediums hervorruft und zerfaserte Kanten der Partikel C erzeugt. Ein anderes Problem bei den Filterzellenkassetten ist, daß der unbeabsichtigt auf die Filterzelle wirkende Rückdruck ein Zerreißen und/oder ein Verzerren der Zelle hervorrufen kann.
Über die Jahre wurde eine Anzahl von Versuchen unternommen, die Filter zu verstärken und die Strömung der Flüssigkeit durch sie durch Verwendung von Gitterstrukturen außerhalb des eigentlichen Filtermediums zu steuern. Ein frühes Beispiel davon kann in US- A-445,223 mit dem Titel "Filter", ausgegeben am 27. Januar 1891 an E. M. Knight, gefunden werden. Das Knight-Patent verwendet ein Drahtgitter außerhalb des Filtermediums, um ein Durchhängen des Filtermediums während der Verwendung zu verhindern, wobei der Filter teilweise durch das Gitter gehalten wird. Das Knight- Patent sieht dieses Merkmal als bedeutend an, da der Filter selbst eine Holzkohlenpaste angrenzend an eine faserige Abdeckung verwendet und daher "schlaff" ist.
Ein zweites Beispiel kann in US-A-2,249,063 gefunden werden. Dieses Patent verwendet ein Drahtgitter, um Filtermedien konstruktiv abzustützen, die bei hoher Betriebstemperatur und hohem Betriebsdruck verwendet werden.
Ein anderes Beispiel kann in US-A-2,263,853 gefunden werden. Dieses Patent verwendet ein Metallband, das um seine Längsachse verdrillt ist, um das Filtermedium abzustützen. Weiterhin wird ein Stützgitter verwendet, das gleichzeitig an diametral gegenüberliegenden Punkten an das Band angeschweißt ist.
In US-A-4,274,964 wird ein membranförmiger Schlauch in Verbindung mit einer Zwischen-Netzschicht in ineinandergreifender Weise verwendet, um ein verbessertes Strömungsmuster zur Verfügung zu stellen.
Somit verwenden die vorher erwähnten Patente eine Abstützung in einer oder der anderen Art speziell dafür, eine starre Filterabstützung für den "schlaffen", in Gebrauch befindlichen Filter zur Verfügung zu stellen, d. h. Abstützungen in wirksamer Form für Filterelemente, bei denen an sich die entsprechenden physikalischen Eigenschaften fehlen. Die bekannten Verstrebungen oder Netze werden somit bei Filtern spezifisch für den Zweck der Abstützung des Filters unter den Bedingungen einer Vorwärtsströmung des Fluids verwendet und haben keinen Einfluß auf das Problem des Abdeckens, des Zerfaserns des eigentlichen Filters, die Rißbildung an der Randdichtung und die Verzerrung, die durch Rückspül- und Rückströmungsbedingungen und andere verwandte Probleme hervorgerufen werden. Tatsächlich ist das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem kein Problem der physikalischen Integrität während des Normalbetriebes und der Normalverwendung, sondern eher umgekehrt ein Problem der Beibehaltung der physikalischen Integrität, wobei das Fluid entgegengesetzt der Normalströmung strömt, wie zum Beispiel bei Rückspüloperationen oder bei unbeabsichtigtem Rückdruck.
EP-A-0284404 offenbart eine Filterscheibe mit einer Membran, die eine Filterzelle definiert, wobei die Wände der Zelle durch ein inneres Trennelement beabstandet gehalten werden, um zu verhindern, daß solche Wände unter dem Betriebsdruck nach innen zusammensacken. Ein Maschennetz aus gesintertem Metall kann über den äußeren Oberflächen der Membran vorgesehen sein, um ihre Stromaufwärtsseite zu schützen. Dieses Maschennetz wirkt nicht in anderer Weise mit der Membran zusammen.
