AT516379B1

AT516379B1 - Filtervorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: AT516379B1
Application number: ATA50127/2015A
Authority: AT
Inventors: Friedrich Dipl Ing Dr Kastner
Original assignee: Next Generation Analytics Gmbh
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-05-15
Also published as: DE102016202489A1; AT516379A4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung umfassend einen Einlassraum, einen Auslassraum, ein Filtersystem, welches Einlassraum und Auslassraum trennt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassraum mindestens eine Flüssigkeitszuführung und mindestens einen Flüssigkeitsabfluss umfasst und der Auslassraum keine Flüssigkeitszuführung und mindestens einen Flüssigkeitsabfluss umfasst. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein diesbezügliches Filterverfahren.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung und ein Filterverfahren zum Filtern von viskosen Flüssigkeiten, insbesondere flüssigen Kunststoffen.

[0002] Zum Entfernen von Verunreinigungen, wie z.B. Metalle, Sande, Stäube oder Gelpartikel aus viskosen Flüssigkeiten, z.B. Kunststoffen in flüssiger Form, werden in der Regel Filter verwendet, womit mit dem Begriff „Filter“ im Sinne der Erfindung auch Siebe umfasst sind.

[0003] Bei den bisher bekannten Verfahren werden die Flüssigkeiten durch einen Filter gepresst. Zur Reinigung des Filters werden diese oftmals ausgetauscht. Alternativ werden Filter auch mittels eines Schiebers gereinigt, wobei der Schieber über die Filteroberfläche geführt wird und dabei Verunreinigungen an den Rand schiebt, welche den Filter ansonsten verstopfen würden.

[0004] Nachteil der bisher verwendeten Vorrichtungen und Verfahren ist, dass in der Regel ein großer Teil der Verunreinigungen mit der viskosen Flüssigkeit direkt oder durch den Filter durch den Filter gedrückt werden. Insbesondere werden Gelpartikel durch den Schieber zerkleinert und anschließend die Teile durch den Filter gedrückt.

[0005] DE 102012100641 A1 betrifft eine Filtriervorrichtung zur Großflächenfiltration von Fluiden, die wenigstens ein Gehäuse mit wenigstens einem Eintrittskanal und wenigstens einem Austrittskanal und ein längs zu einer Gehäusebohrung verschiebbares Filterträgerelement mit wenigstens einem Filtereinsatz, welcher in einer Produktionsstellung in einer Filterkammer zwischen dem Eintrittskanal und dem Austrittskanal des Gehäuses anzuordnen ist, umfasst, wobei der Filtereinsatz ein durchströmbares Basiselement aufweist, aus dem heraus ein Fluidstrom auf mehrere Einzelfilterelemente verzweigt bzw. in der mehrere Fluidströme aus den Einzelfilterelementen vereinigt werden.

[0006] EP 1645396 A2 beschreibt eine Filtervorrichtung für eine Verarbeitungsanlage von thermoplastischem Kunststoff, mit einem Gehäuse, das einen Einlass, einen Auslass sowie eine Rückspülöffnung aufweist und in dem eine einen ersten und einen zweiten Filterabschnitt aufweisende Filtereinheit ausgebildet ist, der über den Einlass der zu filternde Kunststoff zuführbar ist und die den gefilterten Kunststoff in einen Filterbereich abgibt, der mit dem Auslass verbindbar ist.

[0007] US 4755290 A offenbart eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Filtern einer Kunststoffschmelze, die ein Spülen des Filters ohne Unterbrechung des kontinuierlichen Betriebs ermöglicht. Die Filteranordnung besteht aus einer Beckenplatte und Lochplatte, zwischen denen Filter angeordnet sind.

[0008] US6216880 B1 betrifft eine Filtereinrichtung zur Abscheidung von Partikelmaterial aus einer Kunststoffschmelze, die ein Körperelement mit wenigstens einer Filterkammer und einen Strömungskanal zwischen den Einlass- und Auslassseiten aufweist.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Filtervorrichtung und ein Filterverfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, eine verbesserte und vereinfachte Filterung viskoser Flüssigkeiten vorzunehmen.

[0010] Diese Aufgabe wird durch eine Filtervorrichtung und ein Filterverfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.

[0011] Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung umfasst einen Einlassraum, einen Auslassraum, ein Filtersystem, welches Einlassraum und Auslassraum trennt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassraum mindestens eine Flüssigkeitszuführung und mindestens einen Flüssigkeitsabfluss umfasst und der Auslassraum keine Flüssigkeitszuführung und mindestens einen Flüssigkeitsabfluss umfasst.

[0012] Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist der Filter dermaßen angeordnet, dass die Anströmrichtung der Flüssigkeit relativ zur Flächennormalen des Filters in einem Winkel zwi- sehen 10° und 90°, insbesondere zwischen 30° und 70°, verläuft. Der Filter steht also bevorzugt schräg zur anströmenden Flüssigkeit.

[0013] Das erfindungsgemäße Filterverfahren zum Filtern von viskosen Flüssigkeiten umfasst die Schritte: [0014] - Anströmen der viskosen Flüssigkeit an ein Filtersystem, wobei der durch den Fluss der Flüssigkeit auf die Fläche des Filters ausgeübte Druck P(F) kleiner ist als der Druck des Flusses dieser Flüssigkeit auf eine Fläche orthogonal zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit P(S), und insbesondere P(F)/P(S) < 90%, besonders bevorzugt P(F)/P(S) < 70%, gilt.

