AT393230B - Filterelement - Google Patents

Description

AT 393 230 B

Die Erfindung betrifft ein Filterelement, insbesondere zur Ausbildung von Filtern für Trinkwasserbrunnen, mit einem kreisringförmigen Grundköiper und mehreren, in dem Grundkörper in einer gleichmäßigen Verteilung ausgebildeten Durchgangsbohrungen, wobei auf der unteren bzw. oberen Fläche des Grundkörpers entlang des Umfanges gleichmäßig verteilte Erhöhungen und Vertiefungen ausgebildet sind.

Beim Erreichen der wasserführenden Schicht während des Abteufens von Trinkwasserbrunnen soll im Interesse der Gewinnung von Wasser geeigneter Qualität in den auszubauenden Brunnen ein Filter mit einer Länge, die der Mächtigkeit der wasserführenden Schicht entspricht, eingebaut werden, dessen Loch- bzw. Spaltgrößen abhängig von der Körnung der wasserführenden Schicht bestimmt werden sollen.

Bei der Herstellung der gegenwärtig meistverbreiteten Filter wird ein Kunststoffrohr in einer dichten Lochverteilung perforiert und dieses perforierte Rohr wird von außen mit einem Siebfiltergewebe bestimmter Lochgröße verkleidet. Zwischen das perforierte Rohr und das Siebfiltergewebe ist ein abstandshaltender Metalldraht auf das perforierte Rohr gewickelt

Einen der vorerwähnten Filterart ähnlichen Aufbau hat der sogenannte Spiraldrahtfilter, bei welchem auf ein perforiertes Metallrohr ein Draht mit Halbkreisquerschnitt mit einer gegebenen Steigung aufgewickelt ist und die gewünschte Spaltgröße durch die Abstände zwischen den einzelnen Wickelgängen gesichert wird.

Der Nachteil der vorerwähnten Filter besteht darin, daß ihre Herstellung umständlich und arbeitsaufwendig ist, und die so erzeugten Filter dementsprechend teuer sind. Ein weiterer Nachteil ist, daß für alle Spaltgrößen besondere Filter hergestellt werden müssen, wobei auch ihr hydraulischer Widerstand überaus groß ist.

Der sogenannte Ringfilter ist hauptsächlich in der Ölindustrie gebräuchlich. Es ist für seinen Aufbau charakteristisch, daß auf ein perforiertes Stahlrohr Ringe von außen in gleichen Spaltabständen angeschweißt sind. Es ist ein Nachteil dieses Filters, daß die Spalte zwischen den angeschweißten Ringen und die Perforation an dem Stahlrohr einen großen hydraulischen Widerstand bewirken und außerdem seine Herstellung arbeitsaufwendig und kostspielig ist.

Aus hydraulischer Hinsicht kann als eine der besten Filterarten der sogenannte Johnson-Filter betrachtet werden. Dieser Filter hat eine einheitliche Fläche, aber einen kontinuierlichen durchgehenden Spalt. Bei diesem Filter ist ein kaltgezogener Profildraht mit einem annähernd dreieckförmigen Querschnitt unter die Stäbe einer entlang einer Kreislinie in Längsrichtung angesetzten Stabreihe, ein Spiralgewinde bildend eingeschweißt. Bei allen Punkten, an welchen der Draht die Stäbe kreuzt, sind die beiden Elemente zuverlässig aneinander befestigt (Wassergewinnung II, Bohrbrunnen, Seite 120. Fig. 14, Technische Universität für Schwerindustrie, Miskolc -NME).

Bei allen vorerwähnten Lösungen handelt es sich also um Filter mit gegebenen Längs- und Spaltabmessungen, deren Herstellung kompliziert und kostspielig ist

Eine Vereinfachung und zugleich die Weiterentwicklung der vorstehenden Lösungen stellt eine aus Elementen aufgebaute Filterkonstruktion (z. B. in Form einer Filterdüse) dar, die aus zwei oder mehreren kreisringförmigen Filterelementen besteht, in denen Durchgangsbohrungen für die die aufeinandergeschichteten Filterelemente zusammenfassenden Befestigungselemente ausgebildet sind, wobei zwischen den einzelnen Elementen eine distanzhaltende Ausgestaltung oder ein Bauelement zur Sicherung der gegebenen Spaltgröße vorgesehen ist. Eine derartige Filterkonstruktion (Filterdüse) ist z. B. in der AT-PS 219 619 bzw. in der DE-OS 1 536 861 beschrieben.

Diese Lösungen ermöglichen eine einfache und billige Herstellung von Filterkonstruktionen und die Zusammenstellung von Filtern beliebiger Länge aus einheitlichen Filterelementen. Ein Mangel dieser Lösungen besteht jedoch darin, daß für alle Spaltgrößen besondere Filterelemente hergestellt werden müssen und außerdem die zwischen den Filterelementen befindliche freie Eintrittsfläche (Infiltrationsbereich) verhältnismäßig gering ist, wodurch die Größe der Durchflußmenge bzw. die Leistungsfähigkeit des Filters eingeschränkt wird.

