Flüssigkeitsfilter
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsfilter zum Zurückhalten von in der Flüssigkeit mitgeführten Teilchen.
Filter zur Entfernung fester Teilchen aus Flüssigkeiten und Gasen bedürfen weiterer Verbesserungen.
Die Anforderungen sind in letzter Zeit stark gestiegen, da Teilchen von weniger als 100 Mikron Durchmesser von hydraulischen Flüssigkeiten, Treibstoffen und anderen in Raketen und Flugzeugen verwendeten Flüssigkeiten getrennt werden müssen.
Bisher wurden gewöhnlich Drahtgitterfilter oder gesinterte Filter zur Abtrennung von Teilchen von weniger als 100 Mikron Durchmesser verwendet. Doch haben diese Filtertypen charakteristische Mängel: Ihre Lebensdauer bei den für sie angegebenen absoluten Betriebswerten und Betriebsnennwerten ist sehr kurz.
Die bisher benutzten Herstellungsprozesse für derartige Filter ergeben zwangläufig einen hohen Verschmutzungsgrad durch den Sinter- bzw. Webvorgang. Auch haben die Filter geringe Festigkeit gegenüber Vibrationen. Diese Filter haben ferner geringe Festigkeit gegenüber hohen Druckdifferenzen. Der Temperaturbereich, in dem diese Filter verwendet werden können, ist klein. Und schliesslich können diese Filter nach ihrer Verwendung nicht gereinigt und damit auch nicht wiederverwendet werden.
Die vorliegende Erfindung soll diese und andere Mängel bisher bekannter Filter beseitigen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Filteranordnung mit wenigstens einem Stapel von aus einem Stück bestehenden Filterelementen zu schaffen, die zu einer starren Säule zusammengepresst sind, um extrem hohe Druckdifferenzen aushalten zu können.
Dabei soll eine Filterwirkung sowohl an den Kanten als auch in der Tiefe des Filtermaterials stattfinden. Die Tiefenfilterung soll längliche Verunreinigungen zurückhalten, wohingegen die Kanten- und Oberflächenfilterung runde oder rundliche Teilchen zurückhalten soll.
Ferner soll dieses Filter, wenn es verschmutzt ist, gereinigt und wieder verwendet werden können.
Der erfindungsgemässe Flüssigkeitsfilter ist dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens einen Stapel gleichartiger biegsamer Filterelernente aufweist, die je eine Fläche mit einer Vielzahl von Erhebungen besitzen, dass die Seitenflächen dieser Erhebungen rauh sind, dass ein Gehäuse für die Aufnahme des Stapels vorhanden ist mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung für die Flüssigkeit, dass Mittel im Gehäuse vorgesehen sind, die dazu dienen, die Filterelemente zu einem dichtgepackten, stossfesten Stapel zusammenzupressen, und dass dieser Stapel im Gehäuse derart angeordnet ist, dass die Flüssigkeit auf dem Wege von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung zwischen den Filterelementen hindurchströmen muss, wobei die rauhen Seitenflächen der Erhebungen die in der Flüssigkeit vorhandenen Teilchen zurückhalten.
Bei einem solchen Filter können einzelne Filterelemente eines Stapels, die in einem Blasentest als unbrauchbar befunden werden, herausgenommen und ausgewechselt werden, wogegen im Falle von gesinterten oder Drahtgitterfiltern bei Blasentests gefundene Lecks zugeschmolzen oder zugelötet werden müssen, so dass also mehr Filtermaterial zugeführt werden muss, das seinerseits zumindest teilweise mit dem ausfliessenden Medium abgehen kann.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielsweise näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Filteranordnung, die in Längsrichtung aufgeschnitten ist, um Einzelheiten im Innern zu zeigen.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Filterpatrone, die in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung benutzt wird.
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Filteranordnung längs der Linie 3-3 in Fig. 1.
Fig. 4 ist eine teilweise, vergrösserte Draufsicht auf die mit 4 bezeichnete Zone in Fig. 3 und zeigt Einzelheiten auf einer Seite eines Filterelements.
Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 4 in Vergrösserung.
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Filterelements zur Verwendung in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.
Fig. 7 ist ein Querschnitt in Achsrichtung einer anderen Ausführungsform der Filteranordnung.
Fig. 8 ist ein Querschnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 7.
Fig. 8a ist eine teilweise Draufsicht auf eine Oberfläche eines der Filterelemente der in Fig. 7 gezeigten Anordnung.
Fig. 9 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, die die Form eines Kühlers hat.
Fig. 10 ist ein Querschnitt längs der Linie 10-10 der Fig. 9.
Fig. 11 ist eine teilweise, vergrösserte Draufsicht auf die in Figur mit 11 bezeichnete Fläche und zeigt die Beschaffenheit einer Seite eines Filterelements.
Fig. 12 ist ein Querschnitt in Achsrichtung durch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Filteranordnung.
Fig. 13 ist ein Querschnitt längs der Linie 13-13 der Fig. 12 und zeigt den Doppeleinfluss für das einströ- mende Medium.
Fig. 14 ist ein Querschnitt längs der Linie 14-14 der Fig. 12.
Fig. 15 ist eine teilweise, vergrösserte Draufsicht auf die in Fig. 14 mit 15 bezeichnete Fläche.
Fig. 16 ist ein Querschnitt längs der Linie 16-16 der Fig. 14.
Fig. 17 ist ein Querschnitt durch eine Filterpatrone mit einer anderen Anordnung des Filterelements.
Fig. 18 ist eine teilweise Draufsicht auf die Innenfläche eines dünnen Blechstücks mit einem Teilchen zurückhaltenden Muster und zeigt einen Abschnitt in der Herstellung eines Filterelements.
Fig. 19 ist eine Ansicht des zurückhaltenden Musters auf der anderen Seite des in Fig. 18 gezeigten Blechstücks.
Fig. 20 ist ein Querschnitt längs der Linie 20-20 der Fig. 18 und zeigt schematisch einen anderen Abschnitt in der Herstellung der Filterelemente durch Ätzen.
Fig. 21 ist eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Filterelements.
Fig. 22 ist eine teilweise vergrösserte Draufsicht auf das Filterelement der Fig. 21.
Fig. 23 ist schliesslich eine teilweise Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemä ssen Filterelements.
Fig. 1 stellt eine T-förmige Filteranordnung 20 dar, in der die in Fig. 2 dargestellte Filterpatrone montiert ist. Die Anordnung besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 22 und einer oberen Abschlusswand 23, die zusammen aus einem Stück bestehen. Das Gehäuse umschliesst eine zylindrische Kammer 24, die an ihrem unteren Ende einen Vorsprung 25 hat, in den ein zylinderförmiger Käfig 26 der Patrone 21 hineinpasst. Das obere Ende der Kammer 24 hat einen nach unten gerichteten Stift 27, der in eine Sackbohrung 28 an der Oberseite eines Flansches 29 am Käfig 26 eingreift.
Die Patrone 21 befindet sich damit in einer bestimmten Winkelstellung in bezug auf das Gehäuse 22. An ihrem unteern Ende hat die Kammer 24 ein Innengewinde 30, in das eine Scheibenmutter 31 eingeschraubt werden kann; diese Scheibenmutter drückt die Filterpatrone gegen das Dach des Gehäuses 22. Unterhalb des Innengewindes 30 ist eine glatte Sackbohrung 32 in der Kammer 24 vorgesehen, in die eine erhöhte Berandung am Unterteil eines das Gehäuse abschliessenden Deckels 33 eingreift. Dieser Deckel kann durch einige Schrauben 34 oder andere geeignete Befestigungsmittel befestigt werden, derart, dass er das untere Ende des Gehäuses 22 abschliesst. Das untere Ende der Kammer hat mit 35 bezeichnete Aussparungen zur Aufnahme eines Dichtungsrings ( O -Rings) 36, der die Berandung des Dekkels 33 umschliesst.
Die Filterpatrone 21 bildet mit dem Gehäuse 22 eine Ringzone, in die die zu filtrierende Flüssigkeit durch einen Einlassstutzen 37 und dessen Verlängerung 38 einströmt. Die Patrone 21 enthält koaxial übereinander gestapelte ringförmige Filterscheiben 40, die im Innern der Patrone einen Hohlraum ergeben. Die Flüssigkeit strömt von der Ringzone durch die Filterscheiben 40 in die hohle Innenzone der Patrone und verlässt das Gehäuse durch einen Auslassstutzen 41. Damit keine Flüssigkeit an der Filterpatrone 21 vorbeigeht, ist eine kreisrunde Rinne 42 im oberen Endflansch 29 des Filtergehäuses 26 zur Aufnahme eines Dichtungsrings ( O -Rings) 43 vorgesehen.
Jedes der Filterelemente besteht aus einem undurchlässigen Material, vorzugsweise Blech, das geätzt, geschnitten, eingerollt, geprägt oder auf eine andere Weise verformt werden kann. Wenn es darauf ankommt, dass das Filter Teilchen von einer gewissen Mindestgrösse (z. B. 25 Mikron) an zurückhält, bestehen die Filterelemente vorzugsweise aus rostfreiem Stahlblech, wobei die spezielle Form des Filterelements durch Atzen erzeugt wird.
Nehmen wir nun an, dass das Filter für 25-Mikron Teilchen vorgesehen ist. Dann wird jede der gleichartigen Filterscheiben 40 aus rostfreiem Stahlblech dadurch hergestellt, dass das Blech auf die dargestellte Ringform abgeätzt wird, derart, dass auf einer Scheibenoberfläche ein Muster von Erhebungen 40a zurückbleibt, die mit dem undurchlässigen Trägerteil 40b ein Stück bilden.
Das rostfreie Stahlblech, aus dem die Scheiben 40 durch Ätzen hergestellt werden, hat ursprünglich eine Dicke von 50 Mikron und wird auf einer Seite bis auf eine Tiefe von 25 Mikron abgeätzt, wodurch die Erhebungen 40a von 25 Mikron Höhe über dem Trägerteil 40b stehenbleiben. Die Scheiben 40 können so geätzt werden, dass die Innen- und Aussenkanten glatt sind, doch ist im vorliegenden Fall eine zahnförmige Atzung der Aussenkante 40c vorgesehen, um die Fläche mit Filterwirkung an der Kante zu erhöhen. In ähnlicher Weise kann eine innere zahnförmige Kante 40d durch Ätzen geschaffen werden. Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Innen- und Aussenkanten für eine andere Scheibenform 40', bei der die Innen- und Aussenkanten 40d' und 40c' sägezahnförmig in die Scheibe eingeätzt sind.
Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Scheiben 40 aufeinander gestapelt, derart, dass die Erhebungen 40a einer Scheibe die glatte, ungeätzte Oberfläche der anderen Scheibe 40 berühren. Dadurch ergibt sich eine Lücke zwischen der Innenkante und der Aussenkante eines Paars aneinander anliegender Scheiben von 25 Mikron Breite. Wenn dann ein Stapel von Filtern 40 koaxial zusammengepresst wird - wie in der Patrone 21 - ergibt sich eine Kantenfilterung an der Aussenkante der Scheiben 40 derart, dass Teilchen von mehr als 25 Mikron Durchmesser nicht in Radialrichtung nach innen durch den Filterstapel durchgehen können.
Von der Innenkante der Stapelaussenfläche an ergibt sich eine Tiefen- filterwirkung aufgrund der Erhebungen 40a, die längliche Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 25 #u zurückhalten, die von der Aussenkante des Stapels nach innen durchgekommen sind. Derartige längliche Teilchen, wie z. B. Wattefasern, können nicht dem gewundenen Weg zwischen den nahe beieinanderliegen- den Erhebungen 40a folgen und werden deshalb zurück- gehalten.
Wie in Fig. 4 dargestellt, haben die Erhebungen 40a die Form nahe beieinanderliegender Y . Jede der Erhebungen 40a hat die Arme des Y radial zur Au ssenseite der Scheibe hin geöffnet, wodurch der nach abwärts gerichtete Balken des Y in Richtung des Scheibenradius verläuft. Die Arme des Y bilden dadurch einen Hohlraum 46, in dem sich ein grosser Teil aller runden oder faserförmigen Teilchen von weniger als 25 Mikron Grösse ansammelt, die durch den Filtriereffekt an den Aussenkanten des Scheibenfilters nicht zurückgehalten wurden. Im Zwischenraum zwischen den nach abwärts verlaufenden Balken benachbarter Y -förmiger Erhebungen 40a befindet sich der Hohlraum 46 einer anderen Erhebung 40a, die hinter einem Paar benachbarter Erhebungen angebracht ist.
Zum Beispiel hat in Fig. 4 das Paar benachbarter Erhebungen x, y eine Lücke zwischen den nach abwärts gerichteten Balken der Y , die von dem Hohlraum einer anderen Erhebung unterbrochen wird. Durch diese Anordnung ergibt sich ein sehr gewundener Pfad, auf dem längliche Teilchen zurückgehalten werden; ausserdem kann der Zwischenraum zwischen den Erhebungen 40a sehr klein gehalten werden, so dass Teilchen von weniger als 25 Mikron Grösse zurückgehalten werden, die nicht von den Höhlungen 46 eingefangen werden.
Der Aussendurchmesser der Scheiben 40 ist derart, dass die Scheiben in den Käfig 26 hineingleiten können; der Innendurchmesser der Scheiben entspricht dem Durchmesser der Auslassöffnung im Flansch 20 am oberen Ende des Käfigs. Wenn die Patrone 21 zusammengebaut ist, sind alle Scheiben 40 in der in Fig. 5 gezeigten Weise angeordnet, d. h., die Erhebungen jeder Scheibe stossen an die ungeätzte Seite der nächsten, bzw. der darüberliegenden Scheibe 40 an. 160 derartige Scheiben 40 werden pro Zentimeter Stapellänge eines 25-Mikron-Filters benutzt. Die gewünschte Anzahl von Scheiben wird im Käfig 26 untergebracht; die Scheiben stossen an einem Ende des Stapels, nämlich am Flansch 29, am oberen Ende des Käfigs an.
Auf der anderen Seite werden im Abstand von etwa 2,5 cm starre Beilagscheiben 65 in den Scheibenstapel eingesetzt, um ein Verdrehen der Scheiben zu verhindern, wenn ein Drehmoment auf ein Stapelende ausgeübt wird, um den Stapel zu einer festen Säule zusammenzupressen und um ausserdem zu verhindern, dass die Scheiben aus einer Ebene senkrecht zur Stapelachse gekippt werden, was möglich ist, wenn sich zufälligerweise zuviel Spielraum zwischen benachbarten Scheiben ergibt oder wenn leicht gebogene Scheiben zusammenkommen.
Das untere Ende des Gehäuses 26 kann eine Mutter 49 aufnehmen, mit der der Stapel von Scheiben 40 gegen den Flansch 29 gepresst wird. Vor dem Zusammenpressen sind die Scheiben 40 möglicherweise nicht völlig flach und der Stapel aus lose aufeinanderliegenden Scheiben und Beilagscheiben hat so viel Spielraum, dass seine Gesamtlänge grösser ist als die endgültige Länge nach dem Einbau. Beim Anziehen der Schraube 49 verschwindet der Spielraum und es kommen etwa 200 Scheiben pro Zentimeter. Der Gesamtstapel ähnelt dann einer relativ inkompressiblen Säule unter Belastung. Die Nähe und die Verteilung der Erhebungen 40a spielen dann eine bedeutsame Rolle, da gewährleistet sein muss, dass die Erhebungen nicht in eine andere Scheibe eindringen oder durch die Berührung mit der Oberfläche einer anderen Scheibe umgebogen werden.
Es muss darauf geachtet werden, dass eine grosse Zahl von Erhebungen auf einer Scheibe die Oberfläche einer anderen Scheibe, die auf ihrer anderen Seite ebenfalls Erhebungen trägt, berührt, so dass durch die Übereinanderlagerung von Erhebungen oder Teilen von übereinandergelagerten Erhebungen eine säulenartige Struktur entsteht.
Nach dem Anziehen der Schraube 49 wird eine Stellschraube 50 in das untere Ende des Käfigs 26 eingeschraubt. Die Patrone 21 ist damit zum Einsetzen in das Gehäuse 22 vorbereitet, wo sie durch die Schraube 31 festgehalten wird. Diese Schraube stösst am unteren Ende des Käfigs 26 an.
Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Wände des Käfigs 26 zwischen der unteren Einfassung und dem oberen Ende des Käfigs aufgeschnitten, derart, dass vier Stützen 51, 52, 53, 54 in Längsrichtung bestehen bleiben, zwischen denen die Aussenkanten 40c der Scheiben 40 als Kantenfiltrierungszonen der Filterpatrone freiliegen.
Die Öffnung zwischen den Stützen 51, 52 ist kürzer als die anderen Öffnungen, wodurch eine Ablenkwand 55 geschaffen wird. Der nach unten gehende Stift 27 sorgt dafür, dass die Patrone 21 im Gehäuse 22 nur in einer besitmmten Winkelstellung eingesetzt werden kann, wobei dann die Ablenkwand 55 gegenüber der Verlängerung 38 des Einlassstutzens 37 im Gehäuse 22 zu liegen kommt. Wenn die zu filtrierende Flüssigkeit in das Gehäuse 22 eintritt und durch die Verlängerung 38 des Einlasses ins Innere einfliesst, können die in der Flüssigkeit enthaltenen Teilchen nicht auf die Aussenkanten der Scheiben 40 aufschlagen, da sie hinter der Ablenkwand 44 gelegen sind. Dadurch werden die Aussenwände dieser Gruppe von Scheiben 40 nicht stärker abgenutzt und die in der Flüssigkeit enthaltenen Teilchen werden gleichmässig über die von der Filterpatrone gebildete Ringzone verteilt.
Um den auf die Halterungsschrauben ausgeübten Flüssigkeitsdruck zu kompensieren, sind mehrere Durchlassöffnungen in den Schrauben 49, 50, 31 vorgesehen. Die Schraube 49 hat mehrere Öffnungen 60, die von der Oberseite an der Aussenkante der Scheibe nach unten und in Radialrichtung nach innen verlaufen und auf der Unterseite der Schraube nach aussen münden. Die Oberseite der Schraube 50 hat eine flache zylindrische Höhlung 61 und die Sechskantlöcher 62 in der Schraube 50 gehen durch die Schraube hindurch, so dass die Höhlung 61 von den Durchlässen 60 aus über die Schraube 50 von der Flüssigkeit erreicht wird. In gleicher Weise hat die Schraube 31 durchgehende Sechskantlöcher 63, durch die die Flüssigkeit zu dem Zwischenraum zwischen der Schraube 31 und dem Dekkel 32 des Gehäuses 22 vordringen kann.
Dadurch werden die auf die Schrauben 31, 50 und 49 ausgeübten Drücke annähernd gleich gross gemacht.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, nämlich eine in eine Leitung eingesetzte Filteranordnung 70. In dieser Filteranordnung ist ein röhrenförmiges Gehäuse 71 mit einer inneren Trennwand 72 vorgesehen. Auf der stromabwärts gelegenen Seite der Trennwand ist eine ringförmige Vertiefung 73 angebracht, in die der Ring 74 hineinpasst, der ein Ende eines Käfigs für einen Stapel von Filterscheiben 75 bildet. Das andere Ende des Käfigs besteht aus dem Ring 76, der in einer zur Achse des Stapels aus Filterscheiben 75 senkrechten Ebene liegt und mit dem Ring 74 durch eine Anzahl von Rippen 77 verbunden ist.
Die Scheiben 75 können aus sehr dünnem Blech bestehen, das zuerst durch Formpressung eine konische Gestalt erhält und dann geätzt wird, derart, dass die gezeigte ringförmige Anordnung mit den Innenkanten 75a und den Aussenkanten 75b bestehen bleibt. Dann wird eine Seite der Scheibe auf die gewünschte Tiefe abgeätzt, derart, dass die kreisförmigen Erhebungen 75c als Ganzes mit dem nicht durchbrochenen Trägerteil 75d bestehen bleiben. Falls z. B. ein für Teilchen von mehr als 25 Mikron Grösse undurchlässiges Filter hergestellt werden soll, werden die Filterscheiben aus 50 Mikron dickem Blech geschnitten und dann auf einer Seite abgeätzt, derart, dass die 25 Mikron über dem Trägerteil 75d aufragenden Erhebungen 75c bestehen bleiben.
In den Fig. 7, 8 und 8a sind die Dicke der Filterscheiben, die Filterfläche sowie die Höhe der Erhebungen 75c und der Abstand zwischen Erhebungen zur besseren Darstellung stark übertrieben in ihrer Grösse gezeichnet, ebenso wie die anderen in den Figuren dargestellten Filterelemente.
Die Filterscheiben 75 sind, wie in Fig. 7 gezeigt, derart gestapelt, dass die geätzte Oberfläche einer Scheibe an der ungeätzten Fläche der Nachbarscheibe anliegt. Der Stapel aus Filterscheiben 75 wird dann zusammengepresst, um die gewünschte, der einer Säule ähnelnde Festigkeit zu erzielen und um eine Breite von 25 Mikron zwischen den Aussenkanten 75d zur Erzielung einer Kantenfilterwirkung zu ergeben.
