DE4440279A1 - Hohlzylindrisches Filterelement und damit hergestellte Filtereinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement und eine Filtereinheit gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Filterelements.

Zur Staubabscheidung werden häufig Filterelemente in Form von Schlauchfiltern benutzt (DE 39 39 645 A1), die z. B. einen Durchmesser von 150 mm und eine Länge von 4000 mm aufweisen und aus Geweben, z. B. aus einem Filz, insbesondere einem Nadelfilz, der aus natürli­ chen, aber auch aus synthetischen Fasern wie z. B. Polyesterfasern hergestellt sein kann, oder auch aus einem Faservlies bestehen. Diese Filterelemente sind in einem Rohgasraum angeordnet und werden von außen nach innen von Rohgas durchströmt. Ihr Innenraum steht mit einem Rein­ gasraum in Verbindung, der gegenüber dem Rohgasraum mit einem geringeren Druck betrieben wird und von dem aus das gereinigte Gas die Filteranlage verläßt.

Die sich auf den Außenwänden der Filterelemente ansammelnden Staubpartikel oder anderen Verunreinigungen bilden einen Filterkuchen, dessen Dicke bei laufendem Betrieb immer mehr zunimmt. Daher sind den Filterelementen, sofern sie für Entstaubungsanlagen benutzt werden, Blasleitungen zugeordnet, mittels derer ihren Innenräumen in vorgewählten Intervallen Druckluft zugeführt werden kann. Der hierdurch schlagartig erzeugte Überdruck bewirkt ein Abwerfen des an den Außenwänden haftenden Filterkuchens und damit eine Reinigung der Filterelemente. Mit Hilfe von Ventilsteuerungen kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen festgelegt werden, wie oft und wie lange der Druck- oder Spülluftstrom eingeschaltet wird.

Die bekannten Schlauchfilter bestehen aus schlaffen, nicht selbsttragenden, leicht verformbaren Materialien. Zur Erzielung der beschriebenen Funktion werden z. B. aus einem Metall bestehen­ de Stützkörbe in sie eingeschoben. Die einzige Aufgabe dieser Stützkörbe besteht darin, auch bei dem während des Betriebs herrschenden Differenzdruck von beispielsweise 10-30 mbar zwischen der Rohgas- und Reingasseite das Kollabieren der Filterelemente zu verhindern.

Stützkörbe dieser Art tragen erheblich zu den Gesamtkosten einer Schlauchfilteranlage bei, die z. B. einige hundert oder tausend Filterelemente aufweisen kann. Außerdem haben sie zur Folge, daß sich die beim kurzzeitigen, z. B. nur 50 msec dauernden Einblasen der Spülluft radial aufgeblähten Filterelemente beim schlagartigen Abschalten der Druckluft und beim erneuten Wiederherstellen der beim Normalbetrieb herrschenden Druckdifferenz abrupt wieder zu­ sammenziehen und dadurch gegen die Stützkörbe schlagen. Dabei können auch so hohe Be­ schleunigungen auftreten, daß die auf den Außenwänden sitzenden Staubpartikel allmählich das Schlauchmaterial durchwandern und in den Reingasraum gelangen, wodurch der Staubanteil im Reingasraum ansteigt. Außerdem werden die Standzeiten der Filterelemente aufgrund mechani­ scher Beschädigungen reduziert.

