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Dokumentenidentifikation DE202007000153U1 26.04.2007
Titel Filtercapsule
Anmelder Sartorius AG, 37075 Göttingen, DE
DE-Aktenzeichen 202007000153
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 26.04.2007
Registration date 22.03.2007
Application date from patent application 04.01.2007
IPC-Hauptklasse C02F 1/44(2006.01)A, F, I, 20070104, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01D 63/02(2006.01)A, L, I, 20070104, B, H, DE   B01D 35/02(2006.01)A, L, I, 20070104, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Filtercapsule insbesondere zum Anschluss an einen Wasserhahn mit einem Gehäuse, das an seiner Oberseite einen Wasserzulauf und an seiner der Oberseite abgewandten Unterseite einen Wasserablauf aufweist, und mit einem in einem Gehäuseinnenraum angeordneten Filtereinsatz, der einen mit seitlichen Flussöffnungen versehenen und mit Hohlfasermembranen gefüllten Ring umfasst, wobei die Hohlfasermembranen an ihren Enden jeweils über eine Klebeschicht mit den Enden des Ringes verbunden sind.

Aus der DE 199 18 221 C1 ist eine Filtercapsule bzw. ein Filtergerät zur Elimination von Keimen, Schweb- und Feststoffen aus Wasser bekannt, die ein Gehäuse mit einem Filtereinsatz aus Hohlfasermembranen aufweist. Das Gehäuse weist an seiner Oberseite einen Wasserzulauf auf und ist an einen Wasserhahn anschließbar. An der Unterseite des Gehäuses befinden sind separate Auslässe für filtriertes und unfiltriertes Wasser, wobei der Auslass für nichtfiltriertes Wasser, d.h. für einen Retentatstrom, ein Ventil benötigt.

Nachteilig bei der bekannten Filtercapsule ist, dass sie zum einen ein Retentatventil mit entsprechenden Kanälen benötigt und dass zum anderen ihr Filtereinsatz an beiden Stirnseiten gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sein muss. Dies führt zu einem relativ aufwendigen und kostenintensiven Aufbau und kann zudem zu Fehlbedienungen führen.

Weiterhin ist aus der US 4 980 056 eine Filtervorrichtung zum Filtrieren von Wasser bekannt, die ebenfalls Hohlfasermembranen verwendet. Der Filtereinsatz dieser Filtriervorrichtung weist eine Vielzahl von Hohlfasermembranen auf, die zu einer U-förmigen Schleife gebogen sind, wobei ihre Enden auf der gleichen Seite des Filtereinsatzes vergossen bzw. verklebt sind.