Die stromabwärts gelegene Seite der Trennwand 72 hat einen durchbohrten konischen Absatz 86, auf dem die konkave Seite einer Scheibe 75 an diesem Ende des Scheibenstapels aufsitzt. Der Käfig für die Filterscheiben 75 wird zuerst mit dem Ring 74 auf den Absatz 73 gesetzt. Dann wird der Stapel von Filterscheiben 75 durch die Öffnung im Ring 76 eingesetzt, dadurch wird der Stapel durch den Käfig in koaxialer Anordnung gehalten. Das stromabwärts gelegene Ende des Gehäuses 71 ist eingeschnitten (mit 81 bezeichnet) und trägt ein Gewinde, in das das Endstück 82 der stromabwärts gelegenen Seite eingeschraubt wird. Eine kreisrunde Rinne 83 ist am Umfang des Endstücks 82 vorgesehen, in die ein Dichtungsring ( O -Ring) 84 passt; dieser Dichtungsring stellt eine flüssigkeitsdichte Trennung zwischen dem Gehäuse und dem Endstück her.
Das Endstück 82 hat die innere Endfläche 85, die an dem Ring 76 des Scheibenkäfigs anliegt. Innerhalb der flachen Endfläche 85 hat das Endstück 82 einen konischen Absatz 86, auf dem die konvexe Endfläche der Scheibe 75 am anderen Ende des Scheibenstapels aufsitzt. Wenn das Endstück 82 angezogen wird, wird der Stapel der Filterscheiben 75 zusammengedrückt und gegen den Absatz auf der Trennwand 72 gepresst. Der ringförmige Absatz 73 ergibt einen Spielraum, derart, dass der Stapel aus Filterscheiben völlig zusammengepresst werden kann. Das Endstück 82 trägt ein Aussengewinde für die Stellschraube 87, die gegen das Ende des Gehäuses 71 geschraubt werden kann und dadurch ein Feststellen des Endstücks 82 ermöglicht. Das Endstück 82 hat die axiale Durchlassöffnung 88, die in den in das Endstück eingeschraubten Ausflussstutzen 89 eingesetzt ist.
Ein O -Ring 90 wird zwischen dem Stutzen 89 und der verjüngten Bohrung für das Endstück 82 eingelegt, um eine Flüssigkeitsdichtung herzustellen.
Die Trennwand 72 hat mehrere Durchlassöffnungen 91 für die vom Einflussstutzen 92 zuströmende Flüssigkeit. Wie mit 93 angedeutet, ist der Einflussstutzen 92 in die Eingangsseite des Gehäuses 71 geschraubt.
Der Einflussstutzjn 92 trägt an seinem inneren Ende eine Rinne 94 für den Dichtungsring ( O -Ring) 9' 0; diese Anordnung schafft eine Abdichtung für die Flüssigkeit zwischen dem Gehäuse und dem Einflussstutzen.
Der Einflussstutzen hat ferner in Achsrichtung den Einlass 96 für das Rohrstück 97. Ein Dichtungsring 98 ist unter dem Kopfteil des Rohrstücks 97 angebracht, um eine wirksame Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Rohrstück und dem Stutzen 92 zu schaffen.
Im Betrieb der Filteranordnung 70 tritt das einflie ssende Medium durch den Stutzen 92 ein und wird durch die Durchlassöffnungen 91 in der Trennwand 72 auf den ringförmigen Raum zwischen dem Stapel aus Filterelementen 75 und der Gehäusewandung verteilt. Eine Filterwirkung für feinkörnige Substanzen ergibt sich an den Aussenkanten der Filterscheiben 75; der Kantenabstand bestimmt hierbei die Gesamtdurchlässigkeit der Filteranordnung 70. Die Flüssigkeit strömt nach innen zum hohlen Mittelraum des Stapels aus Filterscheiben durch und folgt dabei den durch die spezielle Anordnung der Filterscheiben 75 definierten, gewundenen Wegen. Dies hat eine Filterwirkung im Innern des Filters zur Folge, wobei Teilchen mit einem Durchmesser kleiner als die Kantenlüde an den Erhebungen 75c zurückgehalten werden.
Die ausfliessende, filtrierte Flüssigkeit gelangt dann vom hohlen Mittelraum des Stapels aus Filterscheiben 75 zur Durchlassöffnung 88 im Ausflussstutzen 82. Die Filterwirkung der Filteranordnung 70 ähnelt damit in hohem Masse der sich mit der Anordnung 20 ergebenden Filterwirkung. Doch ist der Druckabfall in der Filteranordnung 70 geringer infolge der konisch eingebogenen Form der Filterscheiben und der sich daraus ergebenden Durchflussform mit einer axialen Durchflusskomponente.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform 110 der Filteranordnung, die die Form eines Kühlers hat. Das Filtergehäuse besteht hierbei aus einem Kasten 111, dessen unteres Ende mittels der Dichtung 112 abgedichtet ist, die ihrerseits durch den Deckel 113 angepresst wird; dieser Deckel ist mittels mehrerer Schrauben 114 befestigt. DKie Kanten an der Oberseite des Kastens 111 sind mit einer anderen Dichtung abgedichtet, die unter der abnehmbaren Deckplatte 115 liegt und mit 112 bezeichnet ist. Auch diese Deckplatte ist mit mehreren Schrauben 114 befestigt. Ein Einlassstutzen 116 ist an einer Seite des Kastens 111 angebracht; die gegenüberliegende Seite hat die Ausflussöffnung 117.
Die Filteranordnung 110 enthält einen Stapel gleich- artiger Filterelemente 120. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist jedes dieser Filterelemente ein länglicher, rechteckiger Streifen, am zweckmässigsten aus rostfreiem Stahl, der auf die dargestellte Rechteckform abgeätzt wurde. Auf jedem Streifen sind ferner an der Vorderkante und an der Hinterkante die Kämme 120d und, auf der Streifen- oberfläche, die Y -förmigen, im vergrösserten Massstab in Fig. 11 dargestellten Erhebungen 120a durch Ätzen geschaffen worden.
Wie im Falle der Filterelemente 40 der in Fig. 1 dargestellten Filteranordnung 20, hat jedes der Filterelemente 120 eine Gesamtdicke von 50 Mikron, um eine Undurchlässigkeit für Teilchen mit mehr als 25 Mikron Durchmesser zu erzielen; diese Dicke setzt sich aus der 25 Mikron dicken Trägerschicht 120b und den 25 Mikron hohen, über der Trägerschicht aufragenden Erhebungen 120a zusammen. Die Lücke zwischen den Kanten 120c eines Paars benachbarter Filterelemente 120 hat deshalb eine Breite von 25 Mikron zwischen den Kämmen 120d; alle Teilchen von mehr als 25 Mikron Durchmesser werden deshalb in der kühlerförmigen Filteranordnung 110 zurückgehalten.
Die Y -förmigen Erhebungen 120a sind in der gleichen Weise angeordnet wie auf den Filterscheiben 40 in Fig. 3, so dass sich Höhlungen 121 an jedem Y hinter der mit den Kämmen 120d besetzten Eingangsseite sowie zwischen benachbarten Paaren von Erhebungen ergeben. Benachbarte Erhebungen 120a werden vorzugsweise in einem Abstand von 25 Mikron geschaffen, d. h., der Abstand zwischen gegenüberliegenden Armen eines Paars benachbarter Y beträgt 25 Mikron. Die Arme und der Abwärtsbalken jedes Y können ungefähr 75 Mikron breit sein; jedes Y hat zweckmässigerweise eine Gesamtlänge von etwa 0,8 mm und eine Gesamtbreite von etwa 0,5 mm.
Wie in Fig. 10 dargestellt, halten zwei senkrechte Einkerbungen 123 an gegenüberliegenden Seiten des Kastens den Stapel von Filterelementen 120. Falls es notwendig ist, kann eine Dichtungsscheibe in jede Einkerbung 123 eingesetzt werden, um zu verhindern, dass ungefilterte Flüssigkeit um die Endabschnitte des Stapels aus Filterelementen 120 herumfliesst. Derartige Dichtungen sind jedoch überflüssig, wenn die Filterelemente 120 mit einer geeigneten Länge hergestellt wurden, so dass sich ein Passsitz in den Einkerbungen 123 ergibt, d. h., wenn sie um 25 Mikron länger sind als der Abstand zwischen den Bodenflächen der Einkerbungen 123. Ein Balken 124 ist auf der Oberseite des Stapels aus Filterelementen 120 angebracht; die Balkenlänge ist derart, dass die Balkenenden in die Einkerbungen 123 passen.
Die gegenüberliegenden Endabschnitte des Balkens 124 können eine Flüssigkeitsdichtung tragen oder zwischen die Einkerbungen so eingepasst sein, dass die dabei entstehende Lücke kleiner ist als die Mindestgrösse der Teilchen, die vom Filter zurückgehalten werden sollen.
Wenn die Deckplatte 115 bei ihrer Befestigung am Balken 124 anliegt, drückt sie den Stapel der Filterelemente 120 zusammen. Jeglicher Spielraum für die Bewegung der Filterelemente wird dadurch beseitigt und eine feste senkrechte Säule entsteht, die etwa 200 der Filterelemente 120 pro Zentimeter Höhe der kühlerförmigen Anordnung hat. Um dem Stapel aus Filterelementen 120 eine Stütze gegen die auf das Filter wirkende Druckdifferenz zu verleihen, sind zwei Stützpfeiler 125 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Stapels vorgesehen. Wie Fig. 10 zeigt, haben diese senkrechten Stützpfeiler 125 vorzugsweise ebene Oberflächen, die an der Rückseite des Filterstapels anliegen.
Wie in Fig. 9 dargestellt, ist am unteren Ende jedes Stützpfeilers ein Stift 126 vorgesehen, der in eine entsprcehende Vertiefung in der oberen Oberfläche des Deckels 113 passt. An ihrem oberen Ende hat jede Säule 125 einen zylindrischen Flansch 127, der in eine entsprechende Vertiefung 128 an der Unterseite der Deckplatte passt. Zwischen jedem zylindrischen Flansch 127 und jeder Vertiefung 128 liegt eine Feder 129, die jeden Stützpfeiler 125 nach unten drückt und damit den Stift 126 in seiner Lagerung hält.
