DE2706017A1

DE2706017A1 - Filterelement

Info

Publication number: DE2706017A1
Application number: DE19772706017
Authority: DE
Inventors: Dirk Gustav Kronsbein
Original assignee: Ultrafilter GmbH
Current assignee: Ultrafilter GmbH
Priority date: 1977-02-12
Filing date: 1977-02-12
Publication date: 1978-08-17
Also published as: JPS53128073A; GB1595684A; JPS5635885B2; FR2380058A1; US4157968A; FR2380058B1; CH629391A5; US4157968B1

Description

Dr.-lng. Reimar König . D:pl.-lng. Klaus Bergen

Cecilienallee 76 A Düsseldorf 3O Telefon 45SOOB Patentanwälte

11. Februar 1977 31 101 B

Ultrafilter GmbH, Heinrich-Heine-Allee 3, 4000 Düsseldorf

"Filterelement"

Die Erfindung betrifft ein Filterelement für Druckluft und andere komprimierte Gase sowie Luft und Flüssigkeiten, bestehend aus zwei parallel, vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordneten, durchlässigen Stützmänteln, zwischen denen sich ein Filtermedium befindet.

Derartige Filterelemente werden häufig in Patronenform als auswechselbare Einsätze in von der zu filternden Flüssigkeit bzw. dem zu filternden Gas durchflossenen Gehäusen verwendet. Diese bekannten Filterelemente besitzen jedoch erhebliche Nachteile. Zunächst ist festzustellen, daß sie sehr schnell verstopfen und nach relativ kurzer Standzeit schon zu einem hohen Differenzdruck führen, was als Folge der relativ schnell eintretenden Verstopfung der Oberfläche des Filtermediums anzusehen ist. Darüber hinaus werden für das Filtermedium in aller Regel harzverstärkte Faserstoffe verwandt, wobei als Bindemittel z.B. Polyvinyl zum Einsatz gelangt. Zwar wird dadurch dem Filtermedium eine gewisse Eigenstabilität gegeben, jedoch führt das damit verbundene Verkleben der Faserenden zu verschiedenen Nachteilen. Dabei ist zunächst das vergleichsweise geringere Hohlraumvolumen zu nennen, als dessen Folge ein geringes Schmutzaufnahmevermögen und damit eine relativ geringe Standzeit des Filterelemente eintritt, sowie eine steigende Verschlechterung des Wirkungsgrades. Ein weiterer Nachteil liegt in der Wärmeempfindlichkeit dieser bekannten

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Filterelemente, die durch den Schmelzpunkt des Bindemittels - im angegebenen Beispiel 120⁰C₁ so daß ab 6O⁰C Veränderungen eintreten - gegeben ist. Sobald diese Temperatur überschritten wird, fällt das Gewebegerüst zusammen. Dies braucht nicht immer gleich bemerkt zu werden, so daß abgesehen vom rapiden Abbau des Filtereffektes auch eine Verunreinigung der austretenden Flüssigkeit bzw. des austretenden Gases durch abgelöste Partikel dieses Bindemittel bzw. der jeweils verwendeten Additive eintritt. Aber auch gegen Aggression, z.B. durch HpOp, sind diese Filterelemente empfindlich mit den im Zusammenhang mit erhöhten Temperaturen beschriebenen Folgen. Außerdem können sich Brutstätten bilden, was insbesondere für Sterilfilter erhebliche Nachteile mit sich bringt. Der Einsatzbereich der bekannten Filterelemente der eingangs genannten Art sowie ihre Lebensdauer sind daher relativ gering, was diese Elemente unwirtschaftlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das nicht nur universell einsetzbar ist, sondern gegenüber bekannten Elementen auch wesentlich längere Standzeit bei erhöhtem, konstantem Filtereffekt besitzt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filtermedium - auch Filterbett genannt - aus mehreren Lagen mit unterschiedlicher Porösität zusammengesetzt 1st, wobei die feinporigere Lage zumindest auf ihrer der Eintrittsseite zugekehrten Fläche mit einer weniger feinporigen Lage abgedeckt ist. Mit diesen Maßnahmen wird eine sogenannte "Sandwich¹*-Konstruktion geschaffen, die eine überraschend große Tiefenwirkung besitzt, da unterschiedlich große Partikel unterschiedlich tief in das Filter eindringen. Dabei gelangen große Partikel nicht in den Feinstfilterbereich, sondern werden vorher zurückgehalten, während

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kleine Partikel bis ins Innerste des Filtermediums eindringen, so daß sich die denkbar günstigste "Korngrößenverteilung" innerhalb des Filtermediums ergibt. Gegenüber den eingangs erwähnten, schnell verstopfenden bekannten Filtermedien, deren Schmutzstoffansa^mlung im wesentlichen nur auf der Oberfläche des Mediums erfolgt, ist das erfindungsgemäße Filterelement für wesentlich größere Partikelkonzentrationen geeignet, da die Schmutzaufnahmekapazität aufgrund der 2 Stufen-Tiefenwirkung wesentlich größer ist; gleichzeitig ergibt sich ein geringerer Differenzdruck über eine längere Standzeit.