Um die Schwierigkeiten zu überwinden, die beim Stand der Technik anzutreffen sind, bildet der umfassendste Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Filterzelle, die aufweist: ein erstes faseri ges Filtermedium mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche; ein zweites faseriges Filtermedium mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, wobei die ersten und zweiten Medien so angeordnet sind, um die Filterzelle mit den inneren Oberflächen der ersten und zweiten faserigen Filtermedien zum Inneren der Zelle gerichtet und mit den inneren Oberflächen in Überdeckung miteinander entlang ihrer äußeren Umfänge verbunden zu definieren; und Mittel zum Trennen des ersten faserigen Filtermediums von dem zweiten faserigen Filtermedium; dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Netzeinrichtung über der äußeren Oberfläche des ersten faserigen Filtermediums angeordnet und darauf gehalten ist und über der äußeren Oberfläche des zweiten faserigen Filtermediums angeordnet und darauf gehalten ist, wobei die jeweilige Netzeinrichtung mit der äußeren Oberfläche des jeweiligen faserigen Filtermediums zusammenwirkt, um dessen Zugfestigkeit zu erhöhen, und daß die Trennmittel ein ringförmiges Trennelement aufweisen, das an den mittleren Bereichen der ersten und zweiten Filtermedien anliegt, sie stützt und getrennt voneinander hält. Das Zusammenwirken der Netzeinrichtung (wie zum Beispiel ein Maschennetz) mit dem Filtermedium erhöht die Zugfestigkeit des Mediums im nassen Zustand, so daß es dem Rückdruck und/oder dem Rückspülen widersteht sowie auch andere Vorteile bietet.
Es können Mittel vorgesehen sein, um die Netzeinrichtungen an dem ersten Filtermedium und an dem zweiten Filtermedium zu befestigen, wobei die Mittel vorzugsweise einen am Umfang verlaufenden Halter aufweisen. Dieser Halter kann in Position, vorzugsweise durch ein Spritzgußverfahren geformt werden.
Die Befestigungsmittel können weiter eine mittig angeordnete Haltescheibe an der äußeren Oberfläche der Filtermedien aufweisen.
Der geformte Rand, der vorzugsweise durch Spritzgießen hergestellt ist, greift mit den Netzeinrichtungen ein, hält sie dicht an dem Äußeren des Filtermediums, drückt abdichtend auf die äußeren Umfänge der beiden Filtermedienhälften und bildet dadurch eine Zelle. Auf diese Weise können Rißbildungen an den Randdichtungen der Filterzelle minimiert werden. Auch die Netzeinrichtungen beeinflussen den Fluiddurchsatz in einer Zelle nicht nachteilig.
Eine Filterzellenkassette der vorliegenden Erfindung kann ein verbessertes ästhetisches Erscheinungsbild haben und es ist weniger wahrscheinlich, daß sie vorzeitig ausfällt. Die Zelle zeigt ästhetisch keine Fehler, wenn die Filterkassette im Effekt noch einsatzfähig ist. Es ist weniger wahrscheinlich, daß sich eine Filterzellenanordnung der vorliegenden Erfindung teilweise oder ganz verschließt, wie es bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik und früheren Bauformen leicht der Fall sein konnte, d. h. es ist eine bessere Ausnutzung des gesamten Oberflächenbereiches vorhanden und die Lebensdauer ist erhöht. Der Fluidstrom kann durch parallele Kanäle, die durch das Netz gebildet werden, über das Äußere der Oberfläche gerichtet werden. Dadurch wird die Strömungsverteilung verbessert und die Filteroberflächen werden vollständig ausgenutzt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Anordnung einer Vielzahl von Filterzellen der vorliegenden Erfindung zur Verfügung (und zumindest zwei, jedoch vorzugsweise mehr als zwei solcher Filterzellen), um eine Filterzellenkassette zu bilden, die einen Filterflüssigkeitsauslaß in Fluidverbindung mit dem Volumen zwischen dem ersten Filtermedium und dem zweiten Filtermedium jeder Zelle und Dichtungseinrichtungen zwischen benachbarten Filterzellen aufweist. Die Zellen sind koaxial zueinander angeordnet, eine Dichtungseinrichtung ist zwischen den Filterflüssigkeitsseiten des ersten und des zweiten Filtermediums jeder Zelle angeordnet, ein Filterflüssigkeitsauslaß befindet sich in Fluidverbindung mit dem Trennelement, eine Halteringanordnung ist entlang dem gegenseitigen Umfang des ersten und des zweiten Filtermediums angeordnet, um die Netzeinrichtung daran zu befestigen und Ringeinrichtungen sind mittig benachbart zu dem Filterflüssigkeitsauslaß angeordnet, um die Netzeinrichtungen an den ersten und zweiten Filtermedien zu befestigen.