Durch diese Anordnung wird es möglich, einen kleinen Zwischenraum am Absatz 130, zwischen dem Flansch 127 und dem oberen Ende des Stützpfeilers 125 vorzusehen, wodurch gewährleistet wird, dass die Höhe des Stützpfeilers 125 die Deckplatte 115 nicht am gewünschten Andrücken des Balkens 124 hindert, so dass also der Stapel völlig zusammengedrückt wird; ausserdem wird dadurch gewährleistet, dass die Dichtung 112 am oberen Ende des Kastens 111 richtig festgeklemmt werden kann.
Fig. 12 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, nämlich eine in eine Leitung einsetzbare Filteranordnung 130. Das zylinderförmige Gehäuse 131 hat das konische Ende 132, das sich zur Einflussöffnung 133 hin verjüngt. Das konische Ende hat ein Innengewinde zum Einschrauben des Einflussrohrs 134, dessen Achse mit der Gehäuseachse zusammenfällt. Am anderen Ende des Gehäuses 131 ist ein kreisrunder Au ssenflansch 135 vorgesehen, an dem die Grundplatte 136 einer abnehmbaren Filterpatrone befestigt wird.
Ein geeigneter Dichtungsring ( O -Ring) 137 ist zwischen dem Flansch 135 und der Grundplatte 136 eingesetzt. An der Grundplatte 136 sitzt der Befestigungsflansch 138 des Ansatzstücks 139, in dessen mit einem Gewinde versehenen Ausflussstutzen 140 das Ausflurohr 141 eingeschraubt wird. Der Dichtungsring ( O - Ring) 142 ist zwischen aneinander anliegenden Flächen des Befestigungsflanschs 138 und der Grundplatte 136 eingesetzt, um eine Flüssigkeitsdichtung zwischen diesen beiden Teilen herzustellen. Der Flansch 135. die Grundplatte 136 und der Befestigungsflansch 138 haben zusammenpassende Bohrungen zur Aufnahme der Schrauben 1437 die diese Teile zusammenhalten.
Die Filterpatrone ist an der Grundplatte 136 befestigt und kann zusammen mit dieser Grundplatte nach dem Lösen der Schrauben 143 und Abnahme des Ansatzstücks 139 vom Gehäuse 131 entfernt werden. Die Patrone besteht aus einer Anzahl gleichartiger Filterscheiben 145 und einem Satz länglicher Befestigungsstangen 146, die an einem Ende in der Grundplatte 136 befestigt sind und am anderen Ende in die Andruckplatte 147 eingeschraubt sind. Zur Filterpatrone gehört ferner die Platte 148, die ebenfalls von den Befestigungsstangen 146 gehalten wird, und die Stellschraube 149, die in die Andruckplatte 147 eingeschraubt ist und dazu dient, die Filterscheiben 145 zwischen die Platte 148 und die Grundplatte 136 einzupressen.
Für ein Filter, das Teilchen bis zu 25 Mikron Durchmesser zurückhält, sind die Filterscheiben 145 aus 50 Mikron dickem Stahlblech gemacht; dieses Blech wird abgeätzt und erhält die in Fig. 14 in Draufsicht gezeigte Form. Jede Scheibe ist kreisrund und hat eine Mittelöffnung 145a sowie eine sägezahnförmige Au ssenkante 145b. Die Aussenkante hat an Stellen, die gegeneinander um 90C versetzt sind, kreisrunde Ausschnitte 145c zur Aufnahme der Befestigungsstangen 146. Dadurch werden die Filterstangen 145 in die gewünschte Stellung zueinander und in bezug auf die Grundplatte 136 gehalten. Jede Filterscheibe 145 hat vier nierenförmige Ausschnitte 145d; gleichartige Öffnungen 150 sind in der Grundplatte 136 vorgesehen.
Nachdem die Filterscheiben 145 auf die oben beschriebene Form geätzt worden sind, wird durch eine weitere Ätzung das schematisch in Fig. 14 dargestellte Oberflächenprofil herausgearbeitet. Eine Oberfläche jeder Scheibe wird auf eine Tiefe von 25 Mikron abge ätzt, so dass das dargestellte Muster Y -förmiger Erhebungen mit einer Höhe von 25 Mikron über der 25 Mikron dicken Trägerfläche bleibt; die Ätzung wird so durchgeführt, dass sich gleichzeitig die vier glatten Zonen 145g ergeben, die in Radialrichtung vom Mittelpunkt 145a ausgehen. Mit anderen Worten, die glatten Zonen 145g und die Y -förmigen Erhebungen 145e bleiben ungeätzt, wohingegen der Rest der Scheibenoberfläche durch die Ätzung auf eine Dicke von 25 Mikron abgetragen wird. Die Y -förmigen Erhebungen werden in der vorher beschriebenen Weise angeordnet.
In der Filteranordnung 130 fliesst die Flüssigkeit durch die Einflussöffnung 133 ein und strömt in den Stapel von Filterelementen 145 vom ringförmigen Raum zwischen dem Filterstapel und der Wandung des Gehäuses 131 und von dem durch die Innenkante 145a des Filterstapels begrenzten Hohlraum. Wie in Fig. 13 gezeigt, hat die Platte 148 mehrere in Radialrichtung verlaufende Durchlassöffnungen 152, die in die auf der Achse der Anordnung gelegene Öffnung 153 einmünden. Die Öffnung 153 hat den gleichen Durchmesser wie das Loch 145a in den Filtern und steht damit mit dem durch die Gesamtheit der Löcher 145a gebildeten Hohlraum in Verbindung. Die einfliessende Flüssigkeit strömt in Radialrichtung nach innen, von der Aussenkante des Stapels aus Filterelementen 145 aus, und strömt gleichzeitig vom Hohlraum in der Mitte des Filterstapels in Radialrichtung nach aussen.
Die ausflie ssende filtrierte Flüssigkeit, d. h. die Flüssigkeit in den nierenförmigen Ausschnitten 145, geht in Achsrichtung vom Filterstapel ab und strömt durch die Öffnungen 150 in der Grundplatte, den Ausflussstutzen 140 und das Ausflussrohr 141 ab.
Fig. 14 zeigt, dass auf jedem der Quadranten auf einer Filterscheibe 145 Y -förmige Erhebungen 145e ausserhalb der nierenförmigen Öffnungen 145d verteilt sind; diese Erhebungen sind so angeordnet, dass die von den Armen des Y gebildeten Höhlungen 155 nach aussen zu liegen kommen. Auf jedem Quadranten der Filterscheiben 145 sind ferner Y -förmige Erhebungen 145e angebracht, die (in Radialrichtung) nach innen in bezug auf die nierenförmigen Öffnungen 145d gelegen sind; die Höhlungen dieser Y -förmigen Erhebungen schauen nach innen. Wie vorher, ist auch in diesem Fall die relative Grösse der Erhebungen im Interesse einer klaren Darstellung stark übertrieben gezeichnet.
Wie in den vorher beschriebenen Filteranordnungen sind auch in der Filteranordnung 130 die Filterscheiben 145 so übereinander gestapelt, dass die geätzte Fläche einer Scheibe an der glatten, ungeätzten Fläche der Nachbarscheibe anliegt. Doch sind die Scheiben in diesem Fall kongruent, d. h. wenn sie in den Befestigungsstangen 146 einliegen, liegen die glatten Zonen 145g, die Erhebungen 145e und die Öffnungen 145d übereinander. Die Öffnungen 145d fallen mit den Öffnungen 150 in der Grundplatte 136 zusammen, während der durch die Ausschnitte 145a definierte Hohlraum durch die Öffnung 153 in der Platte 148 eine Öffnung hat.
Wie in Fig. 13 gezeigt, erstrecken sich die Befestigungsstangen 146 durch entsprechende Öffnungen in der Platte 148; diese Öffnungen sind gerade so gross, dass die Befestigungsstangen durch sie hindurchgleiten können. Die Andruckplatte 147 hat ebenfalls Bohrungen zur Aufnahme der Befestigungsstangen 146; die Andruckplatte wird vermittels der Schraubenmuttern 157 festgehalten, die auf die Befestigungsstangen geschraubt werden. Die Stellschraube 149 kann auf dem Gewinde in der Mitte der Andruckplatte 147 hin und her bewegt werden; das innere Ende dieser Schraube drückt gegen den Mittelpunkt der Platte 148 und presst dadurch den Filterstapel zwischen der Platte 148 und der Grundplatte 136 zusammen, so dass die Filterscheiben dicht aneinanderliegen.
Wenn das Filter für Teilchen von mehr als 25 Mikron Durchmesser undurchlässig sein soll, müssen etwa 200 Filterscheiben pro Zentimeter Länge des zusammengepressten Filterstapels kommen. Dabei ist zu beachten, dass - wie in Fig. 16 gezeigt - die glatten Zonen 145g und die Erhebungen 145e jeweils genau übereinanderliegen, so dass der zusammengedrückte Filterstapel die Festigkeit und die Struktureigenschaften eines dickwandigen Rohres hat.
Fig. 17 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein falsches, d. h. seitenverkehrtes Einsetzen von Filterscheiben in die Patrone unmöglich ist, d. h. auch, die Filterscheiben können nicht so eingesetzt werden, dass die Erhebungen zweier benachbarter Filterscheiben sich berühren. Dabei wird eine Filterpatrone bzw. ein Käfig 161 verwendet, der dem Käfig 26 der Fig. 2 ähnelt und zwei, die beiden gegenüberliegenden Enden des Käfigs verbindende Stangen 162, 163 hat.
Der Abstand zwischen den Stangen 162, 163 ist relativ gross, wohingegen zwei andere Stangen 164, 165 von kleinerem Querschnitt relativ nahe beisammen liegen und so eine Öffnung 166 dazwischen bilden. Diese Öffnung dient zur Aufnahme der Nase 167, die von der Filterscheibe 168 in Radialrichtung nach aussen geht.
Auf den Oberflächen der Filterscheiben ragen die mit ihnen zusammenhängenden Erhebungen 169 auf, die über die Zone zwischen der Aussenkante 168a und der Innenkante 168b der ringförmigen Filterscheibe verteilt sind.
Die Aussenkante 168a jeder Filterscheibe hat eine halbkreisförmige Einkerbung 168c, die sich gewöhnlich gegenüber der Nase 167 befindet, jedoch etwas versetzt ist bezüglich des Durchmessers, der durch die Nase geht. Eine Bezugsstange 170 ist entsprechend im Filterkäfig 161 in der Lücke zwischen den Stangen 162, 163 angebracht, um in die Einkerbung 168c einzugreifen.
