DE10034064C1 - Vorrichtung zur Reinigung von porösem Material mittels Ultraschall - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Reinigung von porösem Material 3, insbesondere von Feinfilterelementen, weist wenigstens einen Ultraschallwandler 2 auf, an welchem ein stabförmiger Resonator 1 gekoppelt ist. Der Resonator 1 weist einen Hohlraum 4 auf, in welchen das poröse Material 3 einbringbar ist, wobei der Hohlraum 4 wenigstens eine Einlaßöffnung 5 und wenigstens eine erste Auslaßöffnung 6 aufweist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungselemente 8 vorhanden sind, mittels der das poröse Material 3 gegenüber der Wandung des Hohlraums 4 abgedichtet im Hohlraum 4 anordenbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zur Reinigung von porösem Material, insbesondere von Feinfilterelementen, mit wenig­ stens einem Ultraschallwandler, an welchem ein stabförmiger Resonator gekoppelt ist.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 455 837 A1 bekannt. Mit­ tels der bekannten Vorrichtung werden Ultraschallwellen in eine Flüssigkeit eingelei­ tet, in welcher sich zur Reinigung bestimmte Elemente befinden. Durch die im Ultra­ schallbereich schwingenden Partikel der Flüssigkeit wird Schmutz, welcher sich auf den zu reinigenden Elementen befindet, gelöst und von den Elementen wegtrans­ portiert.

Zwar läßt sich mit einer derartigen Vorrichtung auch poröses Material reinigen, je­ doch ist die Reinigung noch nicht optimal. Insbesondere die Reinigung von Feinfilte­ relementen ist noch relativ umständlich. Zu reinigende Feinfilterelemente müssen regelmäßig aus einer Anlage ausgebaut werden, um sie mittels der bekannten Vor­ richtung zu reinigen.

Insbesondere müssen Feinfilterelemente, welche zur Entnahme von Proben einer Flüssigkeit verwendet werden, aus einer betreffenden Vorrichtung ausgebaut wer­ den. Hierdurch wird der Betrieb der Anlage unterbrochen. Dies ist sehr nachteilig.

Die Filterelemente zur Entnahme von Proben einer Flüssigkeit bestehen aus einem hohlzylinderförmigen Rohr, dessen Wandung aus einem porösen Material besteht und das Filtermedium bildet. Im Normalbetriebszustand wird die Flüssigkeit an einem Ende des hohlzylinderförmigen Rohrs in das Rohr geleitet und am anderen Ende wieder entnommen. Zur Entnahme einer Probe der Flüssigkeit, wird das Ende des Rohrs, an dem die Flüssigkeit im Normalbetrieb austritt, verschlossen, so daß die Flüssigkeit durch die poröse Wandung des hohlzylinderförmigen Rohrs getrieben wird. Die derartig gefilterte Flüssigkeit kann dann als Probe für eine Analyse der Flüssigkeit verwendet werden.

Aus der DE 197 06 007 C1 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von fadenförmigen Erzeugnissen bekannt, bei welcher ein sogenannter Biegeschwinger mittels einer Ultraschall-Sonotrode in Schwingungen versetzt wird. Der Biegeschwinger ist zylin­ derförmig ausgebildet und weist in axialer Richtung eine Bohrung auf. Durch diese Bohrung wird das zu reinigende Erzeugnis wie beispielsweise ein Draht geführt.

In die Bohrung münden weitere Bohrungen, welche der Zufuhr einer geeigneten Rei­ nigungsflüssigkeit dienen.

Wenngleich mittels der bekannten Vorrichtung auch hohlzylinderförmige Feinfiltere­ lemente gereinigt werden könnten, so ist deren Reinigung noch nicht optimal. Denn der sich in der porösen Wandung abgesetzte Schmutz läßt sich durch eine Beschal­ lung nur sehr schwer entfernen. Des weiteren müßten die Feinfilterelemente zur Rei­ nigung aus einer betreffenden Anordnung der entsprechenden Vorrichtung ausge­ baut werden, wodurch der Betrieb der Vorrichtung unterbrochen wird.