[0015] - Abführen der durch das Filtersystem hindurchgetretenen Flüssigkeit.

[0016] - Ab- oder Rückführen der nicht durch das Filtersystem hindurchgetretenen Flüssigkeit.

[0017] Selbstverständlich berücksichtigt P(F) auch den Druck der durch das Filtersystem hindurchtretenden Flüssigkeit, da die Formulierung „Fläche des Filters“ nicht die Filterfläche (Löcher ausgenommen) umfasst sondern die gesamte Fläche, an der das Filtersystem angeordnet ist inclusive der Öffnungen des Filtersystems. Geeignet wäre auch hier die Bezeichnung „das das Filtersystem überdeckende geschlossene Flächenelement“.

[0018] Der Einlassraum ist zunächst lediglich ein Raum, durch den die einlaufende Flüssigkeit strömt. Genauso ist ein Auslassraum lediglich ein Raum, durch den auslaufende Flüssigkeit strömt. Diese beiden Räume können je nach Anwendung besonders gestaltet sein, aber in einer einfachen Anwendung auch nur einem Abschnitt eines Rohres entsprechen. Im Folgenden wird auch der Begriff „Einlassbereich“ verwendet. Dies ist der Bereich des Einlassraums, in dem die einströmende Flüssigkeit eintrifft und mit dem Filter in Kontakt kommt.

[0019] Notwendig ist für die Erfindung lediglich, dass Einlassraum und Auslassraum durch das Filtersystem getrennt ist, so dass Flüssigkeit nur durch das Filtersystem vom Einlassraum in den Auslassraum gelangen kann.

[0020] Die Flüssigkeitszuführung umfasst zunächst jegliche Vorrichtung, welche Flüssigkeit in den Einlassraum zuführen kann. Auch wenn sie für bevorzugte Ausführungsformen besonders gestaltet sein kann, kann sie in einem einfachen Fall durch den Bereich eines Rohres gebildet sein, welches einen Einlassbereich übergeht.

[0021] Der Flüssigkeitsabfluss umfasst zunächst jegliche Vorrichtung, welche Flüssigkeit aus einem der beiden Räume abfließen lässt. Ausgenommen ist selbstverständlich der Durchfluss durch den Filter, der nicht als Flüssigkeitsabfluss in diesem Sinne angesehen wird. Auch wenn er für bevorzugte Ausführungsformen besonders gestaltet sein kann, kann er in einem einfachen Fall durch den Bereich eines Rohres gebildet sein, welches aus einem Ein- oder Auslassbereich entspringt.

[0022] Bevorzugt besteht zwischen einem Flüssigkeitsabfluss des Einlassbereichs und einem Flüssigkeitsabfluss des Auslassbereichs kein direkter Kontakt, um eine Verunreinigung der gefilterten Flüssigkeit zu verhindern. Je nach Ausführungsform kann es jedoch trotzdem bevorzugt sein, wenn zwischen einem Flüssigkeitsabfluss des Einlassbereichs und einem Flüssigkeitsabfluss des Auslassbereichs kontakt besteht, z.B. durch einen weiteren Filter oder sonstiger Reinigungsvorrichtungen.

[0023] Der Flüssigkeitsabfluss des Einlassbereichs ist der Grund für den Druckunterschied bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Die Flüssigkeit drückt nicht mit dem gesamten Druck auf den Filter sondern ein Teil der Flüssigkeit bewegt sich durch den Flüssigkeitsabfluss des Einlassbereichs heraus und tritt nicht durch den Filter hindurch. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Filter relativ zum Flüssigkeitsfluss schräg angeordnet, so dass ein möglichst großer Anteil der Flüssigkeit mit dem Filter in Berührung kommt und die Möglichkeit besteht, dass dieser Anteil (oder ein Teil dessen) durch den Filter hindurchtreten kann.

[0024] Verunreinigungen werden von der am Filter vorbeiströmenden Flüssigkeit mitgenommen und treten nicht durch den Filter hindurch, was auch durch den Druckunterschied erreicht wird: Es entsteht nicht ausschließlich eine Strömung durch das Filtersystem hindurch, sondern auch eine Strömung am Filtersystem entlang.

[0025] Auf diese Weise kann ein Teil der Flüssigkeit zusammen mit den Verunreinigungen durch den Flüssigkeitsabfluss des Einlassbereichs aus dem Einlassbereich austreten, ohne den Filter passieren zu müssen.

[0026] Der Einlass der Flüssigkeit zum Einlassbereich kann an einer vorbestimmten Position erfolgen oder auch mittels eines Einspeisungsverteilers. Es ist für einige Ausführungsformen auch bevorzugt, dass die Flüssigkeitszuführung so gestaltet ist, dass sie relativ zum Filter, dem Rest der Vorrichtung und/oder den Flüssigkeitsabflüssen bewegbar, insbesondere drehbar, angeordnet ist.

[0027] Als Filter können im Grunde alle Medien verwendet werden, welche aus einem Basismaterial bestehen das mit Öffnungen versehen ist.

[0028] Bevorzugte Filter umfassen mit Öffnungen versehene Platten, Faserverbünde (gewirkt, gestickt, gewebt Stapelfaservliese, genadelt, kalandriert, oder Gitter (z.B. Siebe). Die Öffnungen können gelasert, gestanzt, gebohrt oder geätzt sein. Die Filter können gewebt, gestrickt, kalandriert, als Stapelfaservliese genadelt und oder kalandriert, aus festen Materialien gesintert oder mittels Verpressen von Fasern hergestellt sein.