Außer den beschriebenen Schlauchfiltern sind daher auch bereits selbsttragende Filterelemente bekannt geworden, die keine Stützkörbe erfordern (DE 91 11 939 U1): Sie bestehen aus einem Faservlies-, Nadelfilz- oder Gewebematerial, das durch Bearbeitung mit Wärme und/oder Druck, Zugabe von Chemikalien, Aufbringen von Bindemitteln od. dgl. derart verfestigt ist, daß sich eine selbsttragende, hohlzylindrische Röhre bilden läßt. Obwohl derartige Starrkörper-Filter­ elemente grundsätzlich ohne Stützkörbe als Schlauchfilter verwendet werden können, besteht bei ihnen das Problem, daß sie nicht für alle gewünschten Differenzdrucke geeignet sind und beim Zuführen von Druckluft zur Spülung dazu neigen, als Ganzes radial aufgebläht zu werden, was ihre Haltbarkeit beeinträchtigt und die Rückspüleigenschaften verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filterelemente und damit ausgerüstete Filter­ einheiten der eingangs bezeichneten Gattungen so herzustellen und auszubilden, daß sie mit höheren Unterdrucken betrieben werden können und bessere Rückspüleigenschaften aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Filterelemente ergibt sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß sich die bei spiralischer bzw. schraubenlinienförmiger Wicklung der Materialbahn durch Überlappung erhaltenen Nahtbereiche durch das im Einzelfall gewählte Verbindungsverfahren derart versteifen lassen, daß ein spiral- bzw. schraubenlinienförmiger Streifen entsteht, der im Vergleich zu den übrigen Bereichen der Röhre eine merklich vergrößerte Steifigkeit besitzt und dadurch einen schraubenlinienförmigen, nur sehr wenig flexiblen Stützkörper bildet. Eine Folge davon ist, daß das Filtermaterial, wenn es durch Druck belastet wird, nicht mehr als Ganzes, sondern nur zonenweise zwischen benach­ barten Versteifungsstegen des Filterelements hin- und herbewegt wird. Dadurch kann das Filterelement mit höheren Drucken belastet werden, was die Haltbarkeit fördert. Durch die Zonen unterschiedlicher Steifigkeit wird außerdem der Abwurf des an den Außenwänden anhaftenden Filterkuchens begünstigt, wodurch das Filterelement bessere Rückspüleigenschaften aufweist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Vorderansicht einer mit erfindungsgemäßen Filterelementen bestückten Filtereinheit für eine Entstaubungsanlage;

Fig. 2 und 3 je eine Seitenansicht und Draufsicht auf die Filtereinheit nach Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt "X" eines erfindungsgemäßen Filterelements; und

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt "Y" eines erfindungsgemäßen Filterelements.

Fig. 1 bis 3 zeigen eine aus einer Vielzahl von erfindungsgemäßen, röhrenförmigen Filter­ elementen 1 zusammengesetzte Filtereinheit 2, in der die Filterelemente 1 hintereinander angeordnet sind. Die Filtereinheit 2 enthält eine Halteplatte 3, in der eine der Zahl der Filterele­ mente 1 entsprechende Anzahl von Durchgängen ausgebildet ist. Die Halteplatte 3 besteht vorzugsweise aus einem U-förmigen Blech mit nach unten ragenden Stegen und mit einem zwischen den oberen Enden dieser Stege liegenden Quersteg, in dem eine Reihe von Löchern ausgebildet ist, die praktisch über die ganze Breite des Querstegs erstreckt sind. In diese Löcher sind Hülsen eingesetzt, die mit der Halteplatte 3 fest verbunden, insbesondere mit deren Stegen verschweißt sind. Die Hülsen können beispielsweise bündig mit der Oberseite des Querstegs abschließen.

Während die oberen Enden der Filterelemente 1 offen sind, sind deren untere Enden mit einge­ schweißten oder sonstwie befestigten Böden 9 verschlossen (Fig. 2). Außerdem kann die Halteplatte 3 an ihren Enden mit Bohrungen 10 od. dgl. versehen sein, die zu ihrer Montage beispielsweise in einer Entstaubungsanlage dienen.

Filterelemente und daraus hergestellte Filtereinheiten sind dem Fachmann allgemein bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hiermit der Inhalt von DE 91 11 939 U1 ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht.

Die Filterelemente 1 bestehen aus einem vorzugsweise oberflächenbeschichteten Gewebe-, einem Faservlies- bzw. Vliesstoff- oder einem Nadelfilzmaterial, wobei die Gewebe z. B. aus Kunst­ stoff- oder Baumwollfäden und die Fasern aus natürlichen oder synthetischen Fasern bestehen können. Im Gegensatz zu bekannten Filterelementen sind diese Materialien jedoch derart verfestigt, daß keine biegeschlaffen Schläuche, sondern selbsttragende Röhren entstehen, die im wesentlichen biegesteif sind und bei den üblicherweise herrschenden Differenzdrücken von z. B. 10-30 mbar nicht oder nur unwesentlich radial eingedrückt werden. Die Anwendung zusätzli­ cher Stützkörbe bei ihrer Montage nach Fig. 1 bis 3 ist daher entbehrlich.