Wenn eine Filterscheibe ihre Unterseite nach oben gerichtet hat, kann sie nicht in die Patrone eingesetzt werden, da die Einkerbung 168c dann nicht in die Stange 170 eingreift, selbst wenn die Nase 167 in die Öffnung 166 eingreift. Damit wird verhindert, dass Filterschei- ben 168 seitenverkehrt eingesetzt werden können. Die gewünschte Lücke zwischen zwei benachbarten Filterscheiben hat damit ständig die gleiche Breite, da es nicht vorkommen kann, dass die Erhebungen 169 einer Scheibe an den Erhebungen 169 der Nachbarscheibe anstossen.
Wie bereits erwähnt, empfiehlt es sich, die Filterelemente aus einem dünnen Stahlblech auszuätzen, um dadurch ein völlig sauberes Filter zu erhalten, von dem keine Bestandteile mit der gefilterten Flüssigkeit abgehen können. Die Ätzung kann gemäss den Fig. 18, 19, 20 vorgenommen werden: diese Figuren zeigen Abschnitte der Herstellung der in Fig. 17 dargestellten Filterscheibe 162.
Fig. 18 zeigt ein Eckstück eines dünnen Metall- blechs 175; für die folgenden Erläuterungen wird angenommen, dass das Blech ursprünglich eine Dicke von 50 Mikron hatte. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird die in Fig. 18 gezeigte Seite des Metallblechs 175 als Oberseite bezeichnet, und entspricht damit der in Fig. 17 gezeigten Oberseite der Filterscheibe 168.
Fig. 19 zeigt die andere Seite des Metallblechs 175. In den Fig. 18 und 19 stellen die gestrichelten Flächen ein geeignetes ätzmittelbeständiges Abdeckungsmaterial auf dem Blech dar, das z. B. vermittels eines Druckverfahrens oder durch einen photographischen Prozess aufgebracht werden kann und die Gebiete des Blechs abdeckt, die ungeätzt bleiben sollen. In Fig. 17 sind die kreisrunden Erhebungen 169 und die vorstehende Nase 167 die einzigen ungeätzten Stellen auf der Oberseite der Filterscheibe 168. Die gleichen Bezugssymbole werden in Fig. 18 verwendet, um die entsprechenden Abschnitte auf dem Blech 175 zu bezeichnen, die mit dem ätzbeständigen Material abgedeckt sind, um nicht vom Ätzmittel von der Oberfläche abgetragen zu werden. Die Bezugssymbole 168a und 168b bezeichnen in Fig. 18 die Kanten der abgedeckten Abschnitte auf dem Blech 175.
Diese Kanten entsprechen der Aussenkante 168a bzw. der Innenkante 168b der in Fig. 17 dargestellten Filterscheibe. Wie in Fig. 19 dargestellt, ist die Unter seite des Blechstücks gänzlich mit dem ätzbeständigen Material überzogen, ausgenommen nur die Aussenkante 168a, die Einkerbung 168c und die Nase 167, sowie die kreisrunde Innenkante 168b.
Die Konturen der auf der Oberseite in Fig. 18 eingezeichneten Filterelemente sind die Spiegelbilder der Konturen der Filterelemente auf der Unterseite (Fig. 19).
Im übrigen fallen die dargestellten Konturen zusammen. Wenn ein mit ätzmittelbeständigem Abdeckungsmaterial bedecktes Metallblech 175 in ein geeignetes Ätzmittel eingelegt wird, werden die freiliegenden Stellen des Blechs gleichzeitig von beiden Seiten des Blechs vom Ätzmittel angegriffen. Dies ist schematisch in Fig. 20 dargestellt; das Metall ist zwischen den abge- deckten Erhebungen 169 vom ätzmittel abgetragen worden, ebenso um die Aussenkanten 168a und die Innenkanten 168b. Die unabgedeckten Abschnitte werden gleichzeitig von beiden Seiten des Blechs her vom Ätzmittel angegriffen. In dem in Fig. 20 dargestellten Abschnitt ist das Ätzmittel noch nicht völlig bis zur gewünschten Tiefe in das Blech von 50 Mikron Dicke eingedrungen.
Der Ätzvorgang wird aber fortgesetzt bis das Blech auf eine Tiefe von 25 Mikron abgeätzt ist, wodurch dann jedes Filterelement vom Blech 175 längs der Kante 168a, 168b abgetrennt wird. Nur an einer Oberfläche jedes Filterelements wird hierbei vom Atz mittel Metall zwischen den Erhebungen 169a abgetra- gen.
Falls Filterelemente von der in Fig. 2 abgebildeten Form hergestellt werden sollen. kann ein Metallblech ähnlich dem Blech 175 der Fig. 18, 19, 20 zuerst mittels Formen auf die gewünschte Gestalt gepresst werden, worauf der ätzmittelbeständige Überzug aufgebracht werden kann; anschliessend werden die Filterelemente mit ihren Erhebungen aus dem vorgeformten Metallblech herausgeätzt. Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung flacher Filterelemente aus einem dünnen Metallblech werden zuerst die flachen Scheiben ausgestanzt; dann wird ein ätzmittelbeständiger Film aufgebracht, um das Metall durch das Ätzmittel auf seiner Oberfläche abzutragen, derart, dass die gewünschte Form und Verteilung der Erhebungen sich ergeben.
Das Herauslösen der Filterscheibe oder der ausgeformten Scheibe aus dem Metallblech vermittels des Ätz- bades ist vorzuziehen, da hierbei keine Metallspäne oder Splitter anfallen, wie sie sich beim Stanzen mit Stanzwerkzeugen ergeben.
Die Fig. 21-23 zeigen Filterelemente mit Ätzmu- stern, die in der das Filter durchströmenden Flüssigkeit eine Wirbelbewegung erzeugen, durch die in der Flüssigkeit mitgeführte Teilchen in eine Vertiefung getragen und dort abgelagert werden. Wie in den Fig. 21 und 22 dargestellt, wird ein dünner Metallring 181 derart abgeätzt, dass sich gebogene Kanäle 182 ergeben, durch die die Flüssigkeit zum Ringinnern einströmt.
Wie am besten aus Fig. 22 zu ersehen ist, hat der ausgeätzte Kanal 182 eine glatte gebogene Wand 183 sowie eine gebogene Wand 184 mit einem zur Aussenkante des Rings zurückgebogenen Abschnitt 185, der mit dem Kanal in Verbindung steht.
In einem Stapel aus Filterelementen dieser Ausführungsform führt die durchströmende Flüssigkeit aufgrund der auftretenden Zentrifugalkräfte im zurückgebogenen Abschnitt eine Wirbelbewegung aus, durch die die in der Flüssigkeit enthaltenen Teilchen in die Spalte zwischen der Wand 184 und den zurückgebogenen Abschnitt 185 gespült werden.
Fig. 23 zeigt einen Ring 186 mit einem Ätzmuster, das den gleichen Zweck wie das Ätzmuster der in den Fig. 21 und 22 dargestellten Filterelemente erfüllt. Die Kanäle 187 in Fig. 23 sind so ausgeführt, dass sie an einer Seite 188 eine Reihe von Einbuchtungen 189 tragen.
Das Ätzmittel rauht die Wände der in den Fig. 21 bis 23 dargestellten Kanäle auf. Dadurch werden Teilchen an den Wänden zurückgehalten, die im Falle glatter Wände durchgehen würden. Die Rauhigkeit kann je nach den Bedürfnissen eingestellt werden und kann relativ stark sein, um den Einfang und das Zurückhalten von auszufilternden Teilchen zu fördern.
Die obige Beschreibung macht deutlich, dass die erfindungsgemässe Filteranordnung mit sehr verschiedenartigen Ausführungsformen verwirklicht werden kann.
Da das Filter eine feste Einheit bildet, kann keine Wanderung des Filtermaterials stattfinden, d. h. Teile oder Abschnitte des Filters können im Betrieb weder von der Flüssigkeit abgetrennt noch mit ihr abgeführt werden.
Da ausserdem im Gegensatz zu gesinterten Filtern oder Drahtgitterfiltern keine Sekundärsubstanzen in das Filter bei seiner Herstellung eingebracht werden, können keine derartigen Sekundärsubstanzen durch Stösse oder Schwingungen vom Filter abgelöst werden und in die durchfliessende Flüssigkeit gelangen.
Eine Filterpatrone der vorliegenden Erfindung kann vor dem Einbau der Filteranordnung einem Blasentest unterzogen werden. Wenn dabei eine defekte Oberfläche festgestellt wird, kann der Stapel aus Filterelementen aufgeschraubt werden und die einzelnen defekten Filter können herausgenommen und durch andere Filter ersetzt werden; nach dem Zusammenschrauben ist die Filterpatrone einsatzbereit. Dadurch werden Schweissarbeiten an beschädigten Filtern überflüssig, die bei Gitterfiltern und gesinterten Filtern üblich sind, um Lücken zu schliessen. Bei derartigen Schweissarbeiten besteht stets die Gefahr, dass Fremdsubstanzen eingebracht werden, die später abgehen. Auch reduzieren Schweissarbeiten die wirksame Filterfläche.
Das Filter der vorliegenden Erfindung kann in sehr wirksamer Weise durch Ultraschall oder durch mechanische Schwingungen gereinigt werden, besonders da derartige Schwingungen weder Teile des Filters abtrennen, noch zu bleibenden Formänderungen führen. Da der Filterstapel aus der Filteranordnung nach einer gewissen Betriebszeit herausgenommen und aufgeschruabt werden kann, so dass die Filterelemente lose aneinander liegen, sind die Zone der Tiefenfilterwirkung sowie die Kantenzone für eine direkte Reinigung zugänglich.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind vorstehend ausführlich beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs nur auf diese Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können Abänderungen vorgenommen werden.
Liquid filter
The present invention relates to a liquid filter for retaining particles entrained in the liquid.
Filters for removing solid particles from liquids and gases need further improvement.
The requirements have increased dramatically recently as particles less than 100 microns in diameter must be separated from hydraulic fluids, propellants, and other fluids used in missiles and aircraft.
Heretofore, wire mesh filters or sintered filters have commonly been used to separate particles less than 100 microns in diameter. However, these filter types have characteristic shortcomings: their service life at the absolute operating values and nominal operating values specified for them is very short.
The manufacturing processes used to date for such filters inevitably result in a high degree of contamination due to the sintering or weaving process. The filters also have little resistance to vibrations. These filters also have low resistance to high pressure differentials. The temperature range in which these filters can be used is small. And finally, these filters cannot be cleaned after use and therefore cannot be reused.
The present invention seeks to overcome these and other deficiencies in previously known filters.
It is an object of the present invention to provide a filter assembly having at least one stack of one-piece filter elements that are compressed into a rigid column to withstand extremely high pressure differentials.