Die Kassette kann eine Dichtungsscheibe mit mindestens einer radialen Fläche, jedoch vorzugsweise mit gegenüberliegenden radialen Flächen, eine axial in der Scheibe angeordnete Öffnung, eine Vielzahl von konzentrischen, vorzugsweise durchlaufenden Dichtungsringen, die sich von der radialen Oberfläche erstrecken, wobei die konzentrischen Ringe abdichtend konstruiert und angeordnet sind, um an die Oberfläche des angrenzenden Filtermediums anzuliegen, und einen Befestigungsring aufweisen, der konzentrisch um die Vielzahl von Dichtungsringen angeordnet ist und konstruiert und angeordnet ist, um an das Verstärkungsnetz, welches auf den Filtermedien angeordnet ist, anzuliegen.
Durch nur ein Beispiel wird nun eine spezifische Ausführung der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Filterzellenkassettenanordnung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch Fig. 1 entlang der Linie 2-2;
Fig. 3 eine Ansicht der Maschennetz-Schneideinrichtungsführung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch eines der in Fig. 3 dargestellten Messer;
Fig. 5 eine erläuternde Ansicht eines zugeschnittenen Netzes, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 6 eine partielle Explosionsansicht des in der vorliegenden Erfindung angrenzend an den Filterabschnitt einer Filterzelle verwendeten Netzes;
Fig. 7 einen Seitenriß, der eine Anordnung von Einzelkomponenten zeigt, die eine Filterzelle bilden;
Fig. 8 und 9 Querschnittsansichten, die das Spritzgießen bzw. die Gießform des abgedichteten Umfanges einer einzelnen Filterzelle darstellen;
Fig. 10 und 11 eine zusammengesetzte Filterzelle und eine zusammengesetzte Filterzellenkassette der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 und 13 eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht des Netzes und der Filtermedien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 14 zeigt typische Filtermedien von Filterzellenkassetten, die dem Stand der Technik entsprechen.
Nun auf Fig. 1 Bezug nehmend, ist dort eine verstärkte Filteranordnung 20 dargestellt, die eine Vielzahl von Zellen 22 bis 27 aufweist, die vertikal eine über der anderen gestapelt sind. Entlang dem Umfang jeder Filterzelle befindet sich ein geformter Kunststoffrand 28, der verwendet wird, um die verschiedenen Komponenten jeder einzelnen Zelle zusammenzuhalten, wie es nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Ein relativ großer Filterbereich 30 wird für das Einführen eines ungefilterten Fluids (nicht dargestellt), das durch die mittige Öffnung oder den Kern 31 austritt, verwendet. An beiden Enden der Anordnung 20 ist eine Halteringanordnung 32 angeordnet. Die gesamte Filteranordnung 20 ist innerhalb einer Kammer (nicht dargestellt) angeordnet, die einen Einlaß für das ungefilterte Fluid in die Kammer und einen Auslaß für das gefilterte Fluid hat, der mit einer oder beiden Halteringanordnungen 32 verbunden ist.
