DE1008712B - Filterdrahtsystem zur Filterung von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen von Filtern zur Abscheidung fester Stoffe aus Flüssigkeiten und insbesondere auf Filterkörper zur Abscheidung fester Stoffe aus industriellen und städtischen Abwässern, obwohl sie nicht hierauf beschränkt ist und auch auf Filter für andere Zwecke angewendet werden kann.

Bei der Technik der Abscheidung fester Stoffe aus Flüssigkeiten mit Hilfe von Filtrierung können die Filter zu Vergleichszwecken in drei große Gruppen eingeteilt werden, wobei jede eine andere Betriebsweise mit einem anderen Apparattyp erfordert. In der Reihenfolge der abnehmenden Güte mit Bezug auf den Grad der Trennung der festen Stoffe von der Flüssigkeit sind diese Gruppen a) Druck-Filtrierung, b) Vakuum-Filtrierung und c) mechanische Siebung.

Druck-Filtrierungs-Einrichtungen bestehen im allgemeinen aus einem ortsfesten Filterkörper, der in einem Filtergehäuse angeordnet ist und zur Filtrierung bestimmter Mengen dient. Der Körper zur Druck-Filtrierung kann ein einzelnes Element oder eine Gruppe in Reihe angeordneter Elemente sein, um die Faserstoffe herauszusieben, wobei Druck angewendet wird, um das Material durch den Filterkörper hindurchzutreiben. In einigen Druckfiltern werden Gewebe verwendet, die im allgemeinen in kreisförmigen oder quadratischen Rahmen dicht nebeneinander angeordnet sind. Bei der Klärung von Wasser kann an Stelle von Geweben Sand oder ein anderes granuliertes Material in zylindrischen Gefäßen verwendet werden. Verschiedene Chemikalien und Filterhilfen können zusammen mit dem gefilterten Material benutzt werden, um zusätzlich Bakterien abzutöten oder unfiltrierbare Farbpartikelchen zu entfernen oder um ein »Blindwerden« oder Verstopfen des Filtermittels zu verhindern.

Vakuum-Filtrierung wird mittels einer ziemlich großen Vakuumtrommel durchgeführt, die mit einem Filtergewebe abgedeckt und teilweise in ein Gefäß mit dem zu filtrierenden Material eingetaucht ist. Die Vakuum-Filtrierung verläuft im wesentlichen kontinuierlich, und wenn die Trommel sich dreht, werden die festen Materialien abgekratzt oder auf andere Weise vom Filtermittel wegbefördert. Wie bei der Druck-Filtrierung können Chemikalien, Adsorbtionsstoffe oder Filterhilfen auch bei der Vakuum-Filtrierung verwendet werden, jedoch ist der Filtriervorgang selbst nicht ganz so kritisch wie bei der Druck-Filtrierung, und daher können diese zusätzlichen Materialien auch entfallen. Als Filtermittel für Vakuumfilter dient im allgemeinen ein Gewebe oder eine Reihe aneinanderliegender Schnüre in Art eines Kordgewebes über der Trommel; die Eintauchtiefe der Trommel in den Materialbehälter schwankt in Filterdrahtsystem zur Filterung
von Flüssigkeiten

Anmelder:

Komline-Sanderson Engineering
Corporation, Peapack, N.J. (V.St.A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Thomas Raymond Komline, Peapack, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Abhängigkeit von den Entwässerungseigenschaften des zu filternden Schlammes oder Breies.

Bei Grobtrennungen werden Siebe verwendet, wie z. B. bei Stoffängern in der Papierindustrie, und rotierende Siebe zur Behandlung von städtischen Abwässern und industriellen Abfällen. Mechanische Siebe bestehen für gewöhnlich, wie der Name andeutet, aus einer Reihe von Stangen oder Gittern oder einem groben Metallsieb, je nach den Eigenschaften des zu filternden Materials.

