DE3618664A1

DE3618664A1 - Einweg-kleinfilter zur filtration von fluiden

Info

Publication number: DE3618664A1
Application number: DE19863618664
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Graus; Jürgen Dipl.-Chem. Dr. 3414 Hardegsen Hoffmann; Joachim Dipl.-Ing. 3400 Göttingen Stinzendörfer
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1985-06-08
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1986-12-11
Also published as: DE3618664C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Einweg-Kleinfilter zur Filtration von Fluiden nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches und nach dem Stand der Technik gemäß DE-OS 32 02 330. Bei derartigen Kleinfiltern ist die Filterfläche durch den Gehäusequerschnitt vorbestimnmt.
Eine Vergrößerung der Filterfläche zur Erhöhung der Standzeit bzw. zur Filtration größerer Fluidmengen pro Zeiteinheit bei vorgegebenem Druck erfolgt in der Regel durch Vergrößerung des Gehäusequerschnittes. Als Kleinfilter - auch im Sinne von Einwegfiltern - bezeichnet man üblicherweise Filter mit einer Filterfläche zwischen 10 cm2 und zwischen 300 cm2 und mit Gehäusedurchmesser zwischen 20 mm und 150 mm.
Durch die Vergrößerung des Gehäusequerschnittes muß zwangsläufig zur Aufnahme sich aufsummiernder Drücke die Gehäusewandstärke aus Kunststoff vergrößert werden bzw. eine Versteifung durch Verstärkungsrippen erfolgen oder der Arbeitsdruck stark herabgesetzt werden. Außerdem werden die vergrößerten Filtergehäuse ungünstiger in der Handhabung und sperriger im Zusammenhang mit anderen Filtervorrichtungen.
Generell ist es bekannt, die Filterfläche durch Faltung zu vergrößern, wie es beispielsweise durch die DE-OS 30 07 065 bekannt ist. Die Filterfläche beträgt durch diese Maßnahme ein Vielfaches des eigentlichen Gehäusequerschnittes, führt aber zu aufwendigen Abdichtungen des Faltenpaketes an den beiden Faltenstirnflächen und an den Faltenenden, um eine einwandfreie Trennung der beiden vom Filterelement getrennten Fluidräume zu gewährleisten.
Insbesondere bei kleinen Filterflächen ist der prozentuale Anteil der durch die Abdichtung der Stirnflächen nicht mehr wirksame Filterflächenanteil erheblich. Erst bei einem Verhältnis nicht wirksamer Fläche zu wirksamer Fläche 1:5 ist eine Wirtschaftlichkeit gegeben. Dies erfordert aber bei den bekannten Filtergeräten ein entsprechend voluminöses Gehäuse, z.B. DE-PS 21 62 060 und DE-PS 26 53 875, bei denen beidseitig belegte Filterplatten verwendet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die Filterfläche vom ein- bis zum vierfachen bei einem vorgegebenen Gehäusequerschnitt eines Druckkfilter zu vergrößern und ein relativ flaches Filterelement zu schaffen, dessen Randausbildung eine konstruktiv einfache Verbindung mit den Gehäuseteilen aus Kunststoff - auch bei vergrößerter Filterfläche -ermöglicht, beziehungsweise soll der Verlust an Filterfläche durch den notwendigen Abdichtungsanteil minimal gehalten werden und der für die Druckstabilität des Gehäuses maßgebliche freie Flächenanteil des Gehäuses ebenfalls möglichst kleingehalten sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenenMerkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Durch die spezielle Anordnung, Bemessung und Abdichtung der Falten können mit Hilfe der Faltenzahl und Ausdehnung in ein und demselben Gehäuse wahlweise Filterflächen vom einfachen bis zum vierfachen des Gehäusedurchmessers (gemessen in der Filterebene) untergebracht werden und zwar bei einheitlicher Dichtungsweise.