Nun auf Fig. 2 Bezug nehmend, ist dort eine Querschnittsansicht durch einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Filterzellenanordnung gezeigt. Die Halteringanordnung 32 weist ein Paßteil 34 mit einem ringförmigen Schlitz 36 darin auf. In dem ringförmigen Schlitz 36 ist eine Dichtung 38 angeordnet, die mit einem ringförmigen Kanal (nicht gezeigt) zusammenwirkt und dadurch verhindert, daß ungefiltertes Fluid angrenzend an den Filterbereich 30 in die mittige Öffnung oder den Kern 31 gelangt. Innerhalb der Kammer können in aufeinandergestapelter Anordnung eine Vielzahl von Filteranordnungen angeordnet sein, wodurch ein Auswechseln von Filteranordnungsgruppen (nicht dargestellt) ermöglicht wird. Eine Vielzahl von ringförmigen Rippen 40 ist an der Unterseite des Endpaßteiles 34 angeordnet, die eine fluiddichte Passung zwischen dem Erdpaßteil 34 und der Oberfläche des Filterbereiches 30 zur Verfügung stellen, wobei sie das Maschennetz 4 darauf halten. Optional kann das Netz 42, z. B. durch Ultraschallschweißen, an dem Endpaßteil versiegelt werden.
Noch auf Fig. 2 Bezug nehmend weist die Filterzelle 22, 24 ein Netz 42 auf, das auf ihren äußeren Oberflächen angeordnet ist. Das Netz ist vorzugsweise ein Maschennetz von erforderlicher Dicke und mit einer Maschengröße, die ausreichend ist, den Anforderungen des Vorwärts- und Rückwärts-Fluidstromes zu entsprechen und das für einen relativ unverminderten Fluidstrom dadurch ausgestaltet ist, wobei ein Ausfasern u. ä. verhindert wird. Daher erhöhen diese Netz-Zusatzeinrichtungen die Zugfestigkeit des Filtermediums 44, wenn dieses naß ist. Im allgemeinen kann jeder Netz- oder Maschennetztyp verwendet werden, der für die Strömung durchlässig ist. Es wird jedoch bevorzugt, ein Polymer- Maschennetz oder Polymernetz zu verwenden, z. B. aus Polypropylen. Es wird weiterhin bevorzugt, ein versteiftes Netz oder Maschennetz zu verwenden, das parallele Fluidströmungskanäle in Tangentialrichtung zu den Filtermedien bildet. Ein Filtermaterial-Trennelement 46 ist zwischen jeder der beiden benachbarten Schichten von Filtermaterial 44 angeordnet. Das Trennelement 46 wird verwendet, um ein Zusammensacken der Filterzelle während des Betriebes zu verhindern und die Integrität jeder einzelnen Filterzelle zu sichern, wobei eine relativ ungehinderte Fluid strömung dadurch gewährleistet wird. Weiter ist beobachtet worden, daß für "dichte" Filterzellenkassetten, wenn der Abstand von Zelle zu Zelle minimal ist, das Netz 42 als ein Trennelement zwischen benachbarten Zellen wirkt und daher die Fluidströmung entlang der Oberfläche unterstützt.
Zwischen jeder Zelle ist ein Distanzstück 48 für den Zwischenraum zwischen den Filterzellen angeordnet. Das Distanzstück 48 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material, wie die Halteringanordnung 32. Das Distanzstück 48 weist auf beiden Seiten eine Vielzahl von ringförmigen Aussparungen 50 und Rippen 51 auf. Es ist vorteilhaft, daß zumindest zwei Rippen 51 verwendet werden (und somit zwei Aussparungen 50), um eine fluiddichte Abdichtung zu dem benachbarten Filtermaterial zu bilden, das an den angrenzenden Filterzellen angeordnet ist. Da das Netzwerk eine Vielzahl von Öffnungen dadurch aufweist, wurde ermittelt, daß normalerweise zwei ringförmige Rippen erforderlich sind, um eine Wanderung von ungefiltertem Fluid entlang dem Netz 42 in die mittige Öffnung oder den Kern 31 zu verhindern.
Eine Vielzahl von Bändern 52 greift mit den Schlitzen 54 in der Halteringanordnung 32 ein und erstreckt sich von der Halteringanordnung an einem Ende bis zu der Halteringanordnung an dem anderen Ende und wird verwendet, um eine steife Filterzellenanordnung 20 zu bilden. Die Bänder 52 sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, obwohl jedes andere geeignete Material verwendet werden könnte. Es ist weiterhin möglich, eine Vielzahl von Gewindeschrauben oder ähnliches zu verwenden, die sich durch die Filterzellenanordnung erstrecken und in geeigneter Weise an den Halteringanordnungen 32 befestigt sind, um eine steife Anordnung zu bilden.