Ein Nachteil jeglichen gewebten Materials für Druck- oder Vakuum-Filtrierung ist das Blindwerden der Öffnungen im gewebten Material, das sich schwer reinigen läßt, demgemäß eine Verminderung des Filtrationsgrades bewirkt und überdies von Hand betätigbare oder hydraulische Reinigungsapparate erfordert. Werden die Öffnungen größer gemacht, so tritt ein Verlust an Feststoffen auf, wodurch das Filtrat für viele industrielle Zwecke unbrauchbar wird oder eine Verunreinigung beim Arbeiten mit städtischen oder industriellen Abfällen verursacht. Ein Beispiel hierfür ist die Trennung von kaustischem oder gelöschtem Kalk, wobei die kaustische Substanz klar sein muß, wenn sie wiederverwendet werden soll. Beim Betrieb von Papiermühlen entfernt ein 80-Maschen-Sieb die meisten Fasern wirkungsvoll, da jedoch 80 Maschen schnell verkleben, arbeiten die meisten Papiermühlen mit" 60-Maschen-Sieben unter Verlust von einigen Fasern.

Vakuum-Filtrierung durch die Lücken von Fäden oder Schnüren auf einer rotierenden Trommel, wobei die Schnüre von der Trommel abgenommen werden, um sowohl den Filterkuchen zu entfernen als auch zur Reinigung der Schnüre, hat sich hinsichtlich des Verfahrens als befriedigend" erwiesen, doch bringen

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Textilschnüre gewisse Nachteile mit sich. So ist es in erster Linie schwierig, die Form und Gestalt der Fäden oder Schnüre zu gewährleisten; ebenso wurde festgestellt, daß Baumwolle als Material für Textilschnüre von den verschiedenen chemischen Agenzien beim Filtriervorgang stark zerstörbar und Stockflecken und Fäulnis ausgesetzt ist; außerdem ist der Verlust an Feststoffen ziemlich hoch, wenn die Schnüre für den industriellen Filtriervorgang verwendet werden. Demzufolge sind Textilschnüre als Filtermittel im allgemeinen unbefriedigend.

Es ist auch bereits bekannt, einen Metalldraht zur Filtrierung heranzuziehen. So gibt es ein Filtersystem, bei welchem um aufrecht stehende Glieder oder Rippen ein Draht gewunden ist, der so in den Nuten der Rippen liegt, daß eine große Schraube gebildet wird. Eine derart fertiggestellte Filtereinheit behält ihre durch den Rippenkörper bestimmte Form bei. Ein Auseinanderziehen der Drahtwindungen nete Abgaberollen läuft, um die angesammelten Feststoffe zu filtern und wegzubefördern.

Die mathematischen und physikalischen Eigenschaften einer Schraubenfeder sind derart, daß sie sich ohne weiteres zur Filtrierung mittels Druck oder Vakuum oder mechanischer Siebe eignet, wobei die Federn gelängt oder verkürzt werden können, um den Durchtrittsbereich für das Filtrat zu ändern. Beispielsweise kann eine eng gewickelte Feder aus einem Draht von 1,8 mm Durchmesser, 30 cm Länge und 10,9 mm äußerem Durchmesser verwendet werden. Eine solche Feder hat ungefähr 168 Windungen oder Schleifen, und wenn sie 5 cm über ihre ursprüngliche Länge von 30 cm gelängt wird, ergibt sich ein schmaler schraubenförmiger Schlitz von ungefähr 0,3 mm Breite und 4,80 m Länge. Die Federöffnungen oder Abstände zwischen den Windungen können daher durch Längung oder durch Herüberziehen der Feder über eine zylindrische Oberfläche sehr fein und eng

zwecks Reinigung oder ein Aufspannen, beispiels- 20 eingestellt werden. Die physikalischen und metallurweise auf eine Filtertrommel, ist unmöglich. gischen Eigenschaften von Federdraht sind derart,