A filter effect should take place both at the edges and in the depth of the filter material. The depth filtering should hold back elongated impurities, whereas the edge and surface filtering should hold back round or rounded particles.
Furthermore, this filter should be able to be cleaned and reused if it is dirty.
The liquid filter according to the invention is characterized in that it has at least one stack of flexible filter elements of the same type, each of which has a surface with a large number of elevations, that the side surfaces of these elevations are rough, that a housing for receiving the stack is provided with an inlet and an outlet opening for the liquid, that means are provided in the housing which serve to press the filter elements together to form a tightly packed, impact-resistant stack, and that this stack is arranged in the housing such that the liquid on the way from the inlet opening to the outlet opening between must flow through the filter elements, the rough side surfaces of the elevations holding back the particles present in the liquid.
With such a filter, individual filter elements of a stack that are found to be unusable in a bubble test can be removed and replaced, whereas in the case of sintered or wire mesh filters leaks found in bubble tests have to be melted or soldered, so that more filter material has to be added, which in turn can at least partially come off with the outflowing medium.
The subject matter of the present invention is described in more detail below with reference to the accompanying figures, for example.
Fig. 1 is a perspective view of a filter assembly according to the invention, cut away longitudinally to show interior details.
FIG. 2 is a perspective view of the filter cartridge used in the arrangement shown in FIG.
FIG. 3 is a cross section through the filter assembly taken along line 3-3 in FIG. 1.
Fig. 4 is a partial, enlarged plan view of the zone labeled 4 in Fig. 3 and shows details on one side of a filter element.
Fig. 5 is an enlarged cross-section along line 5-5 of Fig. 4.
FIG. 6 is a plan view of another embodiment of a filter element for use in the arrangement shown in FIG. 1.
Figure 7 is an axial cross-section of another embodiment of the filter assembly.
FIG. 8 is a cross section taken along line 8-8 of FIG. 7.
FIG. 8a is a partial plan view of a surface of one of the filter elements of the arrangement shown in FIG. 7.
Fig. 9 is a longitudinal section through an embodiment of the invention which is in the form of a cooler.
FIG. 10 is a cross-section taken along line 10-10 of FIG. 9.
FIG. 11 is a partially enlarged plan view of the area designated by 11 in FIG. 11 and shows the constitution of one side of a filter element.
12 is a cross section in the axial direction through another embodiment of the filter arrangement according to the invention.
FIG. 13 is a cross-section along the line 13-13 of FIG. 12 and shows the double influence for the inflowing medium.
FIG. 14 is a cross-section taken along line 14-14 of FIG. 12.
FIG. 15 is a partially enlarged plan view of the area denoted by 15 in FIG. 14.
FIG. 16 is a cross section taken along line 16-16 of FIG. 14.
Figure 17 is a cross section through a filter cartridge with a different arrangement of the filter element.
Fig. 18 is a partial plan view of the inner surface of a thin piece of sheet metal having a particle-retaining pattern showing a portion in the manufacture of a filter element.
19 is a view of the restrained pattern on the other side of the piece of sheet metal shown in FIG.
Fig. 20 is a cross section taken along line 20-20 of Fig. 18 and shows schematically another portion in the manufacture of the filter elements by etching.
21 is a partial view of another embodiment of a filter element according to the invention.
FIG. 22 is a partially enlarged plan view of the filter element of FIG. 21.
Finally, FIG. 23 is a partial top view of a further embodiment of a filter element according to the invention.
Fig. 1 shows a T-shaped filter assembly 20 in which the filter cartridge shown in Fig. 2 is mounted. The arrangement consists of a cylindrical housing 22 and an upper end wall 23, which together consist of one piece. The housing encloses a cylindrical chamber 24 which, at its lower end, has a projection 25 into which a cylindrical cage 26 of the cartridge 21 fits. The upper end of the chamber 24 has a downwardly directed pin 27 which engages in a blind hole 28 on the top of a flange 29 on the cage 26.
The cartridge 21 is thus in a certain angular position with respect to the housing 22. At its lower end, the chamber 24 has an internal thread 30 into which a washer nut 31 can be screwed; this washer nut presses the filter cartridge against the roof of the housing 22. Below the internal thread 30, a smooth blind hole 32 is provided in the chamber 24, into which a raised edge on the lower part of a cover 33 closing the housing engages. This cover can be fastened by a few screws 34 or other suitable fastening means in such a way that it closes the lower end of the housing 22. The lower end of the chamber has recesses, denoted by 35, for receiving a sealing ring (O -ring) 36 which surrounds the edge of the cover 33.
The filter cartridge 21 and the housing 22 form an annular zone into which the liquid to be filtered flows through an inlet nozzle 37 and its extension 38. The cartridge 21 contains annular filter disks 40 which are stacked coaxially one on top of the other and which form a cavity inside the cartridge. The liquid flows from the annular zone through the filter disks 40 into the hollow inner zone of the cartridge and exits the housing through an outlet port 41. So that no liquid passes the filter cartridge 21, there is a circular channel 42 in the upper end flange 29 of the filter housing 26 for receiving a sealing ring (O-rings) 43 provided.
Each of the filter elements consists of an impermeable material, preferably sheet metal, which can be etched, cut, rolled, embossed or deformed in some other way. If it is important that the filter retain particles of a certain minimum size (e.g. 25 microns), the filter elements are preferably made of stainless steel sheet, the special shape of the filter element being produced by etching.
Let us now assume that the filter is intended for 25-micron particles. Then each of the similar filter disks 40 is made of stainless steel sheet by etching the sheet to the illustrated ring shape, in such a way that a pattern of protrusions 40a remains on a disk surface which form one piece with the impermeable support part 40b.
The stainless steel sheet from which the disks 40 are made by etching is originally 50 microns thick and is etched on one side to a depth of 25 microns, leaving the protrusions 40a of 25 microns high above the support part 40b. The panes 40 can be etched in such a way that the inner and outer edges are smooth, but in the present case a tooth-shaped etching of the outer edge 40c is provided in order to increase the area with a filter effect at the edge. Similarly, an inner tooth-shaped edge 40d can be created by etching. 6 shows another embodiment of the inner and outer edges for a different disc shape 40 ', in which the inner and outer edges 40d' and 40c 'are etched into the disc in a sawtooth shape.
As shown in FIG. 5, the disks 40 are stacked on top of one another in such a way that the protrusions 40 a of one disk contact the smooth, unetched surface of the other disk 40. This creates a gap between the inner edge and the outer edge of a pair of adjacent disks 25 microns wide. If a stack of filters 40 is then coaxially pressed together - as in the cartridge 21 - edge filtering occurs at the outer edge of the disks 40 such that particles larger than 25 microns in diameter cannot pass radially inward through the filter stack.
From the inner edge of the outer surface of the stack, there is a depth filter effect due to the elevations 40a, which hold back elongated particles with a diameter of less than 25 μm that have come through from the outer edge of the stack inward. Such elongated particles, such as. B. wadding fibers, cannot follow the tortuous path between the closely spaced elevations 40a and are therefore held back.
As shown in Fig. 4, the projections 40a are in the form of Y closely spaced. Each of the elevations 40a has the arms of the Y open radially to the outside of the disk, whereby the downwardly directed beam of the Y extends in the direction of the disk radius. The arms of the Y thereby form a cavity 46 in which a large part of all round or fibrous particles of less than 25 microns in size accumulates which were not retained by the filtering effect on the outer edges of the disc filter. In the space between the downwardly extending bars of adjacent Y-shaped elevations 40a is the cavity 46 of another elevation 40a which is attached behind a pair of adjacent elevations.
For example, in Figure 4, the pair of adjacent bumps x, y has a gap between the downwardly facing beams of the Y which is interrupted by the cavity of another bump. This arrangement results in a very tortuous path on which elongated particles are retained; in addition, the space between the bumps 40a can be kept very small, so that particles less than 25 microns in size that are not captured by the cavities 46 are retained.
The outside diameter of the disks 40 is such that the disks can slide into the cage 26; the inner diameter of the discs corresponds to the diameter of the outlet opening in the flange 20 at the upper end of the cage. When the cartridge 21 is assembled, all of the disks 40 are arranged in the manner shown in FIG. This means that the elevations of each disk abut the unetched side of the next disk 40 or the disk 40 above it. 160 such disks 40 are used per centimeter of stack length of a 25 micron filter. The desired number of discs are placed in the cage 26; the discs butt against one end of the stack, namely the flange 29, at the upper end of the cage.
On the other hand, rigid washers 65 are inserted into the stack of discs about 2.5 cm apart to prevent the discs from twisting when torque is applied to one end of the stack, to compress the stack into a solid column and also to close it prevent the panes from being tilted out of a plane perpendicular to the stacking axis, which is possible if there happens to be too much clearance between adjacent panes or if slightly curved panes come together.
The lower end of the housing 26 can receive a nut 49 with which the stack of washers 40 is pressed against the flange 29. Before being compressed, the washers 40 may not be completely flat and the stack of loosely stacked washers and washers has enough slack that its overall length is greater than its final length after installation. When the screw 49 is tightened, the clearance disappears and there are about 200 washers per centimeter. The overall stack then resembles a relatively incompressible column under load. The proximity and the distribution of the elevations 40a then play an important role, since it must be ensured that the elevations do not penetrate into another pane or are bent over by contact with the surface of another pane.
Care must be taken that a large number of elevations on one disk touch the surface of another disk, which also has elevations on its other side, so that a columnar structure is created by the superimposition of elevations or parts of superimposed elevations.
After the screw 49 has been tightened, a set screw 50 is screwed into the lower end of the cage 26. The cartridge 21 is thus prepared for insertion into the housing 22, where it is held in place by the screw 31. This screw strikes the lower end of the cage 26.
As shown in FIG. 2, the walls of the cage 26 between the lower enclosure and the upper end of the cage are cut open in such a way that four supports 51, 52, 53, 54 remain in the longitudinal direction, between which the outer edges 40c of the discs 40 exposed as edge filtration zones of the filter cartridge.
The opening between the supports 51, 52 is shorter than the other openings, whereby a baffle 55 is created. The downward-going pin 27 ensures that the cartridge 21 can only be inserted into the housing 22 in a specific angular position, the deflecting wall 55 then coming to lie opposite the extension 38 of the inlet connector 37 in the housing 22. When the liquid to be filtered enters the housing 22 and flows into the interior through the extension 38 of the inlet, the particles contained in the liquid cannot hit the outer edges of the disks 40, since they are located behind the baffle 44. As a result, the outer walls of this group of disks 40 are not worn out more and the particles contained in the liquid are evenly distributed over the ring zone formed by the filter cartridge.