Die erforderliche Formstabilität und Festigkeit der Filterelemente 1 wird einerseits dadurch erreicht, daß das Gewebe oder Nadelfilzmaterial, aus dem sie hergestellt werden, mechanisch, thermisch und/oder chemisch mit an sich bekannten Mitteln verfestigt wird. Dabei können insbesondere alle für die Faservlies- oder Filzverfestigung bekannten Verfahren angewendet werden, beispielsweise das Nadeln, das Bearbeiten mit Wärme und Druck auf einem Kalander, die Zugabe von quellend und/oder plastifizierend wirkenden Chemikalien oder das Aufbringen von Bindemitteln od. dgl. Auch eine Oberflächenbeschichtung mit beispielsweise Teflon od. dgl. ist möglich, falls die Materialien zusätzlich besondere Eigenschaften aufweisen und z. B. das Reinigen erleichtern sollen. Das im Einzelfall anzuwendende Material ist anhand der erforderli­ chen Filtereigenschaften, Luftdurchsätze usw. zu bestimmen, und die gewählte Verfestigungsart sollte sicherstellen, daß die Filtereigenschaften möglichst wenig beeinträchtigt werden.

Von den im Handel erhältlichen, für die Zwecke der Erfindung geeigneten Materialien ist insbesondere ein Material zu nennen, das von der Firma Gebr. Röder AG, D-29614 Soltau, unter der Bezeichnung "Soltafilt" PES 228/30-A5b vertrieben wird. Dieses Material besitzt nicht nur die gewünschte Formstabilität, sondern auch die für solche Filteranlagen wie z. B. Luftfilter­ anlagen für Feinstäube erforderlichen Eigenschaften, in denen Filterelemente der beschriebenen Art vorzugsweise angewendet werden.

Andererseits wird die gewünschte Formstabilität dadurch sichergestellt, daß den Filterelementen über ihre ganze Länge eine die Formstabilität begünstigende Form gegeben wird. Dazu werden die Filterelemente 1 vorzugsweise durchgehend mit einem kreisrunden Querschnitt versehen. Zwar weisen auch bekannte schlauchförmige Filterelemente überwiegend kreisrunde Quer­ schnitte auf, doch ist bei diesen die spezielle Form allenfalls im Hinblick auf andere Eigen­ schaften von Bedeutung, nicht aber im Hinblick auf die Formstabilität aufgrund ihrer Herstellung aus Geweben, Nadelfilzen oder Vliesstoffen.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filterelemente 1 wird vorzugsweise von einem bereits ausreichend verfestigten Material, z. B. dem oben angegebenen "Soltafilt" ausgegangen, das in eine streifenförmige Materialbahn geschnitten wird. Eine derartige Materialbahn, die vorzugs­ weise gerade und zueinander parallele Längsränder aufweist, wird spiral- bzw. schraubenli­ nienförmig vom einen zum anderen Ende hin auf einen Zylinder aufgewickelt, wobei auf dem Zylinder nebeneinander liegende Bahnabschnitte 4 erhalten werden. Diese Bahnabschnitte 4 werden entsprechend Fig. 4 mit Überlappung verlegt, d. h. je zwei benachbarte Bahnabschnitte 4 besitzen gemeinsame, übereinander liegende Randbereiche, die einen einzigen, doppellagigen Streifen 5 bilden, der sich schraubenlinienförmig vom einen bis zum anderen Ende des Zylinders bzw. Filterelements 1 erstreckt.