daß

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform ist eine aus Federdraht gewickelte Druckfeder zwischen zwei gegeneinander verschiebbare Endplatten geklemmt. Durch mehr oder weniger starkes Zusammenpressen der Federn kann der Abstand zwischen den einzelnen Windungen verringert und dadurch der freie Durchflußquerschnitt der Größe der jeweils abzuscheidenden Stoffe angepaßt werden. Allerdings erdieser kreis- und schraubenförmige Schlitz bemerkenswert gleichmäßig ist sowie daß die verwendbaren Materialien für die meisten Filterprobleme genügen. Federn als Filtermittel können auch in zahlreichen anderen Formen, z. B. als endlose bewegte Faden- oder Drahtsysteme, verwendet werden. Wenn der schraubenförmige Schlitz oder die öffnung verklebt, kann die Feder mechanisch zum Reinigen aus

fordert diese Anordnung einen sehr komplizierten 30 einandergezogen, hierdurch geöffnet und zur weiteren Mechanismus mit einem stabilen Gehäuse, einer Filtrierung wieder geschlossen werden, speziellen Verstellvorrichtung, ein Ausweichen der Die Dübel können auch gleichzeitig als Füllkörper

Filterfeder verhindernde Führungen usw. dienen, und man braucht dann nur noch weitere Füll-

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß — körper zwischen den mit Schraubengewinde verwenn man eine Reihe von Federlängen vor sich hat, 35 sehenen Dübeln anzuordnen, um das gesamte Filterdie in der Form einer Schraube gewunden sind und eine im wesentlichen glatte zylindrische Außenfläche besitzen ■— Dübel vorgesehen sind, die mit jedem Ende mit einem Federende im Eingriff stehen, sowie Gewindegänge auf diesen Dübeln, um das Aneinanderstoßen der Federenden zur Bildung einer verbundenen Reihe von Federlängen zu gewährleisten.

Auf diese Weise ist es möglich, Filterfedern beliebiger Länge herzustellen, die aber auseinandernehmbar sind, was unter anderem für Reinigungszwecke 45 von Wichtigkeit sein kann. Durch das Zusammensetzen mehrerer Federn ist es möglich, eine solche Gesamtfederlänge zu erzielen, daß bei einem festgelegten Abstand zwischen den Endpunkten der zusammengesetzten Federn ein ganz bestimmter, dem 50 durchtritt. Eine andere, sehr vorteilhafte Möglichkeit jeweiligen Anwendungszweck angepaßter Abstand besteht darin, einen Füllkörper aus durchlässigem, zwischen den einzelnen Windungen vorhanden ist; dieser Abstand ist dann über die ganze Federlänge gleich. Ferner können diese neuartigen Federn nebeneinandergelegt als Filterschicht dienen,-im Gegensatz 55 zu den vorgenannten bekannten Anordnungen, bei denen der zu filternde Flüssigkeitsstrom immer im Filterinnenraum zu- oder abgeführt werden muß. Des weiteren besteht der Vorteil, die Feder auch über gekrümmte Oberflächen spannen zu können.

Insbesondere können die Federlängen auch mittels eines Dübels zu einer endlosen Kette verbunden sein, wodurch es möglich wird, einer solchen Federkette durch Überziehen über einen entsprechenden Zylinderdrahtsystem mit einer Füllung zu versehen.

An sich ist es bekannt, eine zu einem Ring zusammengeführte Filterdrahtspirale mit einem Füllkörper zu versehen. Dieser dient aber allein dazu, die Federdrahtspirale in ihrer Ringform zu halten. Der Füllkörper ist demnach starr; er füllt auch den Federinnenraum nur zum Teil aus.

Demgegenüber läßt sich das erfindungsgemäße Filterdrahtsystem noch dadurch verbessern, daß ein elastischer, den Federinnenraum zwischen den Dübeln vollständig ausfüllender Körper benutzt wird, der bewirkt, daß die zu filternde Flüssigkeit auf einem genau vorgeschriebenen Weg nur durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Federwindungen hin-

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durchmesser die gewünschte Öffnung zwischen den Windungen zu geben.

