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Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen auswechselbaren Papier-Filterelements
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen
auswechselbaren Papier-Filterelements. Es ist bekannt, Papierblätter, z. B. auf
der Papiermaschine, aus einem aufgesch-,vemmten Faserbrei herzustellen, der mit
löslichem, in der Wärme zunächst plastischem und durch Erhitzung aushärtbarem Kunstharz
versetzt ist. Die Erfindung bezweckt, von diesem bisher zur Herstellung von Papier-Filterelementen
bestimmter Formgebung der Filterblätter nicht angewendeten Papierherstellungsverfahren
für die Zwecke der Formgebung und des Aufbaus eines aus übereinandergestapelten
Filterblättern bestehenden Filterelements Gebrauch zu machen.
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Es ist bei dem vorgenannten Verfahren bekannt, durch Imprägnierung
der einzelnen Fasern des Papierbreis mit dem Kunstharz ein durchgehend imprägniertes
Papier zu schaffen. Das auf diese Weise hergestellte bekannte Papier ist praktisch
nicht mehr porös, so daß es als Filterpapier nicht verwendet werden kann. Es ist
ferner bekannt, harzgetränkte Filterblätter herzustellen, wobei durch Polymerisation
des Tränkungsmittels ein äußerer Überzug der Filterblätter gebildet wird, der die
Poren schließt und ferner dazu dient, die sich berührenden Oberflächen der zu einem
Filterelement übereinandergestapelten Filterblätter miteinander zu verkleben. Es
ergibt sich in diesem Fall ein Filterelement, bei dem das zu filtrierende Medium
praktisch kaum noch durch die nicht mehr porösen Filterscheiben hindurchgeht, sondern
die Filterwirkung im wesentlichen durch Spalten zwischen den üblicherweise mit übereinanderliegenden
Öffnungen versehenen Filterblättern und an dem Rand der Filterblätter erreicht wird.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, ein Filterpaket aus einer
Mehrzahl von eng übereinanderliegenden Schichten von porösem Material herzustellen,
deren Oberflächenunebenheiten als Kanäle zur Filtrierung des Mediums dienen und
die mit einem polymerisierten Stoff getränkt sind, wobei die einzelnen Schichten
des ganzen Filterpakets durch Polymerisation des Tränkungsmittels zu einer Einheit
vereinigt sind. Auch bei einem solchen Randfilterpaket entsteht die Filterwirkung
vorwiegend durch die hohlen Räume zwischen den Scheiben oder Schichten und nicht
durch die praktisch kaum noch vorhandene Porosität der Filterblätter, die bei der
Tränkung schon als fertiges Papier vorliegen.
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Schließlich ist es auch bekannt, fertige Papierfilterscheiben, die
paarweise je einen am Umfang geschlossenen Hohlraum für das Filtrat miteinander
bilden und in solchen Paaren in Abstand voneinander übereinandergestapelt werden
sollen, zu diesem Zweck über ihre ganze Fläche und besonders am Rand mit einem härtbaren
Harz zu imprägnieren und die Umfangsränder der Scheiben paarweise zusammenzupressen
und durch Erhitzen des Harzes zu verkleben, wobei ihre mittleren Teile in Abstand
voneinander gehalten und nicht so weitgehend imprägniert und gehärtet werden, so
daß sie porös bleiben.
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Zum Unterschied von diesem Verfahren will die Erfindung ein Papier-Filterelement
schaffen, bei dem die Papierscheiben mit bündiger Flächenberührung übereinanderliegen,
ein umständliches Abstandhalten bei ihrer Verbindung und eine gesonderte Behandlung
ihrer Ränder vermieden und Raum für den ganzen Stapel gespart wird. Zu diesem Zweck
und abweichend von den bekannten Verfahren, bei denen erst ein stark imprägniertes,
praktisch nicht mehr filtrierfähiges Papier hergestellt wird, bevor die Filterblätter
zu einem Filterstapel verbunden werden und abweichend von den weiteren bekannten
Vorschlägen, die auch von fertigem Papier ausgehen, macht die Erfindung von dem
für gewöhnliche Papierherstellung an sich bekannten Verfahren in der Weise Gebrauch,
daß schon bei der Imprägnierung der Fasern und der Herstellung der Filterblätter
diese, während das Harz noch in plastischem Zustand ist, zu einem Filterelement
verbunden werden und gleichwohl eine Porosität der Filterblätter erhalten bleibt,
bei der die Filterwirkung unter Durchströmung der Filterblätter herbeigeführt wird.