Nun auf Fig. 3 Bezug nehmend, ist dort eine Ansicht einer Zuschnitteinrichtung von oben dargestellt, die bei der Herstellung der beschriebenen Filterzelle verwendet wird. Eine Netzzuschnitteinrichtung, allgemein mit 56 bezeichnet, wird verwendet um das Netz in die passende Form zu schneiden. Die Zuschnitt einrichtung 56 besteht aus einem Schneidbereich, der allgemein bei 58 dargestellt ist, der auf einer Basis 60 angeordnet ist. Auf der Basis 60 sind drei Schneidmesser angeordnet. Ein über den äußeren Umfang verlaufendes Schneidmesser 62 wird verwendet, um den äußeren Durchmesser des Netzes auf die annähernde Größe der Filterzelle zuzuschneiden, mit der zusammen es verwendet werden soll. Radial nach innen ist ein zusätzliches Schneidmesser angeordnet, das mit 64 bezeichnet ist. Ein anderes Messer ist bei 66 dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Schneidmesser für den inneren Umfang. Zwischen den benachbarten Schneidmessern sind Abstandsstücke 68 angeordnet (die in Fig. 4 deutlicher dargestellt sind), welche vorzugsweise aus schwammförmigem Material hergestellt sind, um während des Schneidvorganges eine gewisse Abstützung für das Netzwerk zur Verfügung zu stellen, so daß das Schneiden entlang der ringförmigen Messerkante gleichmäßiger erfolgt und um das Netz nach dem Schneiden von der Zuschnitteinrichtung zu befreien. Das Schneidmesser für den inneren Umfang hat axial darin eine Zentrieröffnung 70, die für das Ausrichten oder für die genaue Einstellung beim Schneiden des Netzes verwendet wird. Auf dem Schneidmesser 64 sind verschiedene nicht-schneidende Abschnitte angeordnet, die als Kerben 72A bzw. 72B bezeichnet sind. Jedes Schneidmesser ist im allgemeinen ein Dünnblechmaterial, das in eine ringförmige Form gebogen und dessen eines Ende angeschärft ist, um eine Messerspitze 74 zu bilden.
Nun auf Fig. 5 Bezug nehmend, ist die Verwendung der Zuschnitteinrichtung 56 durch Darstellung, wie das verwendete Netz zugeschnitten wird, deutlicher illustriert. Das Netzausgangsmaterial ist größer als die erforderliche Fläche. Das Netz wird auf der Zuschnitteinrichtung 56 angeordnet, wodurch die entsprechenden Zuschnitte ausgebildet werden, die eine Anzahl von Teilabschnitten ergeben. Diese Teilabschnitte sind das Abfallmaterial 78 und das Filternetz 80, welches das Material ist, das tatsächlich in der Filterzelle verwendet wird. Das Schneidmesser 64 erzeugt die Netzlaschen 82A bzw. 82B, die über die Netzeinschnitte 84A, 84B an dem Netz befestigt bleiben. Es ergibt sich daher einer zerbrechlicher Typ eines Kerns (oder einer Ringkammer) 86. Es wurde ermittelt, daß es erforderlich ist, eine ringkammerförmige Struktur 86 zu erzeugen, um den Zusammenbau jeder Filterzelle zu erleichtern. Insbesondere wird die mittige Öffnung verwendet, um das Netz bei dem eigentlichen Zusammenbau in Bezug auf das Filtermaterial zu zentrieren.
Bezug auf Fig. 7 nehmend, ist dort eine vorläufige Ausrichtung und ein vorläufiger Zusammenbau einer Filterzelle dargestellt. Spezifischer ausgedrückt, wird ein Zellenmontagedorn 102 verwendet, um die verschiedenen Komponenten einer Filterzelle auszurichten. Zu Anfang wird ein Filtermaterial-Trennelement 46 auf dem Dorn 102 angeordnet. Auf jeder Seite des Trennelementes 46 befindet sich das Filtermaterial 44, gefolgt von dem Filternetz 80. Das erzeugt die in Fig. 6 gezeigte Anordnung (ohne den Dorn 102).