Ferner kann man aus mehreren eng nebeneinanderliegenden endlosen Ketten ein Filterband vorsehen, welches bei einem Trommelfilter über eine axial drehfaserigem Material oder aus granuliertem, absorbierendem Material vorzusehen, wodurch man dem Filter noch besondere Eigenschaften verleihen kann (zusätzliche Filtrierung durch Faserfilter oder durch Absorption). Es zeigt

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt einer Filterfeder mit einem Verbindungszapfen, um die Enden gleicher Federn miteinander zu verbinden,

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles einer Filterfeder, wobei die schraubenförmigen Windungen auseinandergezogen sind, um Filtrierungszwischenräume zu bilden,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der Fig. 2, nach welcher die filternden Zwischenräume durch Aufbringen der Feder auf eine gebogene Oberfläche gebildet werden,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Reihe von aneinanderliegenden Federdrähten, welche den Strömungsweg der Flüssigkeit sowie die Bildung von

bare Trommel und von dieser im Abstand angeord- 70 festem Material oberhalb des Filtermittels zeigt,

Fig. 4a eine Ansicht ähnlich der Fig. 4, wobei ein Füllkörper innerhalb der Federmittel vorgesehen ist,

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch eine Schraubenfeder mit Füllkörper,

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1; sie zeigt einen Teil einer Filterfeder, die von einem Federdraht anderer Form gebildet wird,

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines typischen Druckfilters mit einer Filterfeder nach der Erfindung und

Fig. 8 eine schematische Ansicht eines kontinuierlichen Vakuum-Trommelfilters mit einem Filterfedermittel nach der Erfindung.

In Fig. 1 wird als Filtermittel eine Schraubenauf eine zylindrische Fläche 12 erreicht. In jedem Fall befinden sich die für das Filtrat bestimmten Durchtrittsöffncingen oder Zwischenräume 14 zwischen den Schraubengängen, durch welche die Flüssigkeit hindurchtritt, während die Feststoffe der Filtrierung zurückbleiben. Fig. 4 zeigt den Strömungsweg des ausfließenden Materials bei Verwendung einer Vielzahl parallel angeordneter Federn auf einer Trommeloberfläche zunächst zwischen den Spulen, wobei oben ίο auf der Fläche derselben der feste Rückstand 13 zurückbleibt, und sodann nach abwärts innerhalb der Federn und schließlich außerhalb am Boden. Es entsteht dabei kein wesentlicher Flüssigkeitsstrom zwischen dicht aneinanderliegenden Federn, obgleich

feder 10 verwendet, die aus im Querschnitt kreis- 15 an jener Stelle ein leichtes Lecken auftreten kann, das förmigem Metalldraht vorbestimmter phykalischer von der Genauigkeit abhängt, mit welcher die Federn Eigenschaften eng gewickelt wurde und anschließend
an ihrer Außenfläche in einer Schleifmaschine so weit

abgeschliffen wurde, daß ungefähr 30°/o des Feder-

geschliffen werden und von dem Ausmaß, in welchem sie zusammengedrängt wurden. Auf jeden Fall verhindert die geschliffene zylindrische Außenfläche der

volumens entfernt wurden. Bei einer gewickelten 20 Federspulen einen merklichen Verlust an festen Feder mit dem ursprünglichen Durchmesser χ wurde Teilchen zwischen den Federn, der beim Filtriervordie Feder durch Schleifen auf den Durchmesser x' gang nachteilig sein würde.

verkleinert. Sie wird dabei nicht soweit abgeschliffen, Fig. 5 zeigt die zusätzliche Anordnung eines Füll-