Eine
solche Porosität ist in an sich bekannter Weise gegeben, wenn
die nach Gurley gemessene Porosität der Filterblätter 0,5 bis 30 Sekunden beträgt.
Die mit dem Gurley-Densitometer gemessene Porosität bezeichnet dabei diejenige Zeit,
in der 100 ccm Luft durch 1/4 US-Quadrat-Zoll Oberfläche von Papier unter einer
Belastung von 5 US-Unzen (oz), d. h. durch eine Oberfläche von 1 cm2 bei einer Belastung
von 88 g hindurchgehen.
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Das angestrebte Ziel der Erfindung wird nun insgesamt dadurch erreicht,
daß aus einem in bekannter Weise mit löslichem, in der Wärme zunächst plastischem
und aushärtbarem Kunstharz versetzten Faserbrei aufgeschwemmte Filterblätter in
teilweise getrocknetem, aber noch nicht ausgehärtetem Zustand, gegebenenfalls nach
ihrem vorherigen Erwärmen und Ausschneiden der erforderlichen Profile, einzeln zu
flächigen Filterteilen geformt und mit bündiger Flächenberührung aneinanderliegend,
übereinandergestapelt werden, wonach das so gebildete Filterelement als Ganzes der
Einwirkung von Druck und/oder Hitze ausgesetzt und hierdurch zugleich mit einer
Aushärtung des Harzes eine Verbindung sich berührender Flächen oder Kanten der Filterteile
durch das die einzelnen Fasern umgebende Harz und eine Versteifung des ganzen Filterelements
herbeigeführt wird.
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Es wurde schon vorgeschlagen, Formkörper mit porösem Gefüge und mit
profilierter Außenform, insbesondere Bauelemente, aus mit härtbarem Bindemittel
imprägnierten Faserstoffen durch Anwendung von Druck und Hitze in einem Stück herzustellen
und dann nach Aushärtung in einzelne Profilstücke aufzuteilen. Dabei ergibt sich
keine gleichmäßige Verteilung des Bindemittels und keine gleichmäßige Porosität,
wie sie für ein Filter benötigt wird, weil Hitze und Druck auf die Außenschichten
des Formkörpers zuerst und anders als auf seine Innenschichten einwirken. Die Erfindung
geht zur Vermeidung dieser Nachteile daher den umgekehrten Weg, zuerst einzelne,
noch nicht ausgehärtete Filterteile aus papierartigen Filterblättern zu formen und
den gesamten Filterkörper erst nachträglich durch Zusammenstellung der Teile zu
bilden und dann erst auszuhärten.
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Dadurch wird auch erst die Möglichkeit gegeben, ein als Stapel von
Filterscheiben zusammengesetztes einstückiges Filterelement mit Schichten bzw. Scheiben
herzustellen, die in Stapelrichtung abwechselnd versetzt zueinander ausgesparte
Profile, z. B. sektorförmige Ausschnitte, besitzen, die zwischen nicht ausgeschnittenen
Teilen der benachbarten Schichten liegen.
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Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erzielung
der gleichen Steifigkeit, der gleichen Wasserbeständigkeit und der gleichen Festigkeit
des Filterelements weniger Harz als bei den bekannten Verfahren benötigt. Im Vergleich
zu den nach diesen Verfahren hergestellten Filtern wird die Filterwirkung durch
Aufrechterhaltung der Porosität des Papiers erhöht. Das Harz wird so gewählt, daß
es nach der zur Kondensation führenden Polymerisation beständig gegen Wasser und
gegen Säuren ist, insbesondere gegen solche, die aus Kohlenwasserstoffen oder aus
in der Hitze erhaltenen Zersetzungsprodukten von Kohlenwasserstoff bestehen. Als
Harz kann demgemäß polymerisierbares Imprägnierharz, z. B. Phenolformaldehydharz
oder Harnstoff- oder Melaminformaldehydkunstharz, verwendet werden. Es wird in solcher
Menge angewendet, daß sich in dem porösen zelligen Papierverband ein fester, abgesetzter
Harzanteil von 20 bis 60 Gewichtsprozent des getrockneten Papiers ergibt.