[0029] Des Weiteren enthalten bevorzugte Filter Partikel, welche zum Filtern der jeweiligen viskosen Flüssigkeit geeignet sind, insbesondere Partikel der Gruppe metallische und/oder keramische Partikel, Sande, Salze und Kunststoffpartikel.

[0030] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Partikel oberflächenmodifiziert, so dass sie eine Oberfläche aufweisen, welche durch eine Behandlung vergrößert oder mit zusätzlichen Stoffen versehen wurde. Insbesondere ist die Oberfläche der Partikel hydrophob oder hydrophil gestaltet.

[0031] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die auch eine eigenständige Erfindung ohne die oben genannte Filtervorrichtung darstellen kann, und gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Reinigungswirkung und einen verbesserten Schutz vor einem unerwünschten Partikeldurchgang bietet, wird der Filter mittels einer Platte gebildet, in die Löcher eingebracht sind (Siebplatte), wobei die Stirnseiten der Löcher relativ zur Längsachse des Filters geneigt sind und/oder die Wandungen der Löcher relativ zur Orthogonalen der Längsachse des Filters geneigt sind. Diese Neigung ist insbesondere größer als 10°, bevorzugt größer als 30°, in einigen Anwendungen bevorzugt größer als 60° und kann im Falle der Stirnseiten auch 90° oder größer betragen.

[0032] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Orientierung des Filters relativ zur vorbestimmten Anströmrichtung der Flüssigkeit so, dass die Flüssigkeit nicht orthogonal auf den Filter trifft, sondern der Filter ist dermaßen angeordnet, dass die Strömungsrichtung der Flüssigkeit relativ zur Flächennormalen des Filters in einem Winkel zwischen 30° und 90° verläuft.

[0033] In Zusammenwirkung mit der vorangehend beschriebenen Ausführungsform sind die Löcher relativ zum Flüssigkeitsstrom so ausgerichtet, dass die Flächennormale der geneigten Stirnseiten und/oder die Achsen der Seitenwände in Fließrichtung des Flüssigkeitsstroms geneigt sind, also von der Einströmposition fort zeigen.

[0034] Bevorzugt sind die Löcher im Filter dermaßen angeordnet, dass sich die Form einer Reibe ergibt.

[0035] Dies verbessert den oben beschriebenen Effekt weiter. Durch die zweite Strömungsrichtung der Flüssigkeit am Filter entlang in Richtung Flüssigkeitsabfluss des Einlassbereichs werden Verunreinigungen mitgenommen und können durch die besondere Anordnung bzw. Ausformung der Löcher auf ihrem Weg nicht mehr durch den Filter hindurch bewegen. Auch ein Hängenbleiben von Partikeln oder Gelaten wird durch die besondere Form bzw. Anordnung der Löcher verhindert.

[0036] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Filter eine gekrümmte Form und sind insbesondere parallel zueinander angeordnet, wie beispielsweise zwei parallele Zylindermäntel. Eine konzentrische Anordnung ist dabei bevorzugt.

[0037] Ebenso ist eine konische Form von Filtern bevorzugt, welche insbesondere ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind, wie z.B. auf zwei parallelen Kegelmänteln.

[0038] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens drei Filter um einen zentralen Filter, insbesondere auf einer drehbaren Fläche, angeordnet. Die Anordnung ist bevorzugt strahlenförmig, wobei die Filter nicht parallel zu den Strahlen orientiert sind sondern in jeweils gleichen Drehsinn verkippt, so dass von oben das Bild eines Wirbels entsteht.

[0039] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Boden des Einlassraums das Filtersystem oder dieser Boden wird zumindest Teilweise durch das Filtersystem gebildet. Dies hat den Vorteil, dass die einlaufende Flüssigkeit alleine durch ihrer Schwerkraft durch das Filtersystem gedrückt wird, während sie durch den Einlassraum zum Flüssigkeitsabfluss des Einlassraumes fließt.

[0040] Die Flüssigkeitszuführung ist bevorzugt zentral über dem Filtersystem angebracht oder an der Seite des Einlassraums und erfolgt insbesondere parallel zur Flächennormalen des Filtersystems (Einströmung von oben auf das Filtersystem) oder orthogonal zur Flächennormalen des Filtersystems (Einströmung seitlich zum Filtersystem).

[0041] Um bei vorgegebener Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit und kompakter Bauform der Vorrichtung eine längere Verweildauer der Flüssigkeit über dem Filtersystem zu ermöglichen, sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform über dem Filtersystem Strömungselemente angebracht, welche die Strömung der Flüssigkeit regeln, so dass sie nicht auf direktem Weg zum Flüssigkeitsauslass des Einlassraum fließt. Bevorzugte Strömungselemente haben eine Wendel- oder Serpentinenform.

[0042] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, welche eine besonders kompakte Bauform ermöglicht, sind die Strömungselemente in Form mindestens eines Wendeis angeordnet. Von der Flüssigkeitszuführung, die bevorzugt zentral über dem Filtersystem angeordnet ist, fließt die Flüssigkeit in den Einlassbereich ein und wird über dem Filtersystem in eine spiralige Flussrichtung gedrängt, insbesondere von außen nach innen oder von innen nach außen, so dass sie, insbesondere über 90% des Weges vom Flüssigkeitseinlass zum Flüssigkeitsabfluss des Einlassraums, über das Filtersystem strömt. Am Ende ihres Weges, also bevorzugt im Zentrum oder am Rand des Wendeis, ist mindestens ein Flüssigkeitsauslass angeordnet, um die restliche Flüssigkeit, in der sich Schmutzteilchen angereichert haben, aus dem Einlassraum abzuführen.