Der Erfindungsgedanke ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt vereinfacht und schematisch dargestellt: Fig. la ein quadratisches Filterelement in Draufsicht, Fig. lb einen Querschnitt durch das Filterelement nach der Linie 1-1, Fig. 2a eine weitere Ausführungsform eines quadratischen Filterelementes, Fig. 2b einen Querschnitt durch das Filterelement nach der Linie 2-2 in Fig. 2a, Fig. 3a ein längliches rechteckiges Filterelement in Draufsicht, Fig. 3b einen Querschnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 3a, Fig. 4 in perspektivischer Ansicht ein Filterelement nach Fig. la, lb mit den Abdichtungszonen, Fig. 5 einen Detailschnitt nach der Linie 5-5 im Randbereich des Filterelementes, Fig. 6 einen Teilschnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 4 an der Peripherie der aneinanderstoßenden Faltenkanten, Fig. 7 einen Querschnitt durch ein Filtergehäuse mit einem Filterelement nach Fig. la, lb, 4, Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines solchen Filters, Fig. 9 einen Detailquerschnitt nach der Linie 9-9 in Fig.
3a, 3b im Randbereich des Filterelementes, Fig.10a eine Draufsicht auf ein rundes Filterelement, Fig.lob einen Schnitt durch das Filterelement nach der Linie 10-10 in Fig. 10a, Fig.ll einen Schnitt durch das Filterelement nach Fig. 10a, 10b nach der Linie 11-11 in Fig.
10a, 10b, Fig. 12 einen Detailschnitt durch eine beispielhafte Filterstruktur mit Gewebeverstärkung, Fig. 13 eine Draufsicht auf ein weiteres kreisrundes Filterelement, Fig. 14 einen Querschnitt durch ein rundes Filtergehäuse mit einem Filterelement nach Fig. 13, Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines Kleinfilters nach Fig. 14, Fig. 16 einen Detailschnitt der Randausbildung des Filterelementes nach Fig. 13 nach der Linie 16-16 und Fig. 17 eine Draufsicht auf ein sechseckiges Filterelement mit einem Querschnittsaufbau analog Fig. 14.
Das Filterelement 1 hat z.B. eine Querschnittstruktur wie in Fig. 12 dargestellt, d.h. es besteht aus einer mikroporösen Membran 19 und einem darin eingelagerten Gewebe 20 oder Vlies, welches einerseits für eine gute Eigenfestigkeit des Filterelementes sorgt und andererseits auf der Filtratseite F2 eine drainierende Oberfläche bildet, während die der Druckseite oder der Trübseite F1 zugewandte Oberfläche der Membran 19 relativ glatt ist.
Anstelle der Einlagerung eines Gewebes oder Vlieses in der Membran kann die Verstärkungsstruktur auch auf die Membran auflaminiert oder mit dieser unverbunden sein.
Wie aus Fig. la, lb ersichtlich ist, ist das fertige Filterelement 1 aus einem einstückigen länglichen Filterband gebildet, welches zu einem Quadrat gefaltet ist, wobei die einander zugewandten Faltenkanten 17 zumindest so dicht aneinanderstoßen, daß zumindest nach Fig. 4 und 6 der periphere Bereich dieser Kanten 17 sich zu einem Dichtflansch 15 verschmelzen lassen. Vorzugsweise sind die Filtermaterialien so ausgewählt, daß sie sich durch Wärme und Druckeinwirkung zu Dichträndern 15,16 verschmelzen lassen. Derselbe Effekt läßt sich durch Klebung erreichen.
Der so gebildete umlaufende Dichtrand 15,16 läßt sich auf dem einen Gehäuseteil, z.B. dem Filtertisch 8 auf den randseitigen Dichtflächen 12 aufschweißen oder aufsiegeln, wie in Fig. 4,5,6,7 und 9 dargestellt. Zusätzlich kann der umlaufende Rand 15,16 des Filterelementes 1,2 oder 3 noch durch eine Klemmkante 21 des anderen Gehäuseteiles, z.B.
des Filterdeckels 9 wie in Fig. 5 und 7 angedeutet, festgeklemmt werden, die jedoch keine Dichtwirkung erzeugen muß, sondern ein Abreißen des Dichtrandes verhindert, wenn das Filterelement von jeder Seite alternativ überströmbar sein soll. Die beiden Gehäuseteile 8 und 9 werden üblicherweise durch Klebung, Hochfrequenz-, Ultraschallverschweißung, Lösungsmittelverschweißung oder bei Fig. 15 Reibschweißung dauerhaft und leckdicht miteinander verbunden. Der umlaufende Dichtrand 15,16 kann je nach Anzahl übereinanderliegenden Faltenbogen und Aufbau unterschiedliche Dicken auf dem Umfang aufweisen. Eine Seite des Dichtrandes 15,16 liegt jedoch in einer Ebene und dient zur flächigen, dichten Verbindung mit dem Dichtrand 12 des jeweiligen Gehäuseteiles.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2, 2b ist das Filterelement durch eine zusätzliche Faltung flächenmäßig vergrößert, ansonsten aber sinngemäß wie vorher beschrieben, aufgebaut. Dies gilt auch für die Ausführungsform des Filterelementes 3 nach Fig. 3a, 3b, bei dem die Umrißform des fertigen Filterelementes 3 ein längliches Rechteck bildet und dadurch die Filterfläche noch stärker vergrößert ist. Bei allen Ausführungsformen bilden die äußeren Faltenkanten 18 offene Taschen, in welche das Fluid F1 eindringen, das Filterelement durchdringen und als Filtrat F2 verlassen kann.