Des weiteren ist aus der DE 34 25 552 A1 eine Vorrichtung zum Reinigen von Ge­ genständen durch Ultraschall bekannt, mittels der zylindrische Filter zur Reinigung der Strahlung eines nahen Ultraschallfeldes ausgesetzt werden, während ein Reini­ gungsmedium den Gegenstand durchfließt. Die Vorrichtung besteht aus einem Ultra­ schall-Reinigungswerkzeug mit einer Reinigungsöffnung, das mit einem Ultraschall­ wandler verbunden ist, einem Gehäuse, einem Halter für den zu reinigenden Gegen­ stand und einem Behälter für ein Reinigungsmedium. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter wenigstens ein Reinigungswerkzeug vorgesehen ist, das am unteren Teil der Reinigungsöffnung eine absperrbare Ablaufleitung ab­ gedichtet angeschlossen ist, in welche eine an den oberen Teil der Reinigungsöff­ nung angeschlossene Leitung mündet, sowie daß ein Ständer einen verstellbaren Arm mit dem Halter aufweist, und daß der Behälter für die Reinigungsflüssigkeit über eine biegsame Zuführleitung und ein Ventil mit der Reinigungsöffnung im Werkzeug verbindbar ist und ein Heizelement enthält.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine eingangs genannte Vorrichtung derart auszubil­ den, daß sie besser zur Reinigung von porösem Material, insbesondere von Feinfilte­ relementen, geeignet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Reinigung von porösem Material, ins­ besondere von Feinfilterelementen, welche wenigstens einen Ultraschallwandler aufweist, an welchem ein stabförmiger Resonator gekoppelt ist, welcher einen Hohl­ raum aufweist, in welchen das poröse Material einbringbar ist, wobei der Hohlraum wenigstens eine Einlaßöffnung und wenigstens eine erste Auslaßöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungselemente vorhanden sind, mittels der das poröse Material gegenüber der Wandung des Hohlraums abgedichtet im Hohlraum anordenbar ist.

Dadurch, daß Dichtungselemente vorhanden sind, mittels der das poröse Material gegenüber der Wandung des Hohlraums abgedichtet im Hohlraum anordenbar ist, wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß eine mittels der Einlaßöffnung in den Hohl­ raum eingeleiteten Flüssigkeit oder Gas nicht mehr das poröse Material umströmen kann, sondern durch das Material hindurchtreten muß, um zur Auslaßöffnung zu ge­ langen. Hierdurch wird während der Beschallung des porösen Materials das poröse Material mit einer Flüssigkeit oder einem Gas durchströmt, wodurch wird eine sehr intensive Reinigung des porösen Materials erreicht wird. Durch die hohe Intensität wird zur Reinigung des Materials nur noch sehr wenig Zeit benötigt.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der Erfindung herausge­ stellt, bei welcher eine zweite Auslaßöffnung vorhanden ist. Durch die zweite Aus­ laßöffnung wird erreicht, daß beispielsweise hohlzylinderförmige Filterelemente sehr effizient gereinigt werden können. Denn mittels der zweiten Auslaßöffnung läßt sich in einfacher Weise eine Umschaltung des Flüssigkeits- oder Gasstroms erreichen. So kann beispielsweise, wenn die zweite Auslaßöffnung geschlossen und die erste Auslaßöffnung geöffnet ist, die Flüssigkeit oder das Gas das hohlzylindrische Filte­ relement in axialer Richtung durchströmen, wodurch eine Filterung der Flüssigkeit oder des Gases nicht erfolgt.

Ist die zweite Auslaßöffnung geöffnet und die erste Auslaßöffnung geschlossen, durchströmt beispielsweise die Flüssigkeit die Wandung des Filterelements, wodurch sie gefiltert wird. Der zweiten Auslaßöffnung läßt sich somit gefilterte Flüssigkeit ent­ nehmen.

Als besonders vorteilhaft hat sich auch eine Ausführungsform der Erfindung heraus­ gestellt, bei der die Öffnungen über Fittings zugänglich sind. Durch die Fittings läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach handhaben. Besonders vorteil­ haft ist es, wenn die Öffnungen und somit gegebenenfalls auch die Fittings und/oder die Dichtungselemente in einem Abstand von der Stirnseite des Resonators ange­ bracht sind, welcher einem ungeraden Vielfachen der viertel Wellenlänge (1/4 Lambda) entspricht. Denn dadurch befinden sich die Öffnungen beziehungsweise die Dichtungen in einem Knoten der sich im Resonator ausbildenden stehenden Welle. Hierdurch werden die Fittings beziehungsweise die Dichtungselemente me­ chanisch nahezu nicht beansprucht. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Zu­ verlässigkeit als auch die Lebensdauer der Vorrichtung aus.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Resonator aus wenigstens zwei Teilelementen besteht, welche mittels einer Ver­ schraubung miteinander verbunden sind. Hierdurch läßt sich der Hohlraum in vorteil­ hafter Weise als geschlossener Hohlraum ausbilden, was sich sehr günstig auf die Betriebsweise der Vorrichtung auswirkt. Dadurch, daß der Hohlraum geschlossen ist, läßt er sich sehr leicht abdichten.