daß die Drähte halbkreisförmigen Querschnitt er- körpers 15 innerhalb der Feder, der an der inneren halten, wodurch eine regelrechte zylindrische Form 25 Fläche der Federgänge anliegt. Dieser Füllkörper geschaffen würde, weil nämlich die scharf zusammen- kann aus elastischem und verformbarem Stoff wie laufenden Kanten das Bestreben haben würden, sich synthetischem Gummi sein, wodurch ein Strom längs während des Filtervorganges rasch zuzusetzen; gleich- der Federgänge und längs der Peripherie des Füllwohl haben die nicht voll abgeschliffenen Federn eine körpers ermöglicht wird, wie dies in Fig. 4 a veranausreichend glatte Oberfläche, um dicht zwischen 30 schaulicht ist, jedoch eine Längsströmung innerhalb Führungen hineinzupassen oder um zwei Federn mit des Filterelementes verhindert wird. Es empfiehlt sich, einem minimalen Zwischenraum dicht nebeneinander ein Material auszuwählen, das gegenüber den Ananzuordnen, griffen des Filtrates undurchlässig ist. Falls er-Für Druckfilter oder mechanische Siebe können eine wünscht, kann der Füllkörper aber auch aus einem oder mehrere Schraubenfedern der beschriebenen Art 35 durchlässigen Material, wie z. B. Glaswolle oder die erforderliche Fläche des Filtermittels bilden. Für granulierter Holzkohle, bestehen, um die Wirksam-Vakuumfilter, bei denen das Filtermittel ein Gewebe keit der Filtrierung zu begünstigen, wobei das Federist, ist es erwünscht, eine Gruppe langer Faden- oder drahtsystem nicht gegen einen Längsfluß abgedichtet Drahtsysteme parallel anzuwenden, wobei jedes zu werden braucht. Es können auch solche Füllstoffe System aus einer endlosen Spule besteht. Außerdem 40 gewählt werden, die adsorbierend wirken oder auf kann bei Vakuumfiltrierung die Federspule in kurzen andere Art zur Entfernung von unfiltrierbaren Fest-Abschnitten, vorzugsweise nicht langer als 38 cm, stoffen beitragen.

mittels eines Zapfens verschlossen oder abgeteilt Als abgewandelte Ausführungsform zum Federwerden, so daß sie zusammen mit einer in Abschnitte draht mit kreisförmigem Querschnitt nach der Fig. 1 eingeteilten Trommel verwendet werden kann, ohne 45 kann ersatzweise ein vorgeformter Drahtquerschnitt,

wie in Fig. 6 gezeigt, zu einer Feder 10^a gewickelt werden, welche die gleichen Funktionen wie die Feder nach der Fig. 1 ausübt, aber kaum oder gar keine maschinelle Behandlung nach dem Aufwickeln er-

daß ein Verlust des Vakuums zwischen den Abschnitten eintritt. Demzufolge wird eine Reihe von Federn kurzer Länge durch einen Zapfen 11 miteinander verbunden, der mit einem Gewinde versehen ist,

so daß er bei jeder Länge der Feder innen in fliese 50 fordert. Bei Verwendung eines vorgeformten Drahtes hineinpaßt. Der Zapfen steht etwa mit drei Win- sollte dessen Form derart sein, daß eine im wesentdungen jeder ihn umschließenden Feder in Eingriff liehen seitliche Schulter vorgesehen wird, damit das und Hegt dabei so dicht an, daß er durch die den Drahtmaterial sich aufwickeln läßt, ohne dabei eine Schraubenfedern anhaftenden Eigenschaften im unerwünschte Schräglage einzunehmen, wodurch eine

entsprechend unregelmäßige Außenfläche gebildet und ein Verlust an Feststoffen zwischen aneinanderstoßenden Filterelementen auftreten würden.

Fig. 7 und 8 zeigen die Möglichkeiten der Anwendung der Schraubenfederfiltermittel nach der Erfin-

so dicht an, daß er durch die den anhaftenden Eigenschaften im wesentlichen sich selbst verschließt, wenn er in seine Lage gebracht ist. Es ist wichtiger, daß die Feder aus einem Draht mit kreisförmigem Drahtquerschnitt gefertigt und anschließend abgeschliffen ist, als durch Aufwickeln eines entsprechend vorgeformten, nur

teilweise runden Drahtes, da dieser Draht dazu neigt, 60 dung für einen Filter der Druckbauweise bzw. für

beim Aufwickeln eine unerwünschte Schräglage einzunehmen, wodurch eine unregelmäßige Außenfläche entstehen würde, was wiederum die Bildung von Zwischenräumen zwischen Federn oder zwischen einer Feder und ihrer Führung zulassen würde.