[0043] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, welche eine besonders kompakte rohrartige Bauform ermöglicht, sind die Strömungselemente in Form mindestens einer Serpentine angeordnet. Von der Flüssigkeitszuführung, die bevorzugt an einem Rand des (insbesondere langgezogenen) Filtersystems angeordnet ist, fließt die Flüssigkeit in den Einlassbereich ein und wird über dem Filtersystem in alternierender Flussrichtung geführt, insbesondere jeweils orthogonal zur resultierenden Flussrichtung bzw. der Ausrichtung des Rohres, welches den Einlassraum bildet (z.B. wechselseitig nach rechts und links). Am Ende ihres Weges, also bevorzugt am Ende des Rohres, ist mindestens ein Flüssigkeitsauslass angeordnet, um die restliche Flüssigkeit, in der sich Schmutzteilchen angereichert haben, aus dem Einlassraum abzuführen.

[0044] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungselemente so gestaltet, dass sie nicht die gesamte Flüssigkeit leiten, sondern auch eine Strömung unter oder über ihnen stattfinden kann. Auf diese Weise wird der statische Druck der Flüssigkeit auf den Filter weiter reduziert.

[0045] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, welche eine sehr einfache und trotzdem wirkungsvolle Ausführung der Erfindung erlaubt, ist ein Filtersystem dermaßen in einem Rohr angeordnet, dass, relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit, hinter dem Filtersystem das Rohr in zwei Flüssigkeitsabflüsse unterteilt ist oder ein Flüssigkeitsabfluss vor dem Rohr abzweigt und ein Flüssigkeitsabfluss weiter im Rohr verläuft, wobei einer dieser Flüssigkeitsabflüsse direkt mit dem Einlassbereich verbunden ist und ein anderer erst nach Durchgang durch das Filtersystem erreicht wird (und dies dann Auslassbereich und Flüssigkeitsabfluss des Auslassbereichs darstellt).

[0046] Besonders bevorzugt ist dabei, dass Filtersystem schräg im Rohr anzuordnen, so dass es zu dessen Querschnittsfläche (bzw. orthogonal zur Strömungsrichtung) insbesondere in einem Winkel zwischen 10° und 90°, insbesondere zwischen 30° und 70°, geneigt ist.

[0047] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsform hat ein Filtersystem die Form einer Spirale und die Vorrichtung ist dermaßen ausgeformt, dass die hindurchlaufende Flüssigkeit an einer Wandung dieser Spirale bis zu einem Flüssigkeitsabfluss fließt und die durch das Filtersystem hindurchgegangene Flüssigkeit durch einen anderen Flüssigkeitsabfluss abfließt. Auf diese Weise lässt sich im Vergleich mit der vorangegangenen Ausführungsform die Filterfläche auf kleinem Gesamtraum vergrößern.

[0048] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Filter relativ zur Flüssigkeit bewegt, bzw. umfasst die Filtervorrichtung ein Bewegungssystem, welches dazu ausgelegt ist, Filter zu bewegen.

[0049] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst dieses Bewegungssystem ein Fördersystem, welches dazu ausgelegt ist, den Filter, der in diesem Falle insbesondere die Form eines Bandes oder einer Vielzahl von Filterelementen hat, in einer Richtung zu bewegen, so dass bereits verwendete Teile des Filters (bzw. Filterelemente) aus dem Flüssigkeitsstrom entnommen werden und nicht verwendete Teile des Filters (bzw. Filterelemente) in den Flüssigkeitsstrom hineinbewegt werden.

[0050] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere mit dem oben genannten Fördersystem kombiniert werden kann, umfasst das Bewegungssystem ein Vibrationssystem, welches dazu ausgelegt ist, mindestens einen Filter mit einer Frequenz von > 1 Hz hin- und herzubewegen. Dies dient zur kurzzeitigen, lokalen Herabsetzung der Viskosität der Flüssigkeit. Je nach Art der Flüssigkeit und der Viskosität ist es dabei von Vorteil, dass die Vibration mit einer Frequenz > 50 Hz oder gar > 200 Hz erfolgt. Als obere Grenze der Frequenz ist insbesondere 100 kHz sinnvoll, da ab einer gewissen Frequenz zunehmend Störeffekte auftreten.

[0051] Es ist auch bevorzugt, dass diese Vibrationsbewegung eines Filters relativ zu einem anderen Filter stattfindet. Auf diese Weise ist es möglich, Gelpartikel zu zerkleinern, welche in die Filterdurchlässe eingedrungen sind.

[0052] Bevorzugt erfolgen die Vibrationen bezüglich des Filters transversal (orthogonal zur Flächennormalen) und/oder normal (parallel zur Flächennormalen).

[0053] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst dieses Bewegungssystem ein Rotationssystem (insbesondere in Kombination mit den vorangehenden Ausführungsformen), welches dazu ausgelegt ist, mindestens zwei Filter relativ zueinander zu drehen. Dies hat den Vorteil, dass einerseits die Viskosität der umgebenden Flüssigkeit herabgesetzt werden kann und ebenfalls Gelpartikel, welche in die Filterdurchlässe eingedrungen sind, zerkleinert werden können.