Dadurch, daß die Teilelemente mittels einer Verschraubung miteinander verbunden sind, ist der Hohlraum einerseits sehr gut zugänglich, und andererseits besteht zwi­ schen den Teilelementen eine sehr feste Verbindung, was sich im Hinblick auf die Schwingungseigenschaften des Resonators sehr günstig auswirkt.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Länge der Teilelemente einem Vielfachen der halben Wellenlänge (1/2 Lambda) entspricht. Hierdurch befinden sich die Verschraubungen an einem Ort mit minimaler radialer Ausdehnung des Resonators, was sich als sehr günstig für die Verbindung der Teilelemente herausgestellt hat.

Dadurch, daß der Hohlraum als geschlossener Hohlraum ausgebildet sein kann, ste­ hen die Stirnseiten des Resonators zur Ankopplung eines Ultraschallwandlers zur Verfügung. Es ist somit möglich, daß zwei Ultraschallwandler vorhanden sind, wel­ che an beiden Stirnseiten des Resonators angekoppelt sind, wie dies bei einer weite­ ren besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Dadurch, daß zwei Ultraschallwandler verwendet werden können, steht sehr viel Beschallungsleistung zur Verfügung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung.

Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, ist ein Resonator 1 mit einer seiner Stirn­ seiten an einen Schallwandler 2 gekoppelt. Der Schallwandler 2 regt den Resonator 1 somit in longitudinaler Richtung an. Hierdurch bildet sich eine stehende Welle der Wellenlänge Lambda im Resonator 1 aus. Der Resonator 1 besteht aus einem er­ sten Teilelement 1a und einem zweiten Teilelement 1b, welche mittels einer Ver­ schraubung 9 miteinander verbunden sind. Die Länge des ersten Teilelements 1a beträgt dreimal Lambda/2, die Länge des zweiten Teilelements 1b zweimal Lambda/2.

Der Resonator 1 weist einen sich in axialer Richtung erstreckenden geschlossenen Hohlraum 4 auf. Vom Hohlraum 4 erstrecken sich in radialer Richtung eine Einlaß­ öffnung 5, eine erste Auslaßöffnung 6 und eine zweite Auslaßöffnung 7. An den Öff­ nungen 5, 6, 7 sind Fittings 5a, 6a, 7a angeordnet. Die Einlaßöffnung 5 beziehungsweise der entsprechende Fitting 5a ist in einem Abstand von neunmal Lambda/4 von der Stirnseite des Resonators 1 angeordnet. Die erste Auslaßöffnung 6 beziehungs­ weise der entsprechende Fitting 6a ist in einem Abstand von einmal Lambda/4 von der Stirnseite des Resonators 1 angeordnet. Die zweite Auslaßöffnung 7 bezie­ hungsweise der entsprechende Fitting 7a ist in einem Abstand von fünfmal Lambda/4 von der Stirnseite des Resonators 1 angeordnet.

Im Hohlraum 4 ist ein hohlzylinderförmiges Feinfilterelement 3 angeordnet. An bei­ den Enden des Feinfilterelements 3 sind O-Ringe 8 angeordnet, welche einerseits das Feinfilterelement 3 dicht umschließen und andererseits dicht an der Wandung des Hohlraums 4 anliegen.

Im Normalbetrieb wird über den ersten Fitting 5a und die Einlaßöffnung 5 in den Hohlraum 4 eine Flüssigkeit eingeleitet. Die zweite Auslaßöffnung 7 ist geschlossen. Somit gelangt die Flüssigkeit durch das Innere des hohlzylinderförmigen Feinfiltere­ lements 3 und die erste Auslaßöffnung 6 ungefiltert wieder aus dem Hohlraum 4. Soll der Flüssigkeit eine gefilterte Probe zur Analyse entnommen werden, wird die erste Auslaßöffnung 6 kurzzeitig geschlossen und die zweite Auslaßöffnung 7 kurzzeitig geöffnet. Hierdurch wird die Flüssigkeit durch die Wandung des hohlzylinderförmigen Filterelements 3 gedrückt und gelangt durch die zweite Auslaßöffnung 7 wieder aus dem Hohlraum 4.