Zur Behebung des ersterwähnten Mangels bietet die in der DE-PS 1 032 223 geoffenbarte Lösung eine Abhilfe.

Bei dieser Lösung sind die kreisringförmigen Grundkörper der Filterelemente auf der einen Seite mit einer Serie von verschiedenen tiefen Löchern und auf der anderen Seite mit gleich hohen Höckern (Erhebungen) versehen, wobei die Höcker jeweils in Löcher gleicher Tiefe eingreifen. Durch relative Verdrehung der Filterelemente können in dieser Weise aus den gleichen Filterelementen Filterdüsen verschiedener Spaltgröße ausgebildet werden. Diese Lösung behebt jedoch nicht das Problem der relativ geringen Eintrittsfläche bzw. die Verstopfungsgefahr, nachdem die Flüssigkeit vom Eintrittspunkt an bis zur Mitte des Filters zwischen ebenen Filterelementen in einem gleich großen Spalt strömt.

Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe ist also die Entwicklung eines solchen Filterelementes, durch dessen Anwendung Filter mit verschiedenen Spaltgrößen zusammengestellt werden können, d. h., die Entwicklung eines solchen vorgefertigten Filterelementes, aus dessen Serie ohne irgendeine Modifikation oder Umgestaltung des gegebenen Filterelementes eine Filterkonstruktion mit einer der jeweiligen Körnung der wasserführenden Schicht entsprechenden Spaltgröße ausgebildet werden kann, und zwar derart, daß nach einer Veränderung der Spaltgröße die auf eine Einheitslänge des ausgebildeten Filters bezogene freie Eintrittsfläche bei beliebiger Spaltgröße unverändert bleibt. Eine weitere Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll, ist die Vergrößerung der Eintrittsfläche des Eintrittsöffnungsquerschnittes und dadurch die Erhöhung der Durchflußmenge bei einer gegebenen Spaltgröße im Vergleich zu den herkömmlichen Brunnenspaltenfiltem. -2-

AT 393 230 B

Die gestellte Aufgabe wird dementsprechend durch ein Filterelement der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß der kreisringförmige Grundkörper durch kontinuierliche krumme Flächen nach irgendeiner periodischen Kurve begrenzt ist, wobei die Erhöhungen und Vertiefungen durch die Auswölbungen bzw. Höhlungen der krummen Flächen gebildet sind und der Grundkörper mit einem von dem Mantel nach innen, in 5 radialer Richtung abnehmenden Profilquerschnitt ausgebildet ist.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung können sich die Auswölbungen (Wellenhöhen) bzw. die Höhlungen (Wellentiefen) durch ein relatives Verdrehen der benachbarten Filterelemente um einen entsprechenden Winkel jeweils in einer anderen relativen Position aufeinander abstützen, sodaß in dieser Weise Filterkonstruktionen mit verschiedenen Spaltgrößen aus denselben Filterelementen zusammengestellt werden 10 können, ohne daß sich bei den so ergebenden verschiedenen Spaltgrößen die freie Eintrittsfläche verändert. Dadurch, daß der Grundkörper mit einem nach innen abnehmenden Profilquerschnitt ausgebildet ist, verringert sich der Strömungswiderstand und damit die Verstopfungsgefahr.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Radius des Bogens der die Erhöhungen bildenden Auswölbungen kleiner als der Radius der die Vertiefungen bildenden Höhlungen. Mit der Ausbildung der IS Auswölbungen und Höhlungen in einer geeigneten Verteilung bilden die sich ineinander hineinragenden Auswölbungen und Höhlungen in Abhängigkeit von der gegenseitigen Position der benachbarten Füterelemente Spaltöffnungen verschiedener Größe und Form.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn auf der Mantelfläche des kreisringförmigen Grundkörpers in Richtung der Mantellinie verlaufende Rillen ausgebildet sind. Diese Ausbildung wirkt vorteilhaft auf die Strömung des zu 20 filtrierenden Wassers zu den Spalten ein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlicher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den allgemeinen prinzipiellen Aufbau einer aus Filterelementen zusammengesetzten Brunnenfilterkonstruktion, Fig. 2 eine Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten Filterkonstruktion, Fig. 3 den Teil 25 (A) Fig. 2, vergrößert, Fig. 4 eine abgewickelte Darstellung eines aus durch krumme Flächen begrenzten erfindungsgemäßen Filterelementen bestehenden Filters, Fig. 5 eine abgewickelte Darstellung des in Fig. 4 dargestellten Filters, mit Filterelementen, die in eine andere relative Position verdreht sind, Fig. 6 eine abgewickelte Darstellung des in Fig. 4 dargestellten Filters, mit Filterelementen, die in eine weitere, neue relative Position verdreht sind, Fig. 7 eine axonometrische Darstellung von ineinander hineinragenden, durch mit 30 Erhöhungen und Vertiefungen verschiedener Krümmung versehenen krummen Flächen begrenzten, erfindungsgemäßen Filterelementen, vergrößert, Fig. 8 Filterelemente nach Fig. 7, im Vergleich zur vorangehenden Figur in eine andere relative Position verdreht, und Fig. 9 weitere relative Zusammenpassungsmöglichkeiten der in den vorangehenden Figuren dargestellten Filterelemente.