[0054] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Filtervorrichtung ein Temperiersystem, welches dazu ausgelegt ist, mindestens einen Filter zu erwärmen, insbesondere ein Filter, der mit der einströmenden Flüssigkeit direkt in Kontakt steht. Durch die Erwärmung kann die Viskosität der Flüssigkeit kurzfristig herabgesetzt werden und ein einfacher Durchgang durch den Filter erfolgen. Die Temperatur wird vorzugsweise so gewählt, dass die innere Viskosität von Verunreinigungen, welche auf diese Temperatur erwärmt werden (z.B. von gelförmigen Verunreinigungen) nicht oder zumindest nicht in gleichem Maße herabgesetzt wird, wie die Viskosität der Flüssigkeit.

[0055] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die viskose Flüssigkeit mit Zusätzen vermischt, welche die Viskosität vermindern oder erhöhen. Bevorzugt ist dabei eine Zugabe von Monomeren, insbesondere in dem Falle, dass die viskose Flüssigkeit ein Kunststoff ist, sind dabei die Monomere bevorzugt von der Art, wie sie auch in den Polymerketten des Kunststoffs Vorkommen. Die Monomere können dabei von identischem chemischen Aufbau sein, bei einigen Ausführungen kann es auch von Vorteil sein, wenn Monomere mit unterschiedlichem chemischen Aufbau verwendet werden (jedoch insbesondere nur insofern diese Monomere auch in den Polymerketten des Kunststoffs enthalten sind. Die Zugabe von Monomeren hat den Vorteil, dass die Viskosität erniedrigt wird und diese nach dem Filtervorgang aber nicht zwingend entfernt werden müssen sondern einfach mit den Polymeren verbunden werden können.

[0056] Zur Reinigung des Filters kann die Flüssigkeit selber verwendet werden. Die Kraft, die auf Verunreinigungen wirkt, ist dabei abhängig von der Viskosität der Flüssigkeit und der Fließgeschwindigkeit. Ein physikalischer Zugang zu dieser Materie ist jedoch kompliziert, und eine quantitative Definition des Verhältnisses von Fließgeschwindigkeit und Viskosität würde den Rahmen dieser Erfindung sprengen. Es ist dem Fachmann jedoch durch Messungen des Drucks zwischen Einlasssystem und Auslasssystem und/oder durch visuelle Überprüfung möglich, den Zustand des Filters bezüglich einer Bedeckung oder Verstopfung mit Verunreinigungen zu überprüfen. Viskosität und/oder Fließgeschwindigkeit werden dann so eingestellt, dass diese Verunreinigungen mit der Flüssigkeit, welche nicht durch den Filter gedrungen ist, mitgenommen werden.

[0057] Da bei einigen Anwendungen die Viskosität der Flüssigkeit nicht verändert werden sollte, ist es in diesen Fällen von Vorteil, wenn alleine die Fließgeschwindigkeit diesbezüglich geregelt wird.

[0058] Der Vorteil an dieser Ausführungsform ist, dass keine zusätzlichen Reinigungselemente verwendet werden müssen und ein Austausch des Filters herausgeschoben werden kann oder gar unnötig wird. Durch die Querströmung und die besondere Ausführung der Filterplatten wird der Filter ständig gereinigt.

[0059] Der Teil der Flüssigkeit, welcher durch den Flüssigkeitsabfluss des Einlassraums aus-tritt, trägt im Vergleich zur einströmenden Flüssigkeit eine erhöhte Konzentration der Verschmutzung mit sich. Zum einen, weil ein Teil der Flüssigkeit durch den Filter gedrungen ist, und die Schmutzteilchen nicht, zum anderen, weil die Flüssigkeit Schmutzteilchen vom Filter mitgenommen hat.

[0060] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser Flüssigkeitsanteil ausgesondert oder durch einen weiteren Filter gefiltert. Dieser weitere Filterungsschritt kann durch eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgen und/oder einen qualitativ sehr hochwertigen Filter. Mit einem qualitativ sehr hochwertigen Filter könnte es bei einigen Anwendungen auch möglich sein, eine herkömmliche Filtervorrichtung zu verwenden. Es wäre auch eine Rückführung des Flüssigkeitsstroms möglich. Mittels der erneuten Filterung des Flüssigkeitsstroms kann Material zurückgewonnen werden.

[0061] Wie oben beschrieben wird, findet eine Aufspaltung des initialen Flüssigkeitsstroms statt. Der eine Teil fließt durch das Filtersystem und enthält näherungsweise keine Verunreinigungen mehr (im Folgenden auch als „Filtrat“ bezeichnet), der andere Teil (im Folgenden als „Restflüssigkeit“ bezeichnet) fließt durch den Flüssigkeitsabfluss des Einlassraums und enthält die Verunreinigungen, die nun in vergleichsweise hoher Konzentration in der Restflüssigkeit vorliegen.

[0062] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, welche einen Druckfiltertest auch bei Anwendung der vorliegenden Erfindung erlaubt, umfasst die Vorrichtung ein Sensorsystem, welches dazu ausgelegt ist, an zumindest einem Teil der Restflüssigkeit einen Druckfiltertest durchzuführen und zusätzlich den Fluss (Volumen/Zeit) der initialen Flüssigkeit zu bestimmen. Zudem ist die Vorrichtung zusätzlich dazu ausgelegt, zu bestimmen, in welchem Maße eine Konzentrationssteigerung von Verunreinigungen in der Restflüssigkeit verglichen mit der initialen Flüssigkeit stattgefunden hat.