Zur Reinigung des hohlzylinderförmigen Filterelements 3 wird der Resonator 1 mit­ tels eines Ultraschallwandlers 2 kurzzeitig in Schwingungen versetzt. Während der Schwingungsphase ist die erste Auslaßöffnung 6 geschlossen und die zweite Aus­ laßöffnung 7 geöffnet. Die sich im Hohlraum 4 befindliche Flüssigkeit wird somit durch die Wandung des Filterelements 3 getrieben. Da das Filterelement 3 ebenfalls in Schwingungen versetzt ist, lösen sich die Schmutzpartikel und werden aus der Wandung des hohlzylinderförmigen Filterelements 3 getrieben. Sehr günstig ist es auch, wenn die Flüssigkeit im Hohlraum 4 während des Reinigungsvorgangs bei­ spielsweise mit Luft unter Druck gesetzt wird, das heißt, wenn über die Einlaßöffnung 5 kurzzeitig Luft in den Hohlraum 4 geleitet wird. Hierdurch ist es auch möglich, daß das Filterelement 3 während des Schwingens mit Luft durchströmt wird, was sich ebenfalls sehr günstig auf die Reinigung auswirkt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besteht ein Resonator 11 aus ei­ nem ersten Teilelement 11a, einem zweiten Teilelement 11b und einem dritten Tei­ lelement 11c. Das erste Teilelement 11a ist mittels einer Verschraubung 19a mit dem zweiten Teilelement 11b verbunden. Das dritte Teilelement 11c ist mittels einer zweiten Verschraubung 19b mit dem zweiten Teilelement 11b verbunden. Die beiden Verschraubungen 19a, 19b sind jeweils in einem Abstand von zweimal Lambda/2 von einer Stirnseite des Resonators 11 angeordnet.

Der Resonator 11 ist an beiden Stirnseiten mit einem Schallwandler 12a, 12b gekop­ pelt.

Der Resonator 11 weist einen sich axial erstreckenden geschlossenen Hohlraum 14 auf. Vom Hohlraum 14 erstreckt sich in radialer Richtung eine Einlaßöffnung 15, so­ wie eine erste Auslaßöffnung 16 und eine zweite Auslaßöffnung 17. An den Öffnun­ gen 15, 16, 17 sind jeweils Fittings 15a, 16a, 17a angeordnet.

Im Hohlraum 14 ist ein hohlzylinderförmiges Feinfilterelement 13 angeordnet. Das Feinfilterelement 13 weist an beiden Enden einen O-Ring 18 auf, welcher einerseits das Feinfilterelement 13 dicht umschließt, und andererseits dicht an der Wandung des Hohlraums 14 anliegt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Reinigung von porösem Material, insbesondere von Feinfilterele­ menten (3; 13), mit wenigstens einem Ultraschallwandler (2; 12a, 12b), an welchem ein stabförmiger Resonator (1; 11) gekoppelt ist, welcher einen Hohlraum (4; 14) aufweist, in welchen das poröse Material (3; 13) einbringbar ist, wobei der Hohlraum (4; 14) wenigstens eine Einlaßöffnung (5; 15) und wenigstens eine erste Auslaßöff­ nung (6; 16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungselemente (8; 18) vorhanden sind, mittels der das poröse Material (3; 13) gegenüber der Wandung des Hohlraums (4; 14) abgedichtet im Hohlraum (4; 14) anordenbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Auslaßöffnung (7; 17) vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5, 6, 7; 15, 16, 17) über Fittings (5a, 6a, 7a; 15a, 16a, 17a) zu­ gänglich sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5, 6, 7; 15, 16, 17) und/oder die Dichtungselemente (8; 18) in einem Abstand von der Stirnseite des Resonators (1; 11) angebracht sind, welcher einem ungeraden ganzen Vielfachen der viertel Wellenlänge (Lambda) entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (1; 11) aus wenigstens zwei Teilelementen (1a, 1b; 11a, 11b, 11c) besteht, welche mittels einer Verschraubung (9; 19a, 19b) miteinander verbun­ den sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Teilelemente (1a, 1b; 11a, 11b, 11c) einem ganzen Vielfachen der halben Wellenlänge (Lambda) entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ultraschallwandler (12a, 12b) vorhanden sind, welche an beiden Stirnseiten des Resonators (11) angekoppelt sind.