In order to compensate for the fluid pressure exerted on the retaining screws, several passage openings are provided in the screws 49, 50, 31. The screw 49 has several openings 60 which run from the top on the outer edge of the disk downwards and in the radial direction inwards and open outwards on the underside of the screw. The top of the screw 50 has a shallow cylindrical cavity 61 and the hexagonal holes 62 in the screw 50 pass through the screw so that the cavity 61 is reached from the passages 60 via the screw 50 by the liquid. In the same way, the screw 31 has continuous hexagonal holes 63 through which the liquid can penetrate to the space between the screw 31 and the cover 32 of the housing 22.
As a result, the pressures exerted on the screws 31, 50 and 49 are made approximately the same.
7 shows another embodiment of the invention, namely a filter arrangement 70 inserted into a line. In this filter arrangement, a tubular housing 71 with an inner partition 72 is provided. On the downstream side of the partition is an annular recess 73, into which the ring 74 fits, which forms one end of a cage for a stack of filter disks 75. The other end of the cage consists of the ring 76 which lies in a plane perpendicular to the axis of the stack of filter discs 75 and is connected to the ring 74 by a number of ribs 77.
The disks 75 can consist of very thin sheet metal, which is first given a conical shape by compression molding and is then etched in such a way that the shown annular arrangement with the inner edges 75a and the outer edges 75b remains. One side of the disk is then etched off to the desired depth, in such a way that the circular elevations 75c remain as a whole with the non-perforated support part 75d. If z. If, for example, a filter which is impermeable to particles larger than 25 microns is to be produced, the filter discs are cut from 50 micron thick sheet metal and then etched off on one side so that the protrusions 75c protruding 25 microns above the support part 75d remain.
7, 8 and 8a, the thickness of the filter disks, the filter surface and the height of the elevations 75c and the distance between elevations are drawn greatly exaggerated in size for better illustration, as are the other filter elements shown in the figures.
As shown in FIG. 7, the filter disks 75 are stacked in such a way that the etched surface of one disk rests against the unetched surface of the neighboring disk. The stack of filter disks 75 is then compressed to achieve the desired columnar strength and to provide a 25 micron width between the outer edges 75d for edge filtering.
The downstream side of the partition 72 has a pierced conical shoulder 86 on which the concave side of a disk 75 rests at this end of the disk stack. The cage for the filter disks 75 is first placed on the shoulder 73 with the ring 74. The stack of filter disks 75 is then inserted through the opening in ring 76, thereby holding the stack in a coaxial arrangement by the cage. The downstream end of the housing 71 is cut (designated 81) and has a thread into which the end piece 82 of the downstream side is screwed. A circular groove 83 is provided on the periphery of the end piece 82 into which a sealing ring (O-ring) 84 fits; this sealing ring creates a liquid-tight separation between the housing and the end piece.
The end piece 82 has the inner end surface 85 which rests against the ring 76 of the disc cage. Within the flat end surface 85, the end piece 82 has a conical shoulder 86 on which the convex end surface of the disk 75 at the other end of the disk stack rests. When the end piece 82 is tightened, the stack of filter disks 75 is compressed and pressed against the shoulder on the partition 72. The annular shoulder 73 provides a clearance such that the stack of filter disks can be completely compressed. The end piece 82 has an external thread for the adjusting screw 87, which can be screwed against the end of the housing 71 and thereby enables the end piece 82 to be fixed. The end piece 82 has the axial passage opening 88 which is inserted into the outflow connection 89 screwed into the end piece.
An O-ring 90 is placed between the neck 89 and the tapered bore for the end piece 82 to create a liquid seal.
The partition 72 has several passage openings 91 for the liquid flowing in from the inlet connection 92. As indicated by 93, the inlet connection 92 is screwed into the inlet side of the housing 71.
The inner end of the inlet connection 92 has a groove 94 for the sealing ring (O-ring) 9'0; this arrangement creates a seal for the liquid between the housing and the inflow port.
The inlet connection piece also has the inlet 96 for the pipe section 97 in the axial direction. A sealing ring 98 is attached under the head part of the pipe section 97 in order to create an effective liquid seal between the pipe section and the connection piece 92.
During operation of the filter arrangement 70, the inflowing medium enters through the nozzle 92 and is distributed through the passage openings 91 in the partition 72 to the annular space between the stack of filter elements 75 and the housing wall. A filter effect for fine-grain substances results at the outer edges of the filter discs 75; the edge distance determines the total permeability of the filter arrangement 70. The liquid flows inward to the hollow central space of the stack of filter disks and follows the winding paths defined by the special arrangement of the filter disks 75. This results in a filter effect in the interior of the filter, with particles with a diameter smaller than the edge air being retained on the elevations 75c.
The outflowing, filtered liquid then passes from the hollow central space of the stack of filter disks 75 to the passage opening 88 in the outflow nozzle 82. The filter effect of the filter arrangement 70 is therefore very similar to the filter effect resulting from the arrangement 20. However, the pressure drop in the filter arrangement 70 is lower due to the conically curved shape of the filter disks and the resulting flow shape with an axial flow component.
9 shows an embodiment 110 of the filter assembly which is in the form of a cooler. The filter housing consists of a box 111, the lower end of which is sealed by means of the seal 112, which in turn is pressed on by the cover 113; this cover is fastened by means of several screws 114. The edges at the top of the box 111 are sealed with another gasket located under the removable cover plate 115 and labeled 112. This cover plate is also fastened with several screws 114. An inlet port 116 is attached to one side of the box 111; the opposite side has the outflow opening 117.
The filter arrangement 110 contains a stack of similar filter elements 120. As shown in FIG. 10, each of these filter elements is an elongated, rectangular strip, most suitably made of stainless steel, which has been etched to the rectangular shape shown. On each strip, the ridges 120d and, on the surface of the strip, the Y-shaped elevations 120a, shown on an enlarged scale in FIG. 11, have also been created by etching on the front and rear edges.
As in the case of the filter elements 40 of the filter assembly 20 shown in Figure 1, each of the filter elements 120 has an overall thickness of 50 microns in order to provide impermeability to particles greater than 25 microns in diameter; this thickness is composed of the 25 micron thick carrier layer 120b and the 25 micron high elevations 120a protruding above the carrier layer. The gap between the edges 120c of a pair of adjacent filter elements 120 is therefore 25 microns wide between the ridges 120d; any particles greater than 25 microns in diameter are therefore retained in the cooler-shaped filter assembly 110.
The Y-shaped protrusions 120a are arranged in the same way as on the filter disks 40 in FIG. 3, so that cavities 121 are produced at each Y behind the entrance side occupied by the ridges 120d and between adjacent pairs of protrusions. Adjacent bumps 120a are preferably provided 25 microns apart; that is, the distance between opposing arms of a pair of adjacent Ys is 25 microns. The arms and down bar of each Y can be approximately 75 microns wide; each Y conveniently has a total length of about 0.8 mm and a total width of about 0.5 mm.
As shown in Figure 10, two vertical notches 123 on opposite sides of the box hold the stack of filter elements 120. If necessary, a sealing washer can be inserted into each notch 123 to prevent unfiltered liquid from getting around the end portions of the stack flows around from filter elements 120. Such seals are unnecessary, however, if the filter elements 120 are made of a suitable length so that a snug fit in the notches 123 results, i.e. i.e., if they are 25 microns longer than the distance between the bottom surfaces of the notches 123. A beam 124 is attached to the top of the stack of filter elements 120; the beam length is such that the beam ends fit into the notches 123.
The opposite end portions of the beam 124 can carry a liquid seal or can be fitted between the notches so that the resulting gap is smaller than the minimum size of the particles that are to be retained by the filter.
When the cover plate 115 rests against the beam 124 when it is fastened, it presses the stack of filter elements 120 together. Any leeway for the movement of the filter elements is eliminated and a solid vertical column is created, which has about 200 of the filter elements 120 per centimeter of height of the cooler-shaped arrangement. In order to provide support to the stack of filter elements 120 against the pressure differential acting on the filter, two support pillars 125 are provided on the downstream side of the stack. As shown in Fig. 10, these vertical pillars 125 preferably have flat surfaces that abut the rear of the filter stack.
As shown in FIG. 9, a pin 126 is provided at the lower end of each support post which fits into a corresponding recess in the upper surface of the lid 113. At its upper end, each column 125 has a cylindrical flange 127 which fits into a corresponding recess 128 on the underside of the cover plate. Between each cylindrical flange 127 and each recess 128 there is a spring 129 which presses each support pillar 125 downward and thus holds the pin 126 in its bearing.
This arrangement makes it possible to provide a small gap on the shoulder 130 between the flange 127 and the upper end of the support post 125, which ensures that the height of the support post 125 does not prevent the cover plate 115 from pressing the beam 124 as desired so that the stack is completely compressed; it also ensures that the seal 112 can be properly clamped to the top of the box 111.
12 shows another embodiment of the invention, namely a filter arrangement 130 which can be inserted into a line. The cylindrical housing 131 has the conical end 132 which tapers towards the inlet opening 133. The conical end has an internal thread for screwing in the inflow tube 134, the axis of which coincides with the axis of the housing. At the other end of the housing 131, a circular outer flange 135 is provided, to which the base plate 136 of a removable filter cartridge is attached.
A suitable sealing ring (O-ring) 137 is inserted between the flange 135 and the base plate 136. The fastening flange 138 of the extension piece 139 is seated on the base plate 136, and the outlet pipe 141 is screwed into the outlet connection 140 of which is provided with a thread. The sealing ring (O-ring) 142 is inserted between abutting surfaces of the mounting flange 138 and the base plate 136 to create a fluid seal between the two parts. The flange 135, the base plate 136 and the mounting flange 138 have mating bores for receiving the screws 1437 which hold these parts together.
The filter cartridge is fastened to the base plate 136 and can be removed from the housing 131 together with this base plate after loosening the screws 143 and removing the extension piece 139. The cartridge consists of a number of similar filter disks 145 and a set of elongated fastening rods 146 which are fastened at one end in the base plate 136 and are screwed into the pressure plate 147 at the other end. The filter cartridge also includes the plate 148, which is also held by the fastening rods 146, and the adjusting screw 149, which is screwed into the pressure plate 147 and is used to press the filter discs 145 between the plate 148 and the base plate 136.
For a filter that will retain particles up to 25 microns in diameter, the filter discs 145 are made from 50 micron thick sheet steel; this sheet is etched away and given the shape shown in FIG. 14 in plan view. Each disk is circular and has a central opening 145a and a sawtooth-shaped outer edge 145b. The outer edge has circular cutouts 145c at points which are offset from one another by 90C for receiving the fastening rods 146. As a result, the filter rods 145 are held in the desired position with respect to one another and with respect to the base plate 136. Each filter disc 145 has four kidney-shaped cutouts 145d; Similar openings 150 are provided in the base plate 136.