Das Formen des Randes 28 auf jeder Filterzelle erfolgt so, wie es in Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Dort ist eine Zellenmontagepresse 100 auf dem Dorn 102 (oder einem anderen geeigneten oder anschließenden Dorn) angeordnet, die im wesentlichen aus zwei Hälften besteht, die in Axialrichtung entlang dem Dorn zueinander hin gedrückt werden, bis sie so zusammengefügt sind, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Das bewirkt, daß der Rand des Netzes 80 gegen das Filtermaterial 44 gedrückt wird. Ein Hohlraum als Teil einer Spritzgußform 96 an der Zellenmontagepresse 100 ist so ausgebildet, daß er die Form des Randes 28 entlang dem ringförmigen Rand der zusammengedrückten Filterzelle aufweist. Das geschmolzene Material wird dann durch den Gießtrichteransatz 97 der Form 96 gespritzt und tritt in den Hohlraum 94 ein, um den Rand 28 zu bilden. In der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Randmaterial das gleiche Material. wie das der Halteringanordnung 32 und des Distanzstückes 48 zwischen den Filterzellen, obwohl jeder andere geeignete Materialtyp verwendet werden kann. Die Presse 100 bleibt geschlossen, bis das eingespritzte Material ausreichend abgekühlt ist. Danach wird die Gießform abgetrennt und die Filterzelle von dem Dorn 102 entfernt. Das Netz 80 wird somit abgedichtet und/oder wird zu einem integrierten Teil der Randdichtung 28.
Nun auf Fig. 10 und 11 Bezug nehmend, ist dort der abschließende Aufbau der Filterzellenanordnung dargestellt. Der geformte Rand 28 hat eine Vielzahl von länglichen Schlitzen oder Öffnungen 110, die Abstandsabschnitte 112 aufweisen, die dazwischen angeordnet sind. Nach dem Formprozeß, der in Fig. 8 und 9 dargestellt ist, wird der Stopfen 86, wie dargestellt, entfernt. Um das Entfernen des Stopfens 86 zu erleichtern, werden die Netzeinschnitte 84A und 84B verwendet. Daher ist es möglich, lediglich an dem Stopfen 86 zu ziehen, um ihn ohne Ausführung einer weiteren Schneidoperation aus dem Netz zu entfernen. Der Innendurchmesser des Stopfens 86 wird nur für Zentrierungszwecke in Bezug auf den Dorn 102 während der Vormontageschritte verwendet und der Stopfen 86 wird vor dem Bau der Filterzellenanordnung 20 entfernt.
Die eigentliche Montage der Filterzellenanordnung erfolgt durch Verwendung eines Filtermontagedorns 114, der dazu verwendet wird, um die verschiedenen Komponenten in der Filterzellenanordnung auszurichten. Ein Distanzstück 48 zwischen den Filterzellen ist zwischen den benachbarten Filterzellen 22, 24 angeordnet. An der Außenseite der End-Filterzellen befindet sich ein End-Paßteil 34 mit einer darin befindlichen Dichtung 38. Danach wird der Dorn 114 entfernt und die Bänder 52 werden in den Schlitzen 54 angeordnet, drücken die Zellen und ihre Komponenten zusammen und bilden einen steife, zusammenhaltende Filterzellenanordnungskonstruktion 20, in der die Halteringe 34 und die Trennelemente 48 gegen die Filtermedien und das Netz gedrückt werden, um den mittigen Kern 31 abzudichten.
Nun auf Fig. 12 und 13 Bezug nehmend, sind dort eine Ansicht von oben und Querschnitte des Filternetzes 80 dargestellt, das auf das Filtermaterial 44 aufgelegt ist. Das Netz 80 kann eine relativ glatte oder ebene untere Oberfläche für den Kontakt mit dem Filtermaterial 44 aufweisen oder es kann in die Filtermedien hineinragen. Beide Netztypen minimieren die Rißbildung, das Ausfasern und ähnliches. Das Netz hält das Filtermaterial 44 in maximal möglichem Ausmaß nieder, ohne die Strömung dadurch zu behindern.
Es wurden Prüfungen durchgeführt, um die vorliegende Erfindung mit Filterzellenkonstruktionen, die dem Stand der Technik entsprechen, zu vergleichen. Diese Prüfungen erzielten die folgenden Ergebnisse:

Rückdruckprüfung

Typ der Zelle Zerreißdruck (kg/cm²)
Standardzelle/Stand der Technik 0,105-0,210 (1,5-3,0 psi)
mit Netz verstärkte Zelle 1,125-1,55 (16,0-22,0 psi)
Wenn auch eine Anzahl von unterschiedlichen Netztypen geprüft wurden, ist die Typennummer XN 7020, hergestellt von der Conwed Plastics, Minneapolis, Minnesota, als der Typ ermittelt worden, der die besten Ergebnisse erzielt. Es sind jedoch auch andere Netztypen einsatzfähig, die von Conwed Plastics hergestellt werden, wie zum Beispiel die Typennummern XN7025, XN4210, XN4700 und XN3900. Die ersten beiden dieser Typennummern entsprachen am besten den Anforderungen und wiesen eine Faserbündelkonfiguration von 7 · 5 und eine PP/PE-Standardharz-Mischung auf. Es ist jedoch so zu verstehen, daß auch andere Verstärkungsnetze, die von anderen Herstellern gefertigt werden, akzeptabel sind, wenn es die Umstände erfordern.
Die vorher beschriebene Ausführung kann modifiziert werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So können zum Beispiel die Filterzellen unterschiedliche Formen aufweisen, wie zum Beispiel zylindrische, wobei unterschiedliche Typen von Randmechanismen verwendet werden können. Weiter können verschiedene Materialtypen und gleichermaßen auch verschiedene Montageverfahren verwendet werden. Es würde auch möglich sein, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, das Netz auf dem Inneren der Filterzelle angrenzend an das Filtermaterial anzuordnen, um ein Ausfasern, Rißbildung und ähnliches während des Filterbetriebes zu verhindern.
Somit werden eine Filterzelle und eine verbesserte Filterzellenkassette mit einem spritzgußgeformten Rand zur Verfügung gestellt, der elastisch an dem Filtermedium anliegt und das Verstärkungsnetz abdichtend an dem Filtermedium hält. Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren ermöglicht die Montage einer verbesserten Filterzellenkassette, welche Undichtigkeiten minimiert und eine ästhetisch verbesserte Filterzelle hervorbringt, die nicht vorzeitig ausfällt oder ästhetische Fehler zeigt. Die Filterzelle ist billig, weist jedoch verbesserte physikalische und ästhetische Kennwerte auf, bedingt durch die Verwendung von Netzeinrichtungen, welche die Häufigkeit minimieren, mit der die Filterzelle verstopft oder sich selbst verschließt, wobei die mechanische und die Zugfestigkeit sowie die Zerreißfestigkeit und ähnliches erhöht sind.

Claims

1. Filterzelle, die aufweist: ein erstes faseriges Filtermedium (44) mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche; ein zweites faseriges Filtermedium (44) mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, wobei die ersten und zweiten Medien (44) so angeordnet sind, um die Filterzelle mit den inneren Oberflächen der ersten und zweiten faserigen Filtermedien zum Inneren der Zelle gerichtet und mit den inneren Oberflächen in Überdeckung miteinander entlang ihrer äußeren Umfänge (28) verbunden zu definieren; und Mittel (46) zum Trennen des ersten faserigen Filtermediums von dem zweiten faserigen Filtermedium; dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Netzeinrichtung (42) über der äußeren Oberfläche des ersten faserigen Filtermediums angeordnet und darauf gehalten ist und über der äußeren Oberfläche des zweiten faserigen Filtermediums angeordnet und darauf gehalten ist, wobei die jeweilige Netzeinrichtung mit der äußeren Oberfläche des jeweiligen faserigen Filtermediums zusammenwirkt, um dessen Zugfestigkeit zu erhöhen, und daß die Trennmittel ein ringförmiges Trennelement (46) aufweisen, das an den mittleren Bereichen der ersten und zweiten faserigen Filtermedien (44) anliegt, sie stützt und getrennt voneinander hält.