[0063] Die Bestimmung der Konzentrationssteigerung kann in der einfachsten Ausführung dadurch bestimmt werden, dass zuvor an der initialen Flüssigkeit ein Druckfiltertest durchgeführt wurde und das Ergebnis dieser Messung zusammen mit der Annahme, dass dieser Wert für die gesamte initiale Flüssigkeit gilt, zusammen mit einer Messung eines representativen Teils der Restflüssigkeit als Konstante für die normale Konzentrationssteigerung verwendet werden. Liegt nun bei Vergleichsmessungen der Anteil an Verunreinigungen über der Messung des o.g. representativen Teils, kann auf einen entsprechend höheren Anteil an Verschmutzung in der initialen Flüssigkeit geschlossen werden.

[0064] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Sensorsystem zusätzlich dazu ausgelegt, den auf das Filtersystem wirkenden Druck zu bestimmen. Damit kann eine zunehmende Verschmutzung des Filters ermittelt werden.

[0065] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sensorsystem zusätzlich dazu ausgelegt, den Fluss der Restflüssigkeit und/oder den Fluss des Filtrats zu bestimmen. Auf diese Weise wird zusammen mit der Flussmessung der initialen Flüssigkeit für ein bestimmtes Volumenelement der Flüssigkeit bestimmt, welcher Anteil Filtrat und welcher Anteil Restflüssigkeit ist. Nach dem Druckfiltertest an dem betreffenden Volumenelement der Restflüssigkeit kann genau berechnet werden, welcher Anteil an Verunreinigungen in der initialen Flüssigkeit vorlag.

[0066] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Druckfiltertest an einem Volumen der Restflüssigkeit zumindest dieses Volumen im Hinblick auf den statischen Druck von dem Flüssigkeitsabfluss des Einlassraums entkoppelt. Dies hat den Vorteil dass eine Druckmessung im Rahmen des Druckfiltertests nicht durch den Druck der übrigen Flüssigkeit verfälscht wird und zudem kein Druckanstieg am Filtersystem durch den Druckfiltertest stattfindet. Eine solche Entkopplung kann durch Entnahme des betreffenden Volumens der Restflüssigkeit oder durch Einbau einer Flüssigkeitspumpe hinter dem Flüssigkeitsabfluss des Einlassraums bewerkstelligt werden.

[0067] Insbesondere mit dieser Ausführungsform ist ein Druckfiltertest im laufenden Betrieb möglich, wobei in Verbindung mit den vorangehenden Ausführungsformen sogar auf den Grad der Verschmutzung der initialen Flüssigkeit geschlossen werden kann. Es ist also ein Online-Monitoring der einlaufenden Flüssigkeit möglich.

[0068] Die Vorrichtung ist im Grunde auch für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität (<5 mPa s) geeignet, ihr Vorteil zeigt sich aber besonders bei Flüssigleiten mit Viskositäten > 5 mPas insbesondere > 100 mPa s. Die obere Grenze für die Viskosität liegt dabei dort, wo nicht mehr von einem Fließen im herkömmlichen Sinn gesprochen werden kann, insbesondere liegt die Viskosität unterhalb 1.000.000.000.000 mPa s.

[0069] Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung sind in den Abbildungen dargestellt.

[0070] Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform; [0071] Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform; [0072] Fig. 3 zeigt schematisch eine dritte bevorzugte Ausführungsform; [0073] Fig. 4 zeigt schematisch einen bevorzugten Filter in Wendelform von oben; [0074] Fig. 5 zeigt schematisch den Filter in Wendelform in Seitenansicht; [0075] Fig. 6 zeigt schematisch einen bevorzugten Filter; [0076] Fig. 7 zeigt schematisch einen weiteren bevorzugten Filter.

[0077] In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt, welche eine sehr einfache und trotzdem wirkungsvolle Ausführung der Erfindung erlaubt. In einem Rohr ist ein Filtersystem 4 dermaßen angeordnet, dass es einen im Rohr abgetrennten Auslassbereich 2 überdeckt. Der Rohrbereich vor dem Filtersystem kann als Einlassbereich 1 angesehen werden und ein weiterer hinter dem Filtersystem abgetrennter Bereich des Rohres, welcher nicht von dem Filter verschlossen wird ist der dem Einlassbereich zugeordnete Flüssigkeitsabfluss 3. Das Filtersystem 4 ist dabei schräg im Rohr angeordnet und umfasst ein obenliegendes Sieb und eine untenliegende Siebstützplatte.

[0078] Figur 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei der das Filtersystem 4 die Form einer Spirale hat. In dem dargestellten Fall befindet sich der Auslassbereich 2 auf der einen Seite des Filtersystems und der Einlassbereich 1 auf der anderen Seite. Rechts und links der Mitte befinden sich zwei Flüssigkeitsabflüsse. Links ist der dem Einlassbereich zugeordnete Flüssigkeitsabfluss 3 zu erkennen und rechts ein Teil des dem Auslassbereich 2 zugeordneten Flüssigkeitsabfluss. Strömt nun Flüssigkeit durch das rechts eingezeichnete Rohr, welches die Flüssigkeitszuführung bildet, in den Einlassraum 1 ein, so wird die Flüssigkeit an dem Filtersystem 4 entlang strömen und zur Mitte hin in Form einer Spirale abfließen. Währenddessen tritt durch die Schwerkraft bedingt, Flüssigkeit durch die Filter hindurch und strömt gefiltert durch den Auslassbereich, an dessen Ende es durch den betreffenden Flüssigkeitsabfluss abfließen kann.

[0079] In den Figuren 3 und 4 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei Figur 3 die Vorrichtung in Aufsicht und Figur 4 die Vorrichtung von der Seite als Schnitt durch die horizontalen, mittleren Achse der Figur 3 zeigt.