Die sich überlappenden Randbereiche werden nach dem Aufwickeln auf den Zylinder durch ein geeignetes Verbindungsverfahren, z. B. Schweißen oder Kleben, in der Weise miteinander verbunden, daß der Streifen 5 einen Bereich erhöhter Steifigkeit zwischen benachbarten, flexibleren Zonen bildet, die nur aus dem jeweiligen Bahnabschnitt 4 bestehen. Dadurch bildet der Streifen 5 einen schraubenlinienförmigen, über die Länge des gesamten Filterelements 1 erstreckten Stützkörper, an den sich beidseits weniger biegesteife Zonen der das Filterelement 1 bildenden Röhre anschließen. Eine Folge davon ist, daß sich beim Betrieb der Filtereinheit nach Fig. 1 bis 3 nur die flexibleren Zonen aufgrund des inneren Unterdrucks einziehen, während die dazwischen befindlichen, aus dem Streifen 5 gebildeten Stützstege weitgehend ihre Form beibehalten. Umgekehrt werden die zwischen den Streifen 5 befindlichen Teile der Bahn­ abschnitte 4 bei der schlagartigen Zufuhr eines inneren Überdrucks nur zwischen den einzelnen Stützstegen radial nach außen vorgewölbt bzw. wieder zusammengezogen. Dies wirkt sich überraschend vor allem günstig auf das gewünschte Abwerfen des anhaftenden Filterkuchens aus. Es wird angenommen, daß sich dabei die zylindrische Röhre nicht als Ganzes gleichförmig, d. h. um einen im wesentlichen konstanten Betrag radial ausdehnt bzw. zusammenzieht, was mit einer geringen Reinigungswirkung verbunden wäre, sondern daß an einer Vielzahl von Stellen einzelne Zonen des Filtermaterials um unterschiedliche Beträge ausgedehnt und wieder zusammengezogen werden, wobei der Streifen 5 praktisch unausgelenkt bleibt. Dadurch wird der Filterkuchen zonenweise unterschiedlich beaufschlagt und daher schnell abfallen.

Die Herstellung der Filterelemente 1 erfolgt vorzugsweise unter Verwendung eines bereits fertig verfestigten Materials, so daß beim oder nach dem Aufwickeln auf den Zylinder nur eine Verbindung der überlappten Randbereiche erforderlich ist. Alternativ wäre es allerdings auch möglich, ein noch nicht oder noch nicht ausreichend verfestigtes Material schraubenlinienförmig auf einen Zylinder aufzuwickeln und dabei oder danach mittels einer die Verfestigung bewirken­ den Walze od. dgl. zu bearbeiten, wobei außerdem noch die erforderliche Verbindung der einzelnen Randbereiche erfolgen könnte.

Schließlich wäre es bei der Anwendung von sehr weichen, biegeschlaffen Materialien denkbar, zwischen die sich überlappenden Randbereiche zusätzlich einen Streifen aus einem ausreichend biegesteifen Material, z. B. einem Stahldraht od. dgl. einzulegen, um im Bereich des Streifens 5 die gewünschte Biegesteifigkeit herbeizuführen. Dies könnte gleichzeitig mit dem Aufwickeln der Materialbahn erfolgen.

Vor allem das bevorzugte Verfahren, das von einer bereits ausreichend verfestigten Materialbahn 4 ausgeht, bringt den Vorteil mit sich, daß es leicht kontinuierlich durchgeführt werden kann, indem beispielsweise die auf einem sich drehenden Zylinder nacheinander entstehenden Rohr­ abschnitte allmählich vom einen Ende des Zylinders abgezogen und beispielsweise sofort auf die gewünschte Länge geschnitten werden.