Durch diese Vorteile ergibt sich eine außerordentlich universelle Anwendung mit extrem hohem Wirkungsgrad bei vergleichsweise größerer Standzeit. Aufgrund der Tiefenwirkung besteht weiterhin die Möglichkeit, bei erfindungsgemäß aufgebauten Filterpatronen deren Durchmesser bzw. die Gesamtabmessungen kleiner zu halten.

In bevorzugter Ausführungsform besteht das Filterelement aus einem dreilagigen Filtermedium symmetrischen Aufbaus, dessen mittlere Lage aus bindemittelfreiem Mikrofaservlies besteht, das beidseitig von je einer Lage ebenfalls bindemittelfreiem Stutzfaservlies abgedeckt ist. Dieser beidseitig symmetrische Aufbau hat zunächst den Vorteil, daß das derart ausgebildete Filterelement sowohl in Strömungsrichtung als auch in Umkehrrichtung wirkungsvoll und sicher arbeiten kann, wobei durch das beidseitig vorgesehene Stützfaservlies die Möglichkeit gegeben ist, das eigentliche, im mittleren Bereich liegende Filtermedium frei von organischen und anorganischen Bindemitteln zu halten, so daß ohne Wirkungsgradverlust einerseits bei hohen Temperaturen und andererseits mit aggressiven Medien gearbeitet werden kann. Das Fehlen von Bindemitteln führt weiterhin

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dazu, daß bei gleicher Oberfläche eine wesentlich größere Filtrierungstiefe erzielt werden kann, so daß hier auch von einem dreidimensionalen Mikrofaservlies gesprochen werden kann. Überdies ist ein solches Filter chemisch, biochemisch und biologisch inaktiv, da keine organischen oder anorganischen Zusätze Verwendung finden.

Dem beidseitig vorgesehenen Stützfaservlies kommt außer der Stützfunktion auch noch die Eigenschaft eines Vorfilters zu, das den gröberen Schmutzanteil daran hindert, in die feinporigere Lage zu gelangen.

Als bevorzugtes Material hat sich für das dreidimensionale, geschichtete Mikrofaservlies Glasfasermaterial aus 0,2 y*fm starken Fasern erwiesen, während das Stützfaservlies als Vorfilter aus Nylonfasern besteht. Diese Materialien erlauben die nach Wegfall des Bindemittels sich eröffnende Möglichkeit der Reduzierung der Durchmesser der einzelnen fasern, wodurch ein vergleichsweise hohes Hohlvolumenverhältnis erzielt werden kann.

In besonderen Anwendungsfällen kann das Filterelement auf der Austrittsseite mit einem Schaumstoffmantel versehen sein, der sich bei patronenförmigem Filterelement in aller Regel auf dessen Außenseite befindet, da dieses Element von innen nach außen beaufschlagt wird. Durch die Anordnung des zusätzlichen Schaumstoffmantels wird beim Filtern beispielsweise zum Ausscheiden von öl aus Druckluft garantiert, daß keine Aerosole mitgerissen und in den bereits gefilterten Luftstrom gelangen, auch nicht beim überschreiten der angegebenen Nennleistung (0 bis 2OO?6).

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Filtorelements in Patronenbauweise, teilweise aufgebrochen; und

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch das Filterelement im unteren Bereich.

Gemäß Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Filterelement beim bevorzugten Ausführungsbeispiel als Patrone gestaltet, die zwischen einem oberen Deckel 1 und einem unteren Deckel 2 das im einzelnen nachfolgend hinsichtlich seines Aufbaus noch näher zu beschreibende erfindungsgemäße Filterelement als Hohlzylinder trägt. Der obere Deckel 1 ist mit einer zentrischen Durchgangsöffnung versehen, die zu einem Außengewinde 3 geformt ist, das sich koaxial zur Patrone erstreckt und dem Einsetzen der Patrone in die Zulaufleitung eines nicht dargestellten Gehäuses dient. Ein zwischen dem oberen Deckel 1 und dem Außengewinde 3 vorgesehener, umlaufender Dichtungsring 4 sorgt dafür, daß der das zu filternde Gas oder die zu filternde Flüssigkeit zuführende, in den Innenraum der Patrone mündende Bereich von dem die Patrone umgebenden, die gereinigte Flüssigkeit bzw. das gereinigte Gas enthaltenden Hohlraum dichtend getrennt ist.