[0080] Durch einen zentral angeordneten Einlassbereich strömt die zu filternde Flüssigkeit ein und bewegt sich zunächst in dem gestrichelten Bereich (s. Figur 3) radial nach außen, während ein Teil von ihr bereits durch den unter dem Einlassbereich und der kompletten spiraligen Form in Figur 3 angeordneten Filter 4 (s. Figur 4) bereits in den Auslassbereich gelangt. Eine Wendelform (punktierter Bereich in Figur 3) regt die Flüssigkeit zu einer spiraligen Bewegung an, wobei eine radiale Ausbreitung nach außen zunächst noch möglich ist, aber bei steigendem Radius erschwert wird (s. keilförmigen Zwischenraum unter den Spiralräumen in Figur 4) und zuletzt nicht mehr möglich ist. Durch Kanäle wird derjenige Teil der Flüssigkeit, der nicht durch den Filter 4 gedrungen ist, zum Flüssigkeitsauslass 3 geführt.

[0081] Figur 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei der das Filtersystem 4 die Form eines Wirbels oder Wendeis hat. In dem dargestellten Fall befindet sich der Auslassbereich unter den Filtern und ist nicht zu sehen. Die Filter reichen in dem dargestellten Fall nicht bis an den oberen Rand des Raumes, der den Einlassbereich 1 bildet sondern verlaufen an dessen Boden. In der Mitte befindet sich der dem Einlassbereich zugeordnete Flüssigkeitsabfluss 3. Strömt nun Flüssigkeit durch das rechts oben eingezeichnete Rohr, welches die Flüssigkeitszuführung bildet, in den Einlassraum 1 ein, so wird die Flüssigkeit über die Filter des Filtersystems 4 strömen und zur Mitte hin in Form eines Wirbels abfließen. Währenddessen wird es durch die Form des Filtersystems geführt und ein Teil der Flüssigkeit tritt gleichzeitig durch das Filtersystem 4 hindurch und fließt gefiltert ab.

[0082] Die Figuren 6 und 7 zeigen zwei vorteilhafte Filter. Der über den Figuren angeordnete Pfeil soll die Strömungsrichtung der Flüssigkeit angeben. Über dem Filter befindet sich der Einlassbereich, unter dem Filter der Auslassbereich.

[0083] In Figur 6 weist der Filter schräge Löcher auf, die entgegen dem Flüssigkeitsfluss geneigt sind. Die Flüssigkeit wird somit nicht von der nachfolgenden Flüssigkeit durch die Löcher gedrückt sondern muss auf ihrem Weg durch den Filter eine Richtungsänderung von mehr als 90° bezüglich ihrer Strömungsrichtung vollführen.

[0084] In Figur 7 hat der Filter die Form eines Sägezahns, wobei die Löcher jeweils an den dem Flüssigkeitsfluss abgewandten Flanken angeordnet sind. Auch hier muss die über den Filter strömende Flüssigkeit auf ihrem Weg durch den Filter eine Richtungsänderung von mehr als 90° bezüglich ihrer Strömungsrichtung vollführen.

[0085] Beide Filterformen dienen insbesondere dazu, dass gelartige Verunreinigungen nicht durch den Filter gedrückt werden sondern selbst wenn sie an eines der Löcher gelangen sollten, von der vorbeiströmenden Flüssigkeit wieder mitgenommen werden.