2. Filterzelle nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (28) entlang der äußeren Umfänge der ersten und zweiten Filtermedien (44) und getrennte Einrichtungen (34, 48) im mittleren Bereich der Filtermedien (44) zum Befestigen der Netzeinrichtungen (42, 80) an den ersten und zweiten Filtermedien vorhanden sind.

3. Filterzelle nach Anspruch 2, wobei die Mittel zum Befestigen der Netzeinrichtungen (42, 80) an den äußeren Umfängen der ersten und zweiten Filtermedien einen am Umfang verlaufenden Halter (28) aufweisen.

4. Filterzelle nach Anspruch 3, wobei der Halter (28) in Position um den Umfang der ersten und zweiten Filtermedien geformt ist.

5. Filterzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Mittel zum Befestigen der Netzeinrichtungen an den ersten und zweiten Filtermedien weiter eine mittig angeordnete Haltescheibe (34, 48) aufweisen, die an den äußeren Oberflächen der Filtermedien anliegt.

6. Filterzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei ein Filterflüssigkeitsauslaß (31) vorhanden ist, der durch das Trennelement (46) mit dem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und zweiten Filtermedien kommuniziert, wobei die Zelle ferner eine Ringeinrichtung aufweist, die mittig, angrenzend an den Filterflüssigkeitsauslaß angeordnet ist, um die Netzeinrichtungen (42, 80) an den ersten und zweiten Filtermedien zu befestigen.

7. Filterzellenkassette mit einer Anordnung einer Mehrzahl von Filterzellen (22-28), von denen jede eine Filterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfaßt, wobei die Kassette einen Filterflüssigkeitsauslaß (31) in Fluidverbindung mit dem Volumen zwischen dem ersten Filtermedium (44) und dem zweiten Filtermedium (44) jeder Zelle und Dichtungseinrichtungen (48) aufweist, die zwischen benachbarten Filterzellen angeordnet sind.

8. Filterzellenkassette nach Anspruch 7, wobei eine erste Filterzelle (22) der Anordnung ein erstes Filtermedium (44) mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Außenflächen aufweist, wobei eine erste Halteringanordnung (34) mittig an der ersten der Außenoberflächen angeordnet ist;

eine zweite Filterzelle (23) der Anordnung ein zweites Filtermedium (44) aufweist, das erste und zweite gegenüberliegende Außenoberflächen hat, wobei die zweite Filterzelle axial beabstandet von der zweiten Außenoberfläche der ersten Filterzelle (22) ist;

ein Trennelement (48) zwischen der zweiten Außenoberfläche des ersten Filtermediums und der ersten Außenoberfläche des zweiten Filtermediums angeordnet ist; und

eine zweite Halteringanordnung an der zweiten Außenoberfläche der zweiten Filterzelle angeordnet ist.

9. Filterzellenkassette nach Anspruch 7 oder 8, wobei jede Filterzelle (22-27) ringförmig ist, wobei die Filterzellen axial in Bezug zueinander angeordnet sind und jede Filterzelle eine mittig angeordnete, hindurchgehende Öffnung (31) hat;

wobei die Kassette weiter aufweist:

Mittel (46) zum Trennen der inneren Oberflächen der Filtermedien jeder Zelle;

Abstandshaltermittel (48), die zwischen benachbarten Filterzellen angeordnet sind und gleiche Ausdehnung mit der Öffnung (31) in den Filterzellen haben;

eine erste Halteringanordnung (34), die an der äußeren Oberfläche der ersten (22) aus der Vielzahl von ringförmigen Filterzellen angeordnet ist;

eine zweite Halteringanordnung, die an der äußeren Oberfläche der letzten aus der Vielzahl von ringförmigen Filterzellen angeordnet ist; und

wobei die Netzeinrichtungen (42, 80) jeder Zelle die gleiche Ausdehnung haben wie die Außenoberfläche des Filtermediums der Zelle und eine mittig angeordnete hindurchgehende Öffnung haben, die die gleiche Ausdehnung wie die Öffnung durch die Zelle hat.