Wie bereits erwähnt, hat das Filtermedium im dargestellten Ausführungsbeispiel Zylinderform, wie sich aus Fig. 2 ergibt. Der dort dargestellte Pfeil a symbolisiert den Zulauf des zu filternden Mediums, das gereinigt auf der Außenseite - durch die Pfeilspitzen e symbolisiert der Patrone austritt. Um eine absolut sichere Trennung der beiden bereits oben erwähnten Räume zu gewährleisten, ist, wie ebenfalls aus Fig. 2 hervorgeht, der untere

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Deckel 2 am Außenumfang und im Zentralbereich derart naoh innen gebördelt, daß der Filtermediumzylinder quasi in eine umlaufende Rinne 5 gestellt und mit Hilfe eines am unteren und oberen Ende innen und außen anzubringenden Klebemittels 6 mit dem oberen und unteren Deckel 1 bzw. 2 verbunden wird.

Das Filtermedium ist im dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch aufgebaut und besteht aus drei noch näher zu beschreibenden Lagen, die zwischen zwei konzentrisch zueinander angeordneten, über ihre gesamte Fläche mit einem Muster von Durchtrittsöffnungen versehenen Edelstahl-Stützmänteln7 eingelegt sind. Die Durchtrittsöffnungen können auch andere als die dargestellte Form besitzen, solange nur der Strömungswiderstand dadurch nicht beeinträchtigt wird. Die mittlere Lage 8 des Filtermediums besteht aus einem bindemittelfreien Mikrofaservlies, vorzugsweise auf der Basis von Glasfaser, und besitzt aufgrund der bereits eingangs erörterten Verhältnisse ein sehr großes Hohlvolumen mit erheblicher Tiefenwirkung, so daß hier von einem dreidimensional wirkenden Filtermedium gesprochen werden kann.

Sowohl die innere als auch die äußere Hauptfläche der mittleren Lage 8 ist mit je einer Lage 9a bzw. 9b aus Stützfaservlies abgedeckt, das auf der Basis von Nylon hergestellt ist und ebenfalls kein Bindemittel aufweist. Die Stützlagen 9a und 9b sind nicht so feinporig wie die mittlere Lage 8 und stellen quasi ein Vorfilter dar, das die Effektivität und Lebensdauer des erfindungsgemäßen Filters noch weiter erhöht und beständige Betriebssicherheit garantiert. Durchfdie Anordnung dieser Vorfilter- und Stützlage auf beiden Seiten des mittleren Mikrofaservlieses kann die Strömungsrichtung wirkungsvoll

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beispielsweise zur Reinigung umgekehrt werden. Die im Rahmen der Erfindung verwendeten Materialien erlauben eine Anwendung des Filterelements auch für Flüssigkeiten und Gase, bei denen es auf äußerste Sterilität ankommt. Darüber hinaus umfaßt das breite Verwendungsgebiet des vorgeschlagenen Filterelements das Ausfiltern von Öl, Wasser und Schmutz aus Druckluft und anderen Gasen sowie die Flüssigkeits-, Dampf- und Staubfeinfiltrierung.

Sofern die Filter zum Ausscheiden von öl aus Druckluft verwendet werden, bietet ein zusätzlicher Schaumstoffmantel 10 eine weitere Gewähr dafür, daß Aerosole nicht in den bereits gefilterten Luftstrom gelangen. Diesbezüglich sind selbstverständlich auch andere äußere Abdeckungen je nach den speziell zu filternden bzw. zu reinigenden Medien denkbar.

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Claims

Ultrafilter GmbH, Heinrich-Heine-Allee 3, 4000 Düsseldorf Patentansprüche:

1.jFilterelement für Druckluft und andere komprimierte Gase sowie ^—* Luft und Flüssigkeiten, bestehend aus zwei parallel, vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordneten, durchlässigen Stutzmänteln , zwischen denen sich ein Filtermedium befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium aus mehreren Lagen mit unterschiedlicher Porösität zusammengesetzt ist, wobei die feinporige Lage (8) zumindest auf ihrer der Eintrittsseite zugekehrten Fläche mit einer weniger feinporigen Lage (9a) abgedeckt ist.

2. Filterelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein dreilagiges Filtermedium symmetrischen Aufbaus, dessen mittlere Lage (8) aus bindemittelfreiem Mikrofaservlies besteht, das beidseitig von je einer Lage (9a, 9b) aus ebenfalls bindemittelfreiem Stützfaservlies abgedeckt ist.

3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofaservlies aus Glasfasern aufgebaut ist, während das Stutzfaservlies als Vorfilter aus Nylonfasern besteht.

4. Filterelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen auf der Austrittsseite den äußeren Stutzmantel abdeckenden Schaumstoff mantel (10).

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ORIGINAL INSPECTED