Bei allen beschriebenen Varianten wird die erhaltene, selbsttragende Röhre zum Schluß noch mit dem Boden 9 versehen, der durch Schweißen oder Nähen, aber auch anderswie, z. B. durch Kleben, befestigt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, an das untere Ende des Filter­ elements in an sich bekannter Weise (DE 91 03 538 U1) ein aus Kunststoff bestehendes Formteil anzugießen. Entsprechend können am anderen Ende des Filterelements Formteile in Form von Halteplatten angegossen werden, die für eine Abdichtung und Befestigung in einem Entstau­ bungsgerät erforderlich sind. Alternativ können aber auch Formteile aus Metall vorgesehen werden, falls dies wegen zu hoher vorkommender Temperaturen oder aufgrund mangelnder chemischer Beständigkeit erforderlich ist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden aus Fig. 5 ersichtliche Haltekörper 11 an die Filterelemente 1 angegossen. Diese sind zum freien Ende hin nach außen konisch erweitert, im erweiterten Bereich mit einer Umfangsnut 12 versehen und aus einem flexiblen Material hergestellt. Dadurch ist es möglich, die Filterelemente 1 in Fig. 1 von oben, d. h. von der Reingasseite her in Öffnungen der Halteplatte 3 bzw. des üblichen Schlauchträgerblechs einzusetzen, bis die diese Öffnungen begrenzenden Ränder 14 in der Umfangsnut 12 einrasten. Dabei geben die Halteplatten 3 zusammen mit den an sie angrenzenden Enden der Filterele­ mente 1 elastisch nach. Ist es dagegen erwünscht oder erforderlich, die Filterelemente 1 in Fig. 1 von unten, d. h. von der Rohgasseite her an der Halteplatte 3 od. dgl. zu befestigen, werden sie vorzugsweise analog zu Fig. 5 zunächst in eine Montageplatte eingesetzt und dann durch geeignete Anordnung und Befestigung derselben mit ihren oberen Enden von unten her gegen die Halteplatte 3 od. dgl. gelegt. Zur Abdichtung können dabei Dichtringe verwendet werden, die in Nuten 15 eingelegt werden, die in den oberen Stirnseiten der Haltekörper 11 ausgebildet sind. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, die Filterelemente 1 in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten wahlweise von der Reingas- oder von der Rohgasseite her zu instal­ lieren.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die sich auf vielfache Weise abwandeln lassen. Dies gilt insbesondere für die beschriebenen Filtereinheiten und die Montage der Filterelemente 1 in den Filtereinheiten. Außerdem versteht sich, daß die beschriebene Formbeständigkeit bzw. Biegesteife nicht erst dann erreicht wird, wenn das Filterelement ein geometrisch völlig starrer Körper ist. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung gerade solche Filterelemente erwünscht, die sich beim Reinigungsvorgang aufgrund des inneren Überdrucks in geringfügigem Maße radial ausdehnen bzw. beim normalen Betrieb aufgrund des inneren Unterdrucks in geringem Umfang radial zusammenziehen, im übrigen aber keine zusätzlichen Teile, insbesondere nicht die üblichen Stützkörbe erfordern. Daher ist die für die Zwecke der Erfindung ausreichende Formstabilität immer dann erreicht, wenn ein bestimmungs­ gemäßer Gebrauch der Filterelemente ohne Anwendung von Stützkörben möglich ist. Ent­ sprechend kann die Form der erfindungsgemäßen Filterelemente verändert werden, indem diesen z. B. anstatt eines exakt kreisförmigen Querschnitts ein leicht ovaler, elliptischer od. dgl. Querschnitt gegeben wird, sofern auch durch einen solchen Querschnitt die Anwendung von Stützkörben vermieden werden kann.

Claims (6)

1. Hohlzylindrisches Filterelement für Entstaubungsanlagen in Form einer selbsttragenden Röhre, die aus einer schraubenlinienförmig und an ihren Rändern mit überlappten Randbereichen gewickelten Materialbahn hergestellt ist, die aus einem verfestigten Faservlies-, Nadelfilz- oder Gewebematerial besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Randabschnitte unter Bildung eines Streifens (5) erhöhter Steifigkeit miteinander verbunden sind.

2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randabschnitte durch Kleben oder Schweißen miteinander verbunden sind.

3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es an einem Ende mit einem angegossenen Haltekörper (11) versehen ist, der eine Umfangsnut (12) aufweist und aus einem flexiblen Material besteht.

4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (11) zu seinem freien Ende hin konisch erweitert und die Umfangsnut (12) im erweiterten Bereich ausgebildet ist.

5. Filterelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (11) an seiner freien Stirnseite mit einer zum Einlegen eines Dichtungsrings bestimmten Nut (15) versehen ist.

6. Filtereinheit mit wenigstens einem hohlzylindrischen Filterelement (1), das an einer Halteplat­ te (3) nach unten hängend lösbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.