After the filter disks 145 have been etched to the shape described above, the surface profile shown schematically in FIG. 14 is worked out by a further etching. One surface of each disc is etched to a depth of 25 microns so that the illustrated pattern of Y-shaped bumps remains 25 microns high above the 25 micron thick support surface; the etching is carried out in such a way that the four smooth zones 145g are produced at the same time, which extend in the radial direction from the center point 145a. In other words, the smooth zones 145g and the Y-shaped elevations 145e remain unetched, whereas the rest of the wafer surface is removed by the etching to a thickness of 25 microns. The Y-shaped elevations are arranged in the manner previously described.
In the filter arrangement 130 the liquid flows through the inflow opening 133 and flows into the stack of filter elements 145 from the annular space between the filter stack and the wall of the housing 131 and from the cavity delimited by the inner edge 145a of the filter stack. As shown in FIG. 13, the plate 148 has a plurality of through openings 152 which run in the radial direction and which open into the opening 153 located on the axis of the arrangement. The opening 153 has the same diameter as the hole 145a in the filters and is therefore in communication with the cavity formed by the entirety of the holes 145a. The inflowing liquid flows inward in the radial direction, from the outer edge of the stack of filter elements 145, and at the same time flows outward in the radial direction from the cavity in the center of the filter stack.
The filtered liquid flowing out, i. H. The liquid in the kidney-shaped cutouts 145 goes off the filter stack in the axial direction and flows out through the openings 150 in the base plate, the outflow nozzle 140 and the outflow pipe 141.
14 shows that on each of the quadrants on a filter disk 145, Y-shaped elevations 145e are distributed outside the kidney-shaped openings 145d; these elevations are arranged such that the cavities 155 formed by the arms of the Y come to lie on the outside. On each quadrant of the filter disks 145 there are also Y -shaped elevations 145e which are located inward (in the radial direction) with respect to the kidney-shaped openings 145d; the cavities of these Y-shaped elevations look inwards. As before, in this case too the relative size of the elevations is shown greatly exaggerated in the interests of a clear representation.
As in the previously described filter arrangements, the filter disks 145 are also stacked one on top of the other in the filter arrangement 130 such that the etched surface of one disk rests against the smooth, unetched surface of the neighboring disk. But in this case the disks are congruent, i.e. H. when they rest in the fastening rods 146, the smooth zones 145g, the elevations 145e and the openings 145d lie one above the other. The openings 145d coincide with the openings 150 in the base plate 136, while the cavity defined by the cutouts 145a has an opening through the opening 153 in the plate 148.
As shown in Figure 13, the mounting rods 146 extend through corresponding openings in the plate 148; these openings are just large enough for the fastening rods to slide through them. The pressure plate 147 also has bores for receiving the fastening rods 146; the pressure plate is held in place by means of the nuts 157 which are screwed onto the fastening rods. The adjusting screw 149 can be moved back and forth on the thread in the middle of the pressure plate 147; the inner end of this screw presses against the center of the plate 148 and thereby presses the filter stack together between the plate 148 and the base plate 136 so that the filter disks lie tightly against one another.
If the filter is to be impermeable to particles larger than 25 microns in diameter, about 200 filter disks per centimeter of length of the compressed filter stack must be used. It should be noted that - as shown in FIG. 16 - the smooth zones 145g and the elevations 145e each lie exactly on top of one another, so that the compressed filter stack has the strength and structural properties of a thick-walled pipe.
Fig. 17 shows another embodiment of the invention in which a wrong, i.e. H. reversed insertion of filter discs into the cartridge is impossible, d. H. also, the filter disks cannot be inserted in such a way that the elevations of two adjacent filter disks touch. A filter cartridge or a cage 161 is used here, which is similar to the cage 26 of FIG. 2 and has two rods 162, 163 connecting the two opposite ends of the cage.
The distance between the rods 162, 163 is relatively large, whereas two other rods 164, 165 of smaller cross-section lie relatively close together and thus form an opening 166 between them. This opening serves to receive the nose 167, which extends outward from the filter disk 168 in the radial direction.
On the surfaces of the filter disks protrude the projections 169 connected with them, which are distributed over the zone between the outer edge 168a and the inner edge 168b of the annular filter disk.
The outer edge 168a of each filter disc has a semicircular notch 168c which is usually opposite the nose 167, but is slightly offset with respect to the diameter that goes through the nose. A reference rod 170 is likewise mounted in the filter cage 161 in the gap between the rods 162, 163 to engage the notch 168c.
If a filter disc has its bottom facing up, it cannot be inserted into the cartridge because the notch 168c then does not engage the rod 170 even if the nose 167 engages the opening 166. This prevents filter disks 168 from being inserted the wrong way round. The desired gap between two adjacent filter disks thus always has the same width, since it cannot happen that the elevations 169 of one disk butt against the elevations 169 of the neighboring disk.
As already mentioned, it is advisable to etch the filter elements out of a thin sheet of steel in order to obtain a completely clean filter from which no components can come off with the filtered liquid. The etching can be carried out according to FIGS. 18, 19, 20: these figures show sections of the production of the filter disk 162 shown in FIG. 17.
18 shows a corner piece of a thin metal sheet 175; for the following explanations it is assumed that the sheet originally had a thickness of 50 microns. To simplify the description, the side of the metal sheet 175 shown in FIG. 18 is referred to as the upper side, and thus corresponds to the upper side of the filter disk 168 shown in FIG. 17.
Fig. 19 shows the other side of the metal sheet 175. In Figs. 18 and 19, the dashed areas represent a suitable etchant resistant cover material on the sheet, e.g. B. can be applied by means of a printing process or by a photographic process and covers the areas of the sheet metal that are to remain unetched. In Fig. 17, the circular bumps 169 and the protruding nose 167 are the only unetched locations on the top of the filter disk 168. The same reference symbols are used in Fig. 18 to designate the corresponding portions on the sheet 175 with the etch-resistant Material are covered so as not to be removed from the surface by the etchant. The reference symbols 168a and 168b in FIG. 18 denote the edges of the covered sections on the sheet metal 175.
These edges correspond to the outer edge 168a and the inner edge 168b of the filter disk shown in FIG. 17. As shown in FIG. 19, the underside of the sheet metal piece is completely covered with the etch-resistant material, with the exception of only the outer edge 168a, the notch 168c and the nose 167, and the circular inner edge 168b.
The contours of the filter elements drawn on the upper side in FIG. 18 are the mirror images of the contours of the filter elements on the lower side (FIG. 19).
Otherwise, the contours shown coincide. When a metal sheet 175 covered with etchant-resistant cover material is placed in a suitable etchant, the exposed areas of the sheet are attacked by the etchant from both sides of the sheet at the same time. This is shown schematically in FIG. 20; the metal has been removed by the etching agent between the covered elevations 169, as well as around the outer edges 168a and the inner edges 168b. The uncovered sections are attacked by the etchant from both sides of the sheet at the same time. In the section shown in Fig. 20, the etchant has not yet fully penetrated the 50 micron thick sheet to the desired depth.
The etching process continues, however, until the sheet metal is etched to a depth of 25 microns, which then separates each filter element from sheet metal 175 along edge 168a, 168b. Metal between the elevations 169a is removed by the etching medium on only one surface of each filter element.
If filter elements of the shape shown in FIG. 2 are to be produced. a metal sheet similar to sheet 175 of FIGS. 18, 19, 20 can first be pressed to the desired shape by means of molding, after which the etchant-resistant coating can be applied; the filter elements with their elevations are then etched out of the preformed metal sheet. In another method for producing flat filter elements from a thin sheet of metal, the flat disks are first punched out; then an etchant-resistant film is applied in order to remove the metal by the etchant on its surface, in such a way that the desired shape and distribution of the elevations result.
The removal of the filter disk or the formed disk from the sheet metal by means of the etching bath is preferable, since no metal chips or splinters arise in this case, as they arise when punching with punching tools.
FIGS. 21-23 show filter elements with etched patterns which generate a vortex movement in the liquid flowing through the filter, by means of which particles carried along in the liquid are carried into a depression and deposited there. As shown in FIGS. 21 and 22, a thin metal ring 181 is etched away in such a way that curved channels 182 result, through which the liquid flows to the inside of the ring.
As can best be seen in FIG. 22, the etched channel 182 has a smooth curved wall 183 and a curved wall 184 with a portion 185 bent back towards the outer edge of the ring and communicating with the channel.
In a stack of filter elements of this embodiment, due to the centrifugal forces occurring in the bent-back section, the liquid flowing through executes a vortex movement through which the particles contained in the liquid are flushed into the gaps between the wall 184 and the bent-back section 185.
23 shows a ring 186 having an etch pattern which serves the same purpose as the etch pattern of the filter elements shown in FIGS. The channels 187 in FIG. 23 are designed such that they carry a series of indentations 189 on one side 188.
The etchant roughen the walls of the channels shown in FIGS. 21-23. This will hold back particles on the walls that would pass through in the case of smooth walls. The roughness can be adjusted as needed and can be relatively strong to promote the capture and retention of particles to be filtered out.
The above description makes it clear that the filter arrangement according to the invention can be implemented with very different embodiments.
Since the filter forms a solid unit, no migration of the filter material can take place; H. Parts or sections of the filter can neither be separated from the liquid nor discharged with it during operation.
In addition, since, in contrast to sintered filters or wire mesh filters, no secondary substances are introduced into the filter during its manufacture, no such secondary substances can be detached from the filter by impacts or vibrations and get into the liquid flowing through.
A filter cartridge of the present invention can be bubble tested prior to installing the filter assembly. If a defective surface is found, the stack of filter elements can be screwed on and the individual defective filters can be removed and replaced with other filters; After screwing together the filter cartridge is ready for use. This eliminates the need for welding on damaged filters, which is common with mesh filters and sintered filters in order to close gaps. During welding work of this type, there is always the risk that foreign substances will be introduced that will later escape. Welding work also reduces the effective filter surface.
The filter of the present invention can be cleaned very effectively by ultrasound or mechanical vibrations, especially since such vibrations neither separate parts of the filter nor lead to permanent changes in shape. Since the filter stack can be removed from the filter arrangement after a certain operating time and scraped open so that the filter elements lie loosely against one another, the zone of the depth filter effect and the edge zone are accessible for direct cleaning.
Various embodiments of the invention have been described in detail above. However, the present invention is by no means restricted to these embodiments only, and modifications can be made.