Nachteilig bei einer solchen Anordnung der Hohlfasermembranen ist, dass eine flache Bauweise praktisch nicht möglich ist. Durch die längliche Form eines solchen Filtergerätes ist es wenig geeignet, an übliche Wasserhähne, beispielsweise in Krankenhäusern, angeschlossen zu werden. Insbesondere ist es wenig geeignet, beispielsweise zum Händewaschen verwendet zu werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Filtercapsule zu schaffen, die zum einen einfach und kostengünstig herzustellen ist und die unter Verwendung von Hohlfasermembranen eine möglichst flache, kompakte Bauweise aufweist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Öffnungen der Hohlfasermembranen an einem Ende durch eine Klebeschicht verschlossen sind, dass eine erste Stirnfläche des Ringes an dem Ende, das den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen benachbart ist, an einem ringförmigen Ansatz des Gehäuseinnenraumes dichtend anliegt und seitlich nicht umgespült werden kann, und dass die den verschlossenen Enden der Hohlfasermembranen benachbarte zweite Stirnfläche des Ringes auf radial zur benachbarten Gehäusewandung angeordneten Rippen aufliegt und seitlich umspült werden kann. Dadurch, dass die Öffnungen der Hohlfasermembranen an einem Ende durch eine Klebeschicht verschlossen sind, wird auf einfache Art ein „Dead-End-Filter" erreicht, ohne zusätzliche Ventile mit entsprechenden Kanälen verwenden zu müssen. Gleichzeitig ist es nicht nötig, die geschlossene Seite des Filtereinsatzes bzw. des Ringes gegenüber dem Gehäuse abdichten zu müssen. Lediglich das offene Ende des Filtereinsatzes muss gegenüber dem Gehäuse bzw. dem Gehäuseinnenraum abgedichtet werden. Dadurch, dass die den verschlossenen Enden der Hohlfasermembranen benachbarte zweite Stirnfläche des Ringes auf radial zur benachbarten Gehäusewandung angeordneten Rippen aufliegt, kann sie seitlich gut umspült werden. Die erfindungsgemäße Filtercapsule weist einen einfachen, kostengünstigen Aufbau und zudem eine flache, kompakte Form auf, die besonders geeignet ist, um beispielsweise in Krankenhäusern an Wasserhähne angeschlossenen zu werden. Zugleich weist sie die guten Filtereigenschaften von Hohlfasermembranen auf. Als Hohlfasermembranen werden vorzugsweise solche aus polymeren Stoffen eingesetzt. Bevorzugt sind solche, die ausgewählt sind aus der Gruppe der Polysulfone, Polyethersulfone, Polyamide, Cellulose und deren Derivate sowie Gemische daraus. Als Hohlfasermembranen kommen poröse Membranen in Frage, vorzugsweise im Ultrafiltrations- und Mikrofiltrationsbereich, deren mittlere Porengröße auf den jeweiligen Anwendungszweck der Filtercapsule abgestimmt ist. Für den Einsatz der Filtercapsulen als Waschwassercapsulen sind poröse Membranen im Porenbereich von etwa 5 nm bis etwa 0,3 &mgr;m bevorzugt, wobei der Bereich von etwa 8 bis 20 nm besonders bevorzugt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Stirnfläche des Ringes gegenüber dem ringförmigen Ansatz des Gehäuseinnenraumes über ein Dichtungselement abgedichtet. Hierbei wird nur ein Dichtungselement benötigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtungselement an dem ringförmigen Ansatz des Gehäuseinnenraumes angeformt. Durch die Anformung des Dichtungselementes an das Gehäuse wird die Montage einer Filtercapsule vereinfacht und damit die Kosten reduziert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Packungsdichte der Hohlfasermembranen in dem Filtereinsatz mehr als 46%. Ein günstiger Filterdurchsatz bzw. Volumenstrom an Filtrat bei kompakter Bauweise der Filtercapsule wird erzielt, wenn die Packungsdichte zwischen 50% und 58% beträgt. Eine derartige Packungsdichte ist zudem kostengünstig herstellbar.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verhältnis der effektiv genutzten Membranlänge zum Durchmesser des Hohlfasermembranenbündels bzw. des Innendurchmessers des Ringes größer als 1:6. Gute Ergebnisse zeigen sich insbesondere, wenn das Verhältnis der effektiv genutzten Membranlänge zum Durchmesser etwa 1:4,6 beträgt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Filtereinsatz mit den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen zum Wasserzulauf hin in den Gehäuseinnenraum eingesetzt ist und gegenüber dem Gehäuse so abgedichtet, dass zugeführtes Wasser in die stirnseitigen Öffnungen der Hohlfasermembranen geleitet wird und seitlich aus den porösen Wandungen der Hohlfasermembranen gefiltert austritt und zu dem Wasserablauf geleitet wird.

Es ist grundsätzlich aber auch möglich, dass der Filtereinsatz mit den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen zum Wasserablauf hin in den Gehäuseinnenraum eingesetzt ist und gegenüber dem Gehäuse so abgedichtet ist, dass zugeführtes Wasser über die seitlichen Poren der Wandungen der Hohlfasermembranen in diese eintritt und gefiltert über deren dem Wasserablauf zugewandte Öffnungen austritt und zu dem Wasserablauf geleitet wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Wasserablauf durch eine Mehrzahl auf einer Kreisfläche im unteren Bodenbereich des Gehäuses angeordnete Austrittsöffnungen gebildet. Der Wasserablauf kann dabei im Bodenbereich außen eine zentrale, konvexe Abtropfnase aufweisen. Dabei kann eine einen Duschkopf ähnliche Wasserverteilung erzielt werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Bodenbereich des Wasserablaufes in den Gehäuseinnenraum hinein gewölbt oder kegelförmig ausgebildet, wobei die Austrittsöffnungen ringförmig an der tiefsten Stelle des Gehäuseinnenraumes angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung wird erreicht, dass innerhalb des Gehäuseinnenraumes kein bereits gefiltertes Wasser stehen bleibt und bei längerer Nichtbenutzung kontaminiert wird bzw. Keime sich ausbreiten können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind dabei die ringförmig angeordneten Austrittsöffnungen im Bodenbereich außen von einer ringförmigen Leitwandung umgeben. Durch die Leitwandung kann dem austretenden Wasser eine gewisse Richtung gegeben werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

1: eine Seitenansicht einer Filtercapsule im Schnitt,

2: eine Seitenansicht der Filtercapsule von 1,

3: eine Untersicht unter die Filtercapsule von 2 aus Richtung III,

4: eine Seitenansicht dreier Hohlfasern im Schnitt in vergrößerter Darstellung, wie sie bei einem Filtereinsatz entsprechend 1 eingesetzt werden,

5: eine Seitenansicht dreier Hohlfasermembranen im Schnitt und vergrößerter Darstellung, wie sie bei einem Filtereinsatz entsprechend 6 eingesetzt werden,

6: eine Seitenansicht im Schnitt einer weiteren Filtercapsule und

7: eine Seitenansicht einer Filtereinheit teilweise im Schnitt.