Eine Trennung der einzelnen Federgänge zur Filtrierung wird entweder, wie übertrieben in Fig. 2 dargestellt, durch eine mechanische Längung der Federspule durch axialen Zug in Richtung der Pfeile

einen Vakuumtrommelfilter. Nach Fig. 7 ist das Federelement 10" eine lange schraubenförmige Spule, die um einen durchlässigen zylindrischen Körper 16 gewickelt und an diesem befestigt wurde, der innerhalb eines Druckbehälters 17 abgestützt ist. Das zu filternde Material tritt durch ein Rohr 18 in den Druckfilterbehälter ein und wird beim Hindurchtreten zwischen den Gängen der Federelemente gefiltert, wobei die Flüssigkeit in das Innere des Körpers 16

oder, wie in Fig. 3 gezeigt, durch Aufziehen der Spule 70 strömt und aus diesem durch eine Auslaßleitung 19

austritt, wobei die festen Stoffe an der Außenseite zurückbleiben. Rückspülung und Trocknung, wie sie für Druckfilterung allgemein bekannt ist, durch die Leitung 20, erneuert die Filterleistung nach einem Filtriervorgang. Die Trennung der schraubenförmigen Windungen der Feder erfolgt gemäß den Erfordernissen des Filters, wobei im Betrieb vorteilhafterweise noch eine zusätzliche Trennung durch Anordnung der Feder auf einer zylindrischen Oberfläche ausgenutzt werden kann. Bei Gebrauch des Vakuumfilter nach Fig. 8 sind parallele Federn 10^& endlos auf eine rotierende Trommel 21 aufgezogen, die teilweise in einen Behälter mit dem zu filternden Material eintaucht; die Einrichtung ist außerdem mit einer Abgaberolle 22 und einer Rückführungsrolle 23 versehen. Die Trommel ist in gesonderte Vakuumabschnitte unterteilt, wobei die Trennung der Federgänge durch horizontale Einstellung der Abgaberolle in Richtung des Pfeiles bewirkt wird. Eine zusätzliche Trennung wird dadurch bewirkt, daß die Federelemente während des Filtriervorganges über eine zylindrische Trommel gezogen werden; die Abgabe der Feststoffe wird durch Trennung der Federgänge, wenn die Federn über die Abgaberolle bewegt werden, weiter erhöht. Wenn sich die Trommel 21 dreht, wird die Flüssigkeit durch die Federn hindurchgezogen und läßt dabei die festen Stoffe 13 auf deren Oberfläche zurück, so daß sie zum Auslaß transportiert werden, wenn die Federn über die Abgaberolle bewegt werden.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Filterdrahtsystem aus einer Reihe von Federlängen, die in der Form einer Schraube gewunden sind und eine im wesentlichen glatte zylindrische äußere Außenfläche haben, dadurch gekennzeichnet, daß Dübel vorgesehen sind, die mit jedem Ende eines Federendes im Eingriff stehen, sowie Gewindegänge auf diesen Dübeln, um das Aneinanderstoßen der Federenden zur Bildung einer verbundenen Reihe von Federlängen zu gewährleisten.

2. Filterdrahtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von Federlängen und die Verbindungsdübel zu einer endlosen Kette vereinigt sind.

3. Filterdrahtsystem nach Ansprüchenl und 2, bei welchem ein Füllkörper innerhalb der Feder vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper aus durchlässigem faserigem Material besteht.

4. Filterdrahtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper aus granuliertem, absorbierendem Material besteht.

5. Anwendung eines Filterdrahtsystems nach den Ansprüchen 1 und 2 für ein Trommelfilter, welches eine axial drehbare Trommel und von dieser im Abstand angeordnete Abgaberollen aufweist, über die ein Filtergewebe zur Filtrierung und Wegförderung der angesammelten Feststoffe endlos läuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe die Form eines endlosen Riemens hat und aus einer Vielzahl endloser paralleler Drahtsysteme besteht, die dicht aneinanderliegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 905 970;
USA.-Patentschrift Nr. 2 084 433.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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