In Fig. 1 und 2 ist der allgemeine prinzipielle Aufbau einer aus Filterelementen zusammengesetzten 35 Brunnenfilterkonstruktion dargestellt. Fig. 1 zeigt zum Beispiel eine Filterkonstruktion (2), die aus drei Filterelementen (1) zusammengestellt ist, wobei die kreisringförmigen Grundkörper (3) der Filterelemente (1) von beiden Seiten durch solche Flächen begrenzt sind, die entlang des Umfanges in einer gleichmäßigen Verteilung, sich periodisch wiederholend mit Erhöhungen (4) (gegebenenfalls in Form von Zapfen verschiedener Höhe) und Vertiefungen (5) (gegebenenfalls in Form von Ausnehmungen verschiedener Tiefe) versehen sind, 40 sodaß durch eine Zusammenfassung der einzelnen Filterelemente (1) zwischen den Elementen (1) Spaltöffnungen (6) entstehen, deren Größe von der gegenseitigen Position der aufeinander liegenden Erhöhungen (4) und Vertiefungen benachbarten Filterelemente (1) abhängig ist. Das bedeutet, daß durch eine relative Verdrehung der Filterelemente (1) eine Filterkonstruktion (2) mit verschiedenen Spaltgrößen gebildet werden kann, d. h., daß aus denselben Filterelementen (1) eine Filterkonstruktion (2) mit einer der jeweiligen Körnung 45 der wasserführenden Schicht am besten entsprechenden Spaltgröße zusammenstellbar ist.

Die Grundkörper (3) der Filterelemente (1) sind mit gleichmäßig verteilten Durchgangsbohrungen (7) versehen und die einzelnen aufeinander gesetzten Filterelemente (1) sind mit Hilfe von durch diese Durchgangsbohrungen (7) hindurchgesteckten, an ihren Enden mit Gewinden und Muttem (9) versehenen Verbindungsstäben (8) zu einer Filterkonstruktion (2) zusammengefaßt. Die Verbindungsstäbe (8) befestigen 50 einerseits die Filterelemente (1) aneinander und andererseits erhöhen sie die Festigkeit der zusammengestellten Filterkonstruktion (2).

Wie in Fig. 3 vergrößert dargestellt, ist es vorteilhaft, wenn auf der äußeren Mantelfläche der Filterelemente in Richtung der Mantellinie zueinander parallel verlaufende Rillen (10) ausgebildet sind, die die Strömung der Flüssigkeit aus der wasserführenden Schicht zum Filter hin vorteilhaft beeinflussen. Die Tiefe der Rillen kann 55 zweckmäßigerweise zwischen 0,5 und 1,0 mm gewählt werden.

In den Figuren 4 bis 6 ist in einer abgewinkelten Darstellung eine Filterkonstruktion (11) dargestellt, die erfindungsgemäß aus solchen Filterelementen (12) zusammengestellt ist, deren kreisringförmige Grundkörper (13) auf beiden Seiten durch krumme Rächen nach irgendeiner periodischen Kurve begrenzt ist, wobei die Auswölbungen und Höhlungen (Wellenhöhen und Wellentiefen) Erhöhungen (14) und Vertiefungen (15) 60 bilden. Die Krümmung der in diesen Figuren dargestellten Erhöhungen (14) und Vertiefungen (15) ist gleich. Bei einer solchen Ausgestaltung bilden sich die Spaltöffnungen (16) zwischen den Filterelementen (12) so aus, daß die Erhöhungen (14) und die Vertiefungen (15) nicht oder nicht voll ineinandergreifen und die relative -3-

Claims (3)