Eine Filtercapsule 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 2 mit einem Gehäuseoberteil 3 und einem Gehäuseunterteil 4 sowie aus einem Filtereinsatz 5.

Das Gehäuseoberteil 3 und das Gehäuseunterteil 4 umschließen einen Gehäuseinnenraum 6, in dem der Filtereinsatz 5 angeordnet ist. Das Gehäuseoberteil 3 weist an seiner in vertikaler Richtung oben liegenden Oberseite 7 einen Wasserzulauf 8 zum Anschluss an einen nicht dargestellten Wasserhahn auf. Das Gehäuseunterteil 4 weist an seiner in vertikaler Richtung unten liegenden Unterseite 9 einen Wasserablauf 10 auf.

Der Wasserablauf 10 wird durch eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 11 gebildet, die in einem unteren Bodenbereich 12 des Gehäuseunterteiles 4 auf einer Kreisfläche angeordnet sind. Der Wasserablauf 10 weist im Bodenbereich 12 außen eine zentrale, konvexe Abtropfnase 13 auf (siehe 1 bis 3).

Nach einer Ausführungsform entsprechend 6 ist der Bodenbereich 12' des Wasserablaufes 10' in den Gehäuseinnenraum 6' hineingewölbt bzw. im Beispiel kegelförmig ausgebildet, wobei die Austrittöffnungen 11' ringförmig an der tiefsten Stelle des Gehäuseinnenraumes 6' angeordnet sind. Die ringförmig angeordneten Austrittsöffnungen 11' sind im Bodenbereich 12' außen von einer ringförmigen Leitwandung 14 umgeben.

Der Filtereinsatz 5 besteht aus einem Ring 15, dessen Innendurchmesser von einem Hohlfasermembranenbündel 16 gefüllt ist. Die Anzahl der Hohlfasermembranen 17 liegt dabei im Ausführungsbeispiel bei etwa 12.600. Die einzelnen Hohlfasermembranen 17 weisen in ihren Wandungen 18 Poren von einer Größe von 15 nm auf. Die Packungsdichte im Beispiel liegt bei 51,8%. Das Verhältnis der effektiv genutzten Membranlänge 19 zum Innendurchmesser des Ringes 15 beträgt im Beispiel bei 70 mm Innendurchmesser und 15 mm effektiv genutzter Membranlänge 1:4,6.

Die Hohlfasermembranen 17 sind an ihren Enden miteinander und mit den Enden des Ringes 15 jeweils über eine Klebeschicht 20, 21, verbunden. Die stirnseitigen Öffnungen 22 der Hohlfasermembranen 17 sind an einem Ende durch die Klebeschicht 21 verschlossen.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist der Gehäuseinnenraum 6 an seinem Gehäuseunterteil 4 einen ringförmigen Ansatz 23 mit einem angeformten Dichtungselement 24 auf. Der Ring 15 wird dabei so in das Gehäuseunterteil 4 eingesetzt, dass seine erste Stirnfläche 25, die den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen 17 bzw. deren Öffnungen 22 benachbart ist, dichtend an dem ringförmigen Ansatz 23 bzw. dessen angeformten Dichtungselement 24 anliegt. Das Gehäuseoberteil 3 weist dabei radial zur benachbarten Gehäusewandung 26 angeordnete Rippen 27 mit jeweils einem Aufnahmeansatz 28 auf, auf denen die der ersten Stirnfläche 25 gegenüberliegende, zweite Stirnfläche 29 des Ringes 15 aufliegt. Der Ring 15 weist im Bereich der nicht mit Klebstoff bedeckten effektiv wirkenden Membranlängen 19 in seiner Ringwandung 30 seitliche Öffnungen bzw. Flussöffnungen 31 auf, um einen freien Zugang zu den Membranwandungen 18 zu gewährleisten.

Gemäß 1 ist der Filtereinsatz 5 somit mit den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen 17 zum Wasserablauf 10 hin in dem Gehäuseinnenraum 6 eingesetzt und gegenüber dem Gehäuse 2 bzw. dem Gehäuseunterteil 4 so abgedichtet, dass über den Wasserzulauf 8 zugeführtes Wasser über die Flussöffnungen 31 und über die seitlichen Poren der Wandungen 18 der Hohlfasermembranen 17 in diese eintritt und gefiltert über deren dem Wasserablauf 10 zugewandte Öffnungen 22 austritt und zu dem Wasserablauf 10 geleitet wird.