Das in Fig. 7 und 8 dargestellte Gehäuse besteht aus zwei Halbschalen mit integrierter und drainierender Filterabstützung 22. Die Versorgung des Fluidraumes 13 und Entsorgung des Fluidraumes 14 mit Fluid F1, F2 erfolgt über die Anschlußstutzen 10,11.
Das Filterelement 4 nach Fig. 10a, 10b und 11 ist sinngemäß wie das Filterelement 1 aufgebaut und hat kreisrunden Querschnitt, so daß auf die vorstehenden Ausführungen bezüglich Abdichtung und Aufbau verwiesen wird. Bei dem Filterelement 5 nach Fig. 13, 14 und 16 ist das Filterelement aus drei kreisrunden Zuschnitten 5a, 5b und 5c aufgebaut. Die beiden Zuschnitte 5a, 5b sind mittig gefaltet und durch den Zuschnitt 5c gemäß Fig. 14 abgedeckt und mit diesem randseitig verbunden und bildet damit eine Faltenkante 18. Bei einem Aufbau analog nach Fig. 13 und 14 anstatt mit 3 mit 5 Filterscheiben - ebenfalls mittig gefaltet - sind die 3. und 4. Filterscheibe bevorzugt um 90° versetzt, um für die Abdichtung der Faltenkanten optimale Verhältnisse zu schaffen. Die freien Ränder 16 der beiden Zuschnitte 5a, 5b sind mit dem Filtertisch 8 dichtend verbunden. Teleskopartig ineinander greifende Gehäuseteile 8,9 gewährleisten ein Anpassen an die jeweilige Gesamtstärke des Filterelementes.
Sinngemäß ist das sechseckige Filterelement 6 nach Fig. 17 aufgebaut. Durch eine solche Form lassen sich ähnlich wie bei der Rechteckform, die Verschnittfläche teurer Filtermaterialien reduzieren.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform lassen sich die Filterflächen auch noch dadurch vergrößern bzw.
verdoppeln, daß in jede der beiden Gehäusehalbschalen ein Filterelement nach vorstehender Beschreibung eingesiegelt wird und die Beschickung mit Fluid F1 oder die Abführung von Fluid F2 über mindestens einen radial verlaufenden Mittelanschluß und über einen entsprechenden Anschluß die Abfuhr des Filtrats F2 bzw. die Zufuhr des Fluides F1 aus den beiden z.B. durch Bohrungen miteinander verbundenen bzw. kurzgeschlossenen äußeren Fluidräumen erfolgt.
Gleichermaßen kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform das Gehäuse aus drei Teilen bestehen, wobei auf dem mittleren, ringförmigen Zwischenteil mit mindestens einem radialen Anschlußstutzen, beidseitig ein Filterelement, wie beschrieben und mit 1,2,3,4, oder 5 bezeichnet, aufgesiegelt sein. Dieses Mittelteil hat eine Fluidzusammenführung für den Fluideintritt oder Austritt z.B. über Bohrungen oder Kurzschlußleitungen zwischen den beiden beidseitig angeschlossenen äußeren Gehäuseteilen.
Diese weisen mindestens einen Anschluß für die Versorgung bzw. Entsorgung der Fluidräume auf. Das Mittelteil erlaubt gleichzeitig die leckdichte Verbindung der drei Gehäuseteile miteinander.
Mit diesen beiden Varianten lassen sich über die Variation der Zahl der Anschlüsse geometrische Veränderungen der Spaltbreite, auch großflächige Disposables, für eine Überströmtechnik realisieren.
Die dargestellte Faltungs- und Abdichtungsform der Filterelemente ermöglicht bei gleichbleibender Grundkonstruktion und Größe der Gehäuseteile eine große Variationsbreite bezüglich der für die Filtration zur Verfügung stehenden Filterfläche, wobei der Verlust an Filterfläche durch den Abdichtungsanteil und die Innenfläche (entscheidend für die Druckstabilität) und somit die Gesamtgröße der Disposables, kleingehalten wird.
Um dies zahlenmäßig zu erläutern, werden nachfolgend unter Hinweis auf Fig. 10a, 10b, 11, 15 und hilfsweise auf Fig.