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Für die Herstellung des Papierbreis können z. B. lange Fasern aus
Fichten oder Kiefernholz, Baumwollinter oder Sisalhanf verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend beispielsweise an
Hand der Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. 1 schaubildlich ein gemäß
der Erfindung hergestelltes Filterelement, Fig. 2 eine Stirnansicht des Filterelements
nach Fig. 1 bei weggelassener Endkappe, Fig. 3 in größerem Maßstab eine Draufsicht
auf das bei einem Filterelement nach Fig. 1 und 2 verwendete Filterpapier, Fig.
4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3 und Fig. 5 eine Draufsicht auf eine
der Filterscheiben des Filterstapels nach Fig. 1.
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Die Imprägnierung der Fasern ist in Fig. 3 und 4 der Zeichnung an
den Stellen 10 für die Fasern 11 gezeigt. Sie ergibt ein besseres Papier für Filterzwecke,
als wenn ein Überzug auf das Papier nach dessen Fertigstellung aufgebracht würde,
da ein solcher Überzug die Porosität des Filters störend beeinflußt.
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Das in der Zeichnung dargestellte Filterelement besteht aus einem
Stapel von zwölf Scheiben, gemäß Fig.5, die, wie bei 14 in Fig. 1 gezeigt, gestapelt
übereinanderliegen. Bei der Übereinanderstapelung der Scheiben werden diese jeweils
um 60° gegeneinander versetzt angeordnet, so daß ihre Lappen 15 jeweils über einer
Ausnehmung 16 der benachbarten Scheiben liegen. Auf diese Weise braucht man drei
dieser Scheiben, um ein vollständiges Zwischenelement des Stapels zu bilden. Die
Stapelung der Scheiben erfolgt in dieser gegeneinander versetzten Lage der Einzelscheiben
bis zu der Höhe, die als axiale Länge des Filterelements benötigt wird. Die Scheiben
werden mit Hilfe geeigneter Organe axial zueinander ausgerichtet, z. B. mittels
ihrer sechseckigen Mittelöffnungen 17, die zusammen eine Mittelbohrung des fertigen
Filterstapels bilden. Wenn dieser Stapel in der gewünschten Höhe hergestellt worden
ist, werden Endplatten 18 und 19 an der Oberseite und an der Unterseite gemäß Fig.
1 mittels Flanschen angebracht. Diese Endplatten können aus dem gleichen, mit Kunstharz
behandelten Papier bestehen wie die einzelnen Filterscheiben. Die Scheiben werden
im Stapel dadurch in ihrer gegenseitigen Lage festgelegt, daß der Stapel auf eine
Temperatur von 93 bis 175° C, bei der das Kunstharz erweicht, erhitzt und unter
einen Druck von 7 kg/cm2 oder mehr gesetzt wird; ein Druck von im wesentlichen 70
kg/cm2 hat sich als zweckmäßig erwiesen.
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Ist genügend Wärme zugeführt worden, um eine Polymerisation des Harzes
bis zur Erhärtung herbeizuführen, so wird das Papier und zugleich das ganze Filterelement
in der ihm gegebenen Gestalt versteift und behält diese Gestalt, wobei das Harz
wasserunlöslich wird. Diese Polymerisation ist von dem Maß der zugeführten Wärme
und/oder des angewendeten Drucks und von der Zeit abhängig, und man kann den einen
Faktor auf Kosten des anderen ändern. Man erhält dabei die gewünschte Porosität
der Filterblätter von 5/1o bis 30 Sekunden, gemessen nach dem Gurley-Densitometer.
Die Filterblätter haben dann sämtlich sich selbst tragende Eigenschaften erhalten
und erweichen auch dann nicht; wenn sie mit Wasser in Berührung kommen. Sie behalten
ihre Lage im Stapel,
ohne daß irgendwelche Halteorgane zu diesem
Zweck erforderlich sind. Jede der durch die Übereinanderstapelung der Scheiben gebildeten
Filterkammern sammelt die Verunreinigungen, während das Filtrat durch das Papier
zur Mittelöffnung 17 strömt und aus dieser abgeführt wird. Das Filterelement als
Ganzes kann in einem Metallbehälter untergebracht werden, der seinerseits in einem
Filtergehäuse üblicher Art angebracht werden kann..
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In gewissen Fällen können die Endplatten 18, 19 aus Metall bestehen,
und in diesem Fall wird Zweckmäßig ein zusätzliches Klebemittel zur Befestigung
der Platten in ihrer Lage angewendet.