1. AT 393 230 B Veränderung der Positionen der benachbarten Filterelemente (12) erfolgt entlang einer imaginären Teilungsebene zwischen den Grundkörpern der Filterelemente (12). Zur Arretierung der Filterelemente (12) in bestimmten Positionen ist es zweckmäßig, beiderseits auf den krummen Flächen bis zur Höhe der Teilungsebene Auflageflächen (17) auszubilden, die entlang des Umfanges in einer gleichmäßigen Verteilung verlegt werden. Durch die Auflageflächen (17) hindurch sind zweckmäßigerweise auch hier Durchgangsbohrungen (7) zur Aufnahme der die Filterkonstruktion (11) durch Schrauben (9) zusammenfassenden Verbindungsstäbe (8) ausgebildet. Die Abmessungen, die Krümmung und die Periodizität der Erhöhungen (14) und Vertiefungen (15) sind selbstverständlich so zu bestimmen, daß sie den bei den Wasserbrunnen üblichen Filterspaltgrößen entsprechende Maße ergeben, wie z. B. eine Spaltgrößenkombination von 0,3 mm · 0,6 mm - 0,9 mm. In den Figuren 7 bis 9 wird eine solche Variante der durch periodische krumme Fläche begrenzten Filterelemente vergrößert dargestellt, wo die Höhlungen und Auswölbungen der krummen Fläche mit einem voneinander abweichenden Krümmungsradius ausgebildet sind, d. h. der Radius der Krümmungsbögen der die Erhöhungen (14) bildenden Auswölbungen ist kleiner als jener der die Vertiefungen (15) bildenden Höhlungen. Durch eine Ausbildung der Auswölbungen und Höhlungen in einer geeigneten Verteilung bilden die ineinander hineinragenden Höhlungen und Auswölbungen abhängig von der gegenseitigen Position der benachbarten Filterelemente (12’) Spaltöffnungen (16') mit verschiedener Form und Größe, wie es aus den Figuren 7 bis 9 ersichtlich ist. In diesen Figuren kann die Veränderung der Spaltöffnung durch eine relative Verdrehung der Filterelemente (12') um 40 Grad gut beobachtet werden. Die bestimmten Positionen nach den einzelnen Verdrehungen werden auch hier durch die Auflageflächen (17) gesichert. Eine wellenförmige Ausbildung der Spaltöffnungen (16') bei einer gegebenen Spaltgröße und Filterdurchmesser vergrößert die Eintrittsfläche und erhöht dadurch die Durchflußmenge der Filterkonstruktion, während bei verschiedenen Spaltgrößen die freie Eintrittsfläche unverändert bleibt. Aus den im vorstehenden beschriebenen Filterelementen kann ein Filter beliebiger Länge zusammengestellt werden, und innerhalb einer gegebenen Filterlänge können sogar Filterbereiche mit verschiedenen Spaltgrößen ausgebildet werden. Der zusammengestellte Filter einer erwünschten Länge wird an seinen beiden Enden durch an sich bekannte, aus Metall durch Zerspannung ausformbare, außen oder innen mit Gewinden versehene Endstücke (18) zusammengefaßt und kann mit deren Hilfe an die in dem Brunnenbau allgemein gebräuchlichen Rohre angeschlossen werden, wie es auch in Fig. 1 angedeutet ist. Es ist noch zu bemerken, daß der Grundkörper (3 bzw. 13) des Filterelementes (1 bzw. 12) zweckmäßigerweise ein Trapezprofil aufweist, er kann aber auch mit einem beliebigen, von dem Mantel nach innen, in radialer Richtung abnehmenden Profilquerschnitt ausgebildet werden. Die erfindungsgemäßen Filterelemente können nach der Herstellung einer geeigneten Form oder eines Werkzeuges durch Stanzen, Spritzgießen, Gießtechnologie aus Kunststoff, Metall oder Leichtmetall gleicherweise hergestellt werden. Der Filter kann aus den erfindungsgemäßen vorgefertigten Filterelementen vormontiert oder auf dem Einsatzort leicht zusammengestellt werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Filterelement, insbesondere zur Ausbildung von Filtern für Trinkwasseibrunnen, mit einem kreisringförmigen Grundkörper und mehreren, in dem Grundkörper in einer gleichmäßigen Verteilung ausgebildeten Durchgangsbohrungen, wobei auf der unteren bzw. oberen Fläche des Grundkörpers entlang des Umfanges gleichmäßig verteilte Erhöhungen und Vertiefungen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisringförmige Grundkörper (13) durch kontinuierliche krumme Flächen nach irgendeiner periodischen Kurve begrenzt ist, wobei die Erhöhungen (14,14’) und Vertiefungen (15,15') durch die Auswölbungen bzw. Höhlungen der krummen Flächen gebildet sind und der Grundkörper (13) mit einem von dem Mantel nach innen, in radialer Richtung abnehmenden Profilquerschnitt ausgebüdet ist.
2. 2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Bogens der die Erhöhungen (14') bildenden Auswölbungen kleiner ist als der Radius der die Vertiefungen (15') bildenden Höhlungen. -4- 5 AT 393 230 B
3. 3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche des kreisringförmigen Grundkörpers (13) in Richtung der Mantellinie verlaufende Rillen (10) ausgebildet sind. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen -5-