2b Werte angegeben. Zugrundegelegt ist ein Rundfilter nach Fig. 15 mit einem Außendurchmesser D von 65 mm, Gehäusedicke außen H = 13 mm, gemäß Fig. 10a ein Rundfilter mit Gesamtdurchmesser F~A außen 52 mm ein effektiven Filterdurchmesser F#E = 50 mm.

Aufbau Variation der Filterfläche

des Filter- Plissierbreite PB

elementes Fig. 10a

ein Rund- --- 19,6 cm2

filter ohne

Plissierung

Rundfilter + Plissierbreite = 46 cm2

eine Plissier- 28 mm

schicht # 56% d. Rund-

filter-

Fig. 10a durchmessers

35 mm = 70 % # 51 cm2

40 mm = 80 % # 54,8 cm2

Rundfilter 28 mm 72,5 cm2

+ 2 Plissier-

schichten 35 mm 83,4 cm2

wie Fig. 2b 40 mm 90 cm2

Claims

Einweg-Kleinfilter zur Filtration von Fluiden Ansprüche: 1. Einweg-Kleinfilter zur Filtration von Fluiden, mit einem mindest zweiteiligen, an seinen pheripheren Rändern verbundenen Kunststoffgehäuse mit für die Versorgung und Entsorgung des Gehäuses mit Fluid ausgestatteten Anschlußstutzen und einem leckdicht an randseitigen Dichtflächen des Gehäuses integrierten Flachfilterelement, welches die Fluidräume zwischen den beiden Anschlußstutzen derart trennt, daß Fluid nur durch daß Filterelement dringen kann, dadurch gekennzeichnet, daß entlang mindestens einer und in der Flächenebene des Filterelementes (1 bis 6) verlaufenden Gehäuseachse oder parallel zu dieser ein in der dazu kreuzenden Achse verlängerter Flachfilterbandzuschnitt gefaltet ist, wobei die durch die Falten gebildeten, mindestens zwei übereinander liegenden Filterflächen an ihren quer zu den Faltungsachsen verlaufenden Rändern (15) leckdicht miteinander verschweißt oder verklebt sind und daß diese zusammen mit den von beiden Enden (16) des Filterbandes so gebildeten umlaufenden Dichtrand (15,16) des Filterelementes (1 bis 6) mit den randseitigen Dichtflächen (12 ) des Gehäuses (8,9) durch Klebung, Schweißung und/oder Klemmung verbunden sind.
2. Kleinfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten und in einer der Ebenen des Filterelementes (1 bis 6) liegenden Faltenkanten (17) so dicht aneinander angrenzen, daß der periphere Bereich dieser Faltenkanten (17) zu einem Dichtflansch (15) ausbildbar ist, und die einander abgewandten Faltenkanten (18) mit Abstand von den einander zugekehrten Faltenkanten (17) verlaufen.
3. Kleinfilter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß der fertig gefalteten und mit Dichtrand (15,16) ausgestatteten Filterelementes (1 bis 3) rechteckig ist.
4. Kleinfilter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß des fertig gefalteten und mit Dichtrand (15,16) ausgestatteten Filterelementes (4,5) rund ist.
5. Kleinfilter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß des fertig gefalteten und mit Dichtrand (15,16) ausgestatteten Filterelementes sechseckig ist.
6. Kleinfilter nach Anspruch 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rechteckige oder runde, fertig gefaltete und mit Dichtrand (15,16) ausgestattete Filterelement (1 bis 4) aus einem quer zu den Faltenkanten (17,18) verlängerten, einstückigen Flachfilterband gebildet ist.
7. Kleinfilter nach Anspruch 1,2,3 und 4, dadurch sekennzeichnet, daß das fertig gefaltete und mit Dichtrand (15,16) ausgestattete Filterelement (1,5,6) durch mindestens zwei dem Umriß des fertigen Filterelementes (1,5,6) angepaßten Flachfilterzuschnitten (5a, 5b), die jeweils in ihrer Mittelachse gefaltet sind und mit diesen Faltenkanten (17) im Bereich des Dichtrandes (15) aneinanderstoßen sowie durch ein dem Umriß des fertigen Filterelementes (1,5,6) angepaßten Flachfilterzuschnitt (5c), gebildet ist, welcher mit seinem Rand umlaufend mit den zugewandten Rändern der beiden gefalteten Zuschnitte (5a,5b) dichtend verbunden ist.
8. Kleinfilter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite jedes der beiden Gehäusehälften (8,9) ein Filterelement (1 bis 6) integriert ist und ein Anschluß die beiden einander zugewandten Seiten der beiden Filterele- mente (1 bis 6) verbindet und mit diesen einen ersten Gehäuseraum umschließt und die beiden einander abgewandten Seiten der beiden Filterelemente durch den anderen Anschluß kurzgeschlossen sind und einen zweiten Gehäuseraum umschließen.
9. Kleinfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Filterflächen beider Gehäuseteile zur dynamischen Filtration sowohl einen Einlaß als auch einen Auslaß in derselben Gehäusekammer aufweisen.
lO.Kleinfilter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß, die die äußeren Faltenkanten (18) vom umschließenden Dichtrandabschnitt zurückgesetzt verlaufen bzw. dieser zur Variation der Faltungstiefe und Filterfläche mehr oder weniger peripher zu diesen äußeren Faltenkanten (18) verläuft.
11.Kleinfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (1 bis 6) durch thermoplastisch verdichtbare Filtervliese, mikroporöse Membrane (19) oder Gewebe (20) und Kombinationen davon, gebildet sind.