Gemäß der Ausführungsform nach 6 weist das Gehäuseoberteil 3' einen ringförmigen Ansatz 32 auf, auf dem die erste Stirnfläche 25 des Ringes 15 aufliegt. Das Gehäuseunterteil 4' weist dabei radial zur Gehäusewandung 26' angeordnete Rippen 33 auf, auf denen der Ring 15 mit seiner zweiten Stirnfläche 29 aufsitzt. Somit wird der Filtereinsatz 5 in diesem Beispiel mit den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen 17 zum Wasserzulauf 8' in den Gehäuseinnenraum 6' eingesetzt und ist gegenüber dem Gehäuse 2' bzw. dem Gehäuseoberteil 3' so abgedichtet, dass über den Wasserzulauf 8' zugeführtes Wasser in die stirnseitigen Öffnungen 22 der Hohlfasermembranen 17 geleitet wird und seitlich aus den porösen Wandungen 18 der Hohlfasermembranen 17 gefiltert austritt und zu dem Wasserablauf 10' geleitet wird.


Anspruch[de]
Filtercapsule (1, 1') insbesondere zum Anschluss insbesondere an einen Wasserhahn mit einem Gehäuse (2, 2'), das an seiner Oberseite (7) einen Wasserzulauf (8, 8') und an seiner der Oberseite (7) abgewandten Unterseite (9) einen Wasserablauf (10, 10') aufweist, und mit einem in einem Gehäuseinnenraum (6, 6') angeordneten Filtereinsatz (5), der einen mit seitlichen Flussöffnungen (31) versehenen und mit Hohlfasermembranen (17) gefüllten Ring (15) umfasst, wobei die Hohlfasermembranen (17) an ihren Enden jeweils über eine Klebeschicht (20, 21) mit den Enden des Ringes (15) verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Öffnungen (22) der Hohlfasermembranen (17) an einem Ende durch eine Klebeschicht (21) verschlossen sind,

dass eine erste Stirnfläche (25) des Ringes (15) an dem Ende, das den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen (17) benachbart ist, an einem ringförmigen Ansatz (32, 32) des Gehäuseinnenraumes (6, 6') dichtend anliegt und seitlich nicht umspült werden kann, und

dass die den verschlossenen Enden der Hohlfasermembranen (17) benachbarte zweite Stirnfläche (29) des Ringes (15) auf radial zur benachbarten Gehäusewandung (26, 26') angeordneten Rippen (27) aufliegt und seitlich umspült werden kann.
Filtercapsule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (25) des Ringes (15) gegenüber dem ringförmigen Ansatz (23, 32) des Gehäuseinnenraumes (6, 6') über ein Dichtungselement (24) abgedichtet ist. Filtercapsule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (24) an dem ringförmigen Ansatz (23) angeformt ist. Filtercapsule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsdichte der Hohlfasermembranen (17) in dem Filtereinsatz (5) mehr als 46% an Hohlfasermembranen (17) beträgt. Filtercapsule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsdichte zwischen 50% und 58% beträgt. Filtercapsule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der effektiv genutzten Membranlänge (19) zum Durchmesser des Hohlfasermembranenbündels (16) größer als 1:6 ist. Filtercapsule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der effektiv genutzten Membranlänge (19) zum Durchmesser etwa 1:4,6 ist. Filtercapsule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (5) mit den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen (17) zum Wasserzulauf (8') hin in den Gehäuseinnenraum (6') eingesetzt ist und gegenüber dem Gehäuse (2') so abgedichtet ist, dass zugeführtes Wasser in die stirnseitigen Öffnungen (22) der Hohlfasermembranen (17) geleitet wird und seitlich aus den porösen Wandungen (18) der Hohlfasermembranen (17) gefiltert austritt und zu dem Wasserablauf (10') geleitet wird. Filtercapsule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (5) mit den geöffneten Enden der Hohlfasermembranen (17) zum Wasserablauf (10) hin in den Gehäuseinnenraum (6) eingesetzt ist und gegenüber dem Gehäuse (2) so abgedichtet ist, dass zugeführtes Wasser über die seitlichen Poren der Wandungen (18) der Hohlfasermembranen (17) in diese eintritt und gefiltert über deren dem Wasserablauf (10) zugewandte Öffnungen (22) austritt und zu dem Wasserablauf (10) geleitet wird. Filtercapsule nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserablauf (10, 10') durch eine Mehrzahl auf einer Kreisfläche im unteren Bodenbereich (12, 12') des Gehäuses (2) angeordnete Austrittsöffnungen (11, 11') gebildet wird. Filtercapsule nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserablauf (10) im Bodenbereich (12) außen eine zentrale, konvexe Abtropfnase (13) aufweist. Filtercapsule nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (12') des Wasserablaufes (10') in den Gehäuseinnenraum (6') hinein gewölbt oder kegelförmig ausgebildet ist und die Austrittsöffnungen (11') ringförmig an der tiefsten Stelle des Gehäuseinnenraumes (6') angeordnet sind. Filtercapsule nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmig angeordneten Austrittsöffnungen (11') im Bodenbereich (12') außen von einer ringförmigen Leitwandung (14) umgeben sind.






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