Claims

Patentansprüche 1. Filtervorrichtung zum Filtern von viskosen Flüssigkeiten umfassend einen Einlassraum, einen Auslassraum, ein Filtersystem, welches Einlassraum und Auslassraum trennt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassraum mindestens eine Flüssigkeitszuführung und mindestens einen Flüssigkeitsabfluss umfasst und der Auslassraum keine Flüssigkeitszuführung und mindestens einen Flüssigkeitsabfluss umfasst.
2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter dermaßen angeordnet ist, dass die Anströmrichtung der Flüssigkeit relativ zur Flächennormalen des Filters in einem Winkel zwischen 10° und 90°, insbesondere zwischen 30° und 70°, verläuft.
3. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass der Flüssigkeit zum Einlassbereich mittels eines Einspeisungsverteilers erfolgt, wobei die Flüssigkeitszuführung bevorzugt so gestaltet ist, dass sie relativ zum Filter, dem Rest der Vorrichtung und/oder den Flüssigkeitsabflüssen bewegbar, insbesondere drehbar, angeordnet ist.
4. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtersystem Filter der Gruppe mit Öffnungen versehene Platten, Faserverbünde (gewirkt, gestickt, gewebt), Stapelfaservliese (genadelt, kalandriert) und Gitter umfasst, wobei die Öffnungen insbesondere gelasert, gestanzt, gebohrt oder geätzt sind und/oder die Filter bevorzugt gewebt, gestrickt, kalandriert, genadelt und oder kalandriert, gesintert oder mittels Verpressen von Fasern hergestellt sind, oder wobei die Filter insbesondere Partikel enthalten, welche zum Filtern der jeweiligen viskosen Flüssigkeit geeignet sind, insbesondere Partikel der Gruppe metallische und/oder keramische Partikel, Sande, Salze und Kunststoffpartikel, wobei die Partikel bevorzugt Oberflächen modifiziert sind, so dass sie eine Oberfläche aufweisen, welche durch eine Behandlung vergrößert oder mit zusätzlichen Stoffen versehen wurde.
5. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtersystem Filter umfasst, welche mittels einer Platte gebildet sind, in die Löcher eingebracht sind, wobei die Stirnseiten der Löcher relativ zur Längsachse des Filters geneigt sind und/oder die Wandungen der Löcher relativ zur Orthogonalen der Längsachse des Filters geneigt sind, wobei diese Neigung insbesondere größer als 10°, bevorzugt größer als 30° ist.
6. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filtersystem mit mindestens drei Filtern um einen zentralen Filter angeordnet sind, oder dass ein Filtersystem dermaßen in einem Rohr angeordnet ist, dass, relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit, hinter dem Filtersystem das Rohr in zwei Flüssigkeitsabflüsse unterteilt ist oder ein Flüssigkeitsabfluss vor dem Rohr abzweigt und einer weiter im Rohr verläuft, wobei einer dieser Flüssigkeitsabflüsse direkt mit dem Einlassbereich verbunden ist und ein anderer erst nach Durchgang durch das Filtersystem erreicht wird, oder dass das Filtersystem die Form einer Spirale hat und die Vorrichtung dermaßen ausgeformt ist, dass die hindurchlaufende Flüssigkeit an einer Wandung dieser Spirale bis zu einem Flüssigkeitsabfluss fließt und die durch das Filtersystem hindurchgegangene Flüssigkeit durch einen anderen Flüssigkeitsabfluss abfließt.
7. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Einlassraums das Filtersystem umfasst oder zumindest Teilweise durch das Filtersystem gebildet wird, wobei die Flüssigkeitszuführung bevorzugt zentral über dem Filtersystem oder an der Seite des Einlassraums angebracht ist, und wobei bevorzugt über dem Filtersystem Strömungselemente angebracht sind, welche die Strömung der Flüssigkeit regeln, so dass sie nicht auf direktem Weg zum Flüssigkeitsauslass des Einlassraum fließt, insbesondere Strömungselemente, welche eine Wendel- oder Serpentinenform aufweisen.
8. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein Bewegungssystem umfasst, welches dazu ausgelegt ist, Filter des Filtersystems zu bewegen, wobei dieses Bewegungssystem insbesondere ein Fördersystem umfasst, welches dazu ausgelegt ist, den Filter in einer Richtung zu bewegen, so dass bereits verwendete Teile des Filters aus dem Flüssigkeitsstrom entnommen werden und nicht verwendete Teile des Filters in den Flüssigkeitsstrom hineinbewegt werden, und/oder wobei das Bewegungssystem ein Vibrationssystem umfasst, welches dazu ausgelegt ist, mindestens einen Filter mit einer Frequenz von > 1 Hz hin- und herzubewegen und/oder dass das Bewegungssystem ein Rotationssystem umfasst, welches dazu ausgelegt ist, mindestens zwei Filter relativ zueinanderzu drehen.
9. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein Temperiersystem umfasst, welches dazu ausgelegt ist, mindestens einen Filter zu erwärmen, wobei die Temperatur vorzugsweise so gewählt wird, dass die innere Viskosität von Verunreinigungen, welche auf diese Temperatur erwärmt werden nicht oder zumindest nicht in gleichem Maße herabgesetzt wird, wie die Viskosität der Flüssigkeit.
10. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Sensorsystem umfasst, welches dazu ausgelegt ist, an zumindest einem Teil der Restflüssigkeit einen Druckfiltertest durchzuführen und zusätzlich den Fluss der initialen Flüssigkeit zu bestimmen, wobei die Vorrichtung bevorzugt zusätzlich dazu ausgelegt ist, zu bestimmen, in welchem Maße eine Konzentrationssteigerung von Verunreinigungen in der Restflüssigkeit verglichen mit der initialen Flüssigkeit stattgefunden hat, und wobei das Sensorsystem insbesondere zusätzlich dazu ausgelegt ist, den auf das Filtersystem wirkenden Druck zu bestimmen und/oder das Sensorsystem zusätzlich dazu ausgelegt ist, den Fluss der Restflüssigkeit und/oder den Fluss des Filtrats zu bestimmen.
11. Filterverfahren zum Filtern von viskosen Flüssigkeiten umfassend die Schritte: - Anströmen der viskosen Flüssigkeit an ein Filtersystem, wobei der durch den Fluss der Flüssigkeit auf die Fläche des Filters ausgeübte Druck P(F) kleiner ist als der Druck des Flusses dieser Flüssigkeit auf eine Fläche orthoqonal zur Strömunqsrichtunq der Flüssigkeit P(S), - Abführen der durch das Filtersystem hindurchgetretenen Flüssigkeit, - Ab- oder Rückführen der nicht durch das Filtersystem hindurchgetretenen Flüssigkeit.
12. Filterverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die viskose Flüssigkeit mit Zusätzen vermischt wird, welche die Viskosität vermindern oder erhöhen, wobei eine Zugabe von Monomeren bevorzugt ist.
13. Filterverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung des Filters die Flüssigkeit selber verwendet wird, wobei insbesondere der Druck zwischen Einlasssystem und Auslasssystem gemessen wird und/oder eine visuelle Überprüfung des Verschmutzungsgrades des Filtersystems durchgeführt wird und Viskosität und/oder Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit danach so eingestellt wird, dass diese Verunreinigungen mit der Flüssigkeit, welche nicht durch den Filter gedrungen ist, mitgenommen werden.
14. Filterverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Flüssigkeit, welcher durch den Flüssigkeitsabfluss des Einlassraums austritt ausgesondert wird oder durch einen weiteren Filter gefiltert wird. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen