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Die
Erfindung betrifft eine Rückspülfiltervorrichtung
für den
Einsatz von Filterelementen, die in einem Filtergehäuse mit
einem Filtereinlaß und
einem Auslaß für das zu
filtrierende Fluid aufnehmbar sind, wobei die Filterelemente für eine Filtration
oder Rückspülung in
beiden Richtungen durchströmbar sind
und wobei gleichzeitig die einen Filterelemente die Filtration vornehmen
und zumindest ein anderes Filterelement zum Abreinigen seiner wirksamen
Filterfläche
rückspülbar ist.
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Eine
gattungsgemäße Filtervorrichtung,
insbesondere Rückspülfiltervorrichtung,
ist durch die WO 98/42426 bekannt. Bei der bekannten Rückspülfiltervorrichtung
ist ein Teil der eingesetzten Filterelemente konisch ausgebildet,
insbesondere in Form von sog. Spaltsiebrohr-Filterelementen. Aufgrund
der konischen Ausbildung ist der Abstand zwischen den einzelnen
konischen Spaltsiebrohr-Filterelementen oder zwischen diesen und
zylindrischen Filterelementen vergrößert, mit der Folge, dass auch
der Ausströmraum
im Filtergehäuse
vergrößert und
mithin der Abströmwiderstand
im Filterbetrieb erniedrigt ist. Beim Rückspülen ist das konische Filterelement
gegenüber
einem zylindrischen eindeutig im Vorteil. Ursache hierfür ist in erster
Linie der relativ größere Austrittsquerschnitt
der konischen Filterelemente gegenüber zylindrischen bei gleicher
Filteroberfläche. Da
der Austrittsquerschnitt bei den konischen Filterelementen gegenüber dem
durch die Filteroberfläche gebildeten
Eintrittsquerschnitt, also der freien Elementfläche jedoch relativ klein ist,
bildet sich hier abhängig
von der Größe des Strömungswiderstandes des
Spaltrohres ein Engpaß,
indem ein großer
Teil des Systemdrucks abfällt.
Es treten somit geringere Druckverluste auf, was energetisch beim
Rückspülen günstiger
ist.
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Beim
Rückspülen wird
ein Großteil
des Volumendurchsatzes bei konischen und zylindrischen Filterelementen
grundsätzlich
am unteren Filterende erzielt. Die Volumenströme nehmen dann sehr schnell ab.
Da das konische Element wesentlich weiter zurückgespült wird, ist zusätzlich der
Geschwindigkeitsgradient geringer, so dass unter Einbeziehung der Geschwindigkeitsprofile
bezogen auf die Filteroberfläche
sich aufgrund der Elementkonizität
ein zusätzlicher
Reinigungseffekt gegenüber
zylindrischen Elementen ergibt. Durch die erreichte, im wesentlichen konstante
Geschwindigkeit bei der Abreinigung der konischen Filterelemente
erfolgt dies schonend, was die Standzeit dahingehender Filterelemente
verlängert.
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Beim
Rückspülen werden
vorzugsweise alle Filterelemente in chronologischer Abfolge nacheinander
regeneriert. Während
der Rückspülung einzelner
Elemente wird die Filtration über
die restlichen Spaltrohre fortgesetzt, so dass der Filtrationsbetrieb bei
der bekannten Lösung
zu keiner Zeit unterbrochen wird. Der in der Rückspülfiltervorrichtung anstehende Überdruck
läßt während der
Rückspülphase einen
geringen Teilstrom des Filtrates das zu reinigende Filterelement
in umgekehrter Richtung durchströmen,
wobei der Schmutz vom Element abgelöst und ausgetragen wird. Die
mit der Rückspülung einhergehende
Ablaufmenge ist nicht genau dosierbar und beruht auf Erfahrungswerten.
In der Regel wird zeitlich länger
mit großen
Mengen rückgespült, um die
sichere Abreinigung zu gewährleisten.
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Bei
den bekannten Lösungen
(WO 98/42426,
DE 195 42 578 und
DE 199 56 859 ) wird unter
das abzureinigende und mithin rückzuspülende Filterelement
zur Abfuhr der verschmutzten Fluidrückspülmenge ein Hohlarm unter den
einen freien Eintrittsquerschnitt des Filterelementes verschwenkt und
von dort aus gelangt die Rückspülmenge über entsprechende
Anschlußstücke aus
dem Filtergehäuse
zur weiteren Aufbereitung heraus. Bei den dahingehend bekannten
Lösungen
kommt es gegebenenfalls zu Abdichtproblemen im Hinblick auf das
Anschließen
des Spülarmes
an das jeweils rückzuspülende Filterelement
und im übrigen
benötigt
die dahingehende Abfuhreinrichtung für die Rückspülmenge entsprechend viel Einbauraum.
Auch kommt es im Hinblick auf die Anzahl an Fluidumlenkungen für die Rückspülmenge bei
den bekannten Lösungen
zu energetisch ungünstigen
Betriebszuständen.
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Um
dem zu begegnen, ist in der nachveröffentlichten
DE 10 2004 004 756 bereits vorgeschlagen
worden, die angesprochenen einzelnen Filterelemente in zeitlicher
Nacheinanderabfolge in die Rückspülstellung
zu verbringen und nicht mehr eine armartige Rückspüleinrichtung zu den einzelnen
Filterelementen für
einen Rückspülvorgang
hin zu verschwenken. Da sich die dahingehende Schwenkbewegung für die Filterelemente
gut kontrollieren läßt, lassen
sich etwaig bestehende Abdichtungsprobleme bei der dahingehenden
Lösung
besser beherrschen. Ferner benötigt
die erfindungsgemäße Filtervorrichtung
bezogen auf die Abdichtungsgestaltung sowie den Schwenkbetrieb für die Filterelemente
innerhalb des Filtergehäuses
weniger Bauraum, so dass sich auch bei beengten Platzverhältnissen
dahingehende Filtervorrichtungen mit Rückspülmodus realisieren lassen.
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Des
weiteren ist es durch die
EP
1 237 640 B1 bekannt, zur Unterstützung der Rückspülung eine Unterdruckeinrichtung
vorzusehen, die an dem jeweils rückzuspülenden Filterelement
einen Unterdruck erzeugt. Bei der bekannten Lösung besteht die Unterdruckeinrichtung
aus einem Hydrospeicher mit einem Trennelement, wobei das Trennelement
des Hydrospeichers für
eine Saug- oder Pumpbewegung an eine Betätigungseinrichtung in Form
eines Motors oder eines ansteuerbaren hydraulischen oder pneumatischen
Arbeitszylinders angeschlossen ist. Durch den Einsatz des Hydrospeichers
können
auch bei geringen Systemdrücken
und mithin energetisch günstig
hartnäckige
Verschmutzungen an der wirksamen Filterfläche des Filterelementes entfernt
und aus der Filtervorrichtung abgeführt werden.
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Nachteilig
bei all den vorstehend beschriebenen Filtervorrichtungen ist, dass
in der Regel zeitlich länger
mit großen
Mengen rückzuspülen ist,
um eine sichere vollständige
Abreinigung zu gewährleisten. Dabei
kommt es grundsätzlich
zu Druckverlusten, was die Abreinigungsleistung beeinträchtigen
kann.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösungen diese dahingehend weiter
zu verbessern, dass die angesprochenen Druckverluste innerhalb des
Filtergehäuses
wirksam reduziert sind, wobei die erfindungsgemäße Lösung bei allen vorstehend beschriebenen Filtervorrichtungen
und Rückspülfiltervorrichtungen bei
Bedarf zum Einsatz kommen soll. Eine dahingehende Aufgabe löst eine
Rückspülfiltervorrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 zur Reduzierung eines Druckabfalls im
Filtergehäuse
beim Rückspülen des
jeweiligen anderen Filterelementes eine druckerhaltende oder -erzeugende
Einrichtung vorgesehen ist, wird der beim Rückspülen des jeweiligen Filterelementes
zustande kommende Druckverlust, was die Abreinigungsleistung beeinträchtigen
könnte,
weitestgehend vermieden; zumindest aber von seiner Auswirkung her
deutlich reduziert. Die druckerhaltende oder -erzeugende Einrichtung
läßt sich
im Filtergehäuse
platzsparend unterbringen und insbesondere lassen sich auch im Betrieb
befindliche Rückspülfiltervorrichtungen
mit einer dahingehenden Druckeinrichtung nachrüsten. Somit lassen sich sowohl
Alt- als auch Neugeräte
im Stand der Technik mit der erfindungsgemäßen druckerhaltenden oder -erzeugenden
Einrichtung ausstatten. Kommt es beim Rückspülen des zur Rückspülung anstehenden
Filterelementes zu einem Druckverlust im Filtergehäuseraum,
wird der dahingehende Druckverlust durch die Druckeinrichtung ausgeglichen,
so dass dergestalt die sonst zu beobachtenden Beeinträchtigungen
der Abreinigungsleistung nicht gegeben sind. Die genannte Druckeinrichtung
läßt sich
aus Standardkomponenten aufbauen, so dass diese insoweit kostengünstig zu
realisieren ist. Auch erlaubt sie ein Abreinigen in kürzester
Zeit.
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Vorzugsweise
ist die Druckeinrichtung aus mindestens einem Druckreservoir gebildet,
das eine elastisch nachgiebige Trennmembran aufweist, die eine vorgebbare
Menge an Druckmedium zumindest teilweise umfaßt. Vorzugsweise kommt dabei
des weiteren als Druckmedium ein Arbeitsgas, beispielsweise in Form
von Stickstoffgas, zum Einsatz. Das dahingehende Druckreservoir
läßt sich
mit einem vorgebbaren Überdruck
vorspannen, beispielsweise durch den Druckanstieg des Fluids im
Filtergehäuse während des
normalen Filtrationsbetriebes, und der dahingehend vorgespannte
Druckverlauf läßt sich abrufen,
sobald die Rückspülung vorgenommen wird.
Im dahingehenden Fall dehnt sich die elastisch nachgiebige Trennmembran
aus, was zu einer Druckerhöhung
im Filtergehäuseraum
führt und
die bei der Rückspülung auftretenden
Druckverluste sind dergestalt weitestgehend kompensiert. Auch könnte man
mit einem entsprechenden Überdruck,
eingebracht durch die Druckeinrichtung, das Abreinigen unterstützen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Rückspülfiltervorrichtung
sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Rückspülfiltervorrichtung
anhand eines Ausführungsbeispiels
nach der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 teilweise
im Schnitt, teilweise in Ansicht eine Längsdarstellung einer konventionellen Rückspülfiltervorrichtung;
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2 teilweise
im Längsschnitt,
teilweise in Ansicht eine erfindungsgemäß geänderte Rückspülfiltervorrichtung, wobei insoweit
nur der obere Kopfteil dargestellt ist, der die erfindungsgemäße Druckeinrichtung
beinhaltet;
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3 eine
geänderte
Ausführungsform
der Druckeinrichtung gegenüber
der Ausführungsform nach
der 2.
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Die
in den Figuren gezeigte Rückspülfiltervorrichtung
weist ein zylindrisches Gehäuse 10 auf mit
zwei Abschlußdeckeln 12,14,
die über
Schrau ben-Flanschverbindungen 16 an dem eigentlichen Filtergehäuse 10 festlegbar
sind. Das Filtergehäuse 10 der
Rückspülfiltervorrichtung
weist einen Filtereinsatz 18 für das zu filtrierende Fluid
sowie einen Filterauslaß 20 für das filtrierte
Fluid auf. Die Fluidrichtung im Filtrierbetrieb durch das Gehäuse 10 ist
in der 1 mit entsprechenden Pfeilen am Filtereinlaß 18 und
am Filterauslaß 20 angegeben.
In die Filtervorrichtung sind nach oben hin konisch zulaufende Filterelemente 22 eingesetzt,
wobei an die Stelle der konischen Filterelemente 22 auch
zumindest teilweise zylindrische Filterelemente (nicht dargestellt)
treten können.
Die angesprochenen konischen Filterelemente 22, die aus
sog. Spaltsiebrohr-Filterelementen bestehen können, sind in Abständen voneinander entlang
eines zylindrischen Kreisbogens innerhalb des Filtergehäuses 10 angeordnet.
Bei einer nicht näher
dargestellten Ausführungsform
können
auch in Gruppen unterteilt mehrfach entlang von zylindrischen Kreisbögen die
Filterelemente 22 (konisch und/oder zylindrisch) angeordnet
sein.
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Die
in der 1 dargestellten Filterelemente 22 münden mit
ihrem Einlaßquerschnitt 24,
also mit ihrer freien Öffnung,
in zylindrisch entsprechend ausgebildete Ausnehmungen des unteren
Abschlußdeckels 14.
An ihrem jeweils anderen gegenüberliegenden
Ende sind die zum Einsatz kommenden Filterelemente 22 mit
Abschlußkappen 26 versehen, über die
die Filterelemente 22 an einem plattenförmigen Zwischenstück 28 gehalten
sind, an das von oben her der obere Abschlußdeckel 12 stößt.
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Für die eigentliche
Rückspülung mit
der Rückspülfiltervorrichtung
ist ein antreibbarer Spülarm 30 vorgesehen,
der auf seiner Unterseite einen Anschluß in Form eines Fluidaustrittes 22 für verschmutztes
Fluid vorsieht. Der Spülarm 30 läßt sich über ein
Antriebsgestänge 34 als
Abtriebswelle nacheinander unter die Einlaßquerschnitte 24 der
Filterelemente 22 verfahren.
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Die
Rückspülung erfolgt
also kontinuierlich mit dem eigentlichen Filtrationsvorgang, wobei
nur die Filterelemente 22 rückgespült werden, und zwar von außen nach
innen, mit dem gereinigten, bei der Filtration mit den sonstigen
Filterelementen 22 entstehenden filtrierten Fluid, deren
freie Einlaßquerschnitte 24 von
dem Spülarm 30 nacheinander
untergriffen sind. Die Rückspülrichtung
ist in der Figur mit Pfeilen von außen nach innen für jedes
Element 22 angegeben und die übliche Filtrationsrichtung
gleichfalls mit Pfeilen, diesmal von innen nach außen. Sind die
Filterelemente 22 zu Gruppen geordnet entlang von zylindrischen
Kreisbögen
mehrfach innerhalb des Filtergehäuses 10 angeordnet,
benötigt
der Spülarm 30 einen
weiteren Armabschnitt unterschiedlicher Länge, mit der die weitere Gruppe
an Filterelementen 22 seitens ihres Einlaßquerschnittes 24 untergriffen
werden kann.
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Der
Austritt des derart verschmutzten, bei der Rückspülung entstehenden Fluids erfolgt über den
rohrartig ausgebildeten Fluidaustritt 32. Das angesprochene
Antriebsgestänge 34 durchgreift
entlang der Längsachse 36 der
Rückspülfiltervorrichtung
das Filtergehäuse 10 und
durchgreift sowohl den oberen Abschlußdeckel 12 als auch
den unteren Abschlußdeckel 14.
Für einen
Antrieb des Antriebsgestänges 34,
insbesondere in Form einer Hohlwelle, ist am oberen Abschlußdeckel 12 eine
Zapfen-Nut-Verbindung 38 vorgesehen, über die sich das Antriebsgestänge 34 mit
einem Elektromotor 40 für
einen drehenden Umlauf um die Längsachse 36 antreiben
läßt. Anstelle
der in 2 gezeigten Zapfen-Nut-Verbindung ließe sich
auch eine Keilwellenverbindung od. dgl. einsetzen.
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Wie
des weiteren die 2 zeigt, ist das Antriebsgestänge 34 mit
einer Positionsüberwachungseinrichtung 42 mittels
Näherungsschalter 44 zur
Positionsüberwachung
des Spülarmes 30 ausgestattet.
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Wie
des weiteren die 1 zeigt, ist der Filtereinlaß 18 von
seiner Außenwandung
her in der Art eines Diffusors ausgebildet, der die Fluideintrittsgeschwindigkeit
des zu filtrierenden verschmutzten Fluids reduziert bei gleichzeitiger
Druckerhöhung
an dem durch den Spülarm 30 freigelassenen
Einlaßquerschnitt 24 der
konischen Filterelemente 22. Die Diffusorwirkung wird insbesondere
dadurch begünstigt,
dass die Eintrittsquerschnitte am Filtereinlaß 18 als auch der
Querschnitt des Aufnahmeraumes 46 im wesentlichen gleich
ausgebildet sind und der Übergang
zwischen Filtereinlaß 18 und
Aufnahmeraum 46 im wesentlichen gleichförmig ohne wesentliche Querschnittsreduzierung
erfolgt.
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Durch
den konischen Aufbau der Filterelemente 22 wird erreicht,
dass die Durchlaßfläche im jeweiligen
Element sehr groß ist,
wobei sich der Abstand zwischen den konischen Elementen 22 in
Richtung des Filterauslasses 20 vergrößert, so dass dem filtrierten
Fluid beim Austritt aus dem Innenraum des jeweiligen Filterelementes 22 ein
kleinerer Widerstand entgegengesetzt wird gegenüber den bekannten Lösungen mit
ausschließlich
zylindrischen Elementen. Des weiteren ist durch den konischen Aufbau
der Filterelemente 22 ein konstanter Flüssigkeitsstrom beim Rückspülen der
Elemente erreicht. Normalerweise wird zeitlich länger mit großen Mengen
rückgespült, um die
Abreinigung zu gewährleisten.
Es ist aber auch bei bestimmten Steuerungsarten möglich, den
Spülarm 30 nur
wenige Sekunden unter dem jeweiligen Element 22 zu belassen.
Durch schnelles Öffnen
der Rückspülarmatur
entsteht dann ein Druckstoß in
den Öffnungen
der Filterelemente, welcher den Reinigungseffekt der Rückspülung zusätzlich unterstützt. Unabhängig hiervon
kommt es aber bei derartigen Rückspülungen zu
Druckverlusten, was die Abreinigungsleistung insgesamt beeinträchtigt.
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Um
dem zu begegnen, schlägt
die erfindungsgemäße Lösung vor,
zur Reduzierung des genannten Druckverlustes in Form von Druckabfällen im
Filtergehäuse
beim Rückspülen des
jeweiligen Filterelementes eine als Ganzes mit 48 bezeichnete druckerhaltende
oder -erzeugende Einrichtung vorzusehen. Dabei ist, wie insbesondere
die 2 zeigt, die Druckeinrichtung 48 aus
mindestens einem Druckreservoir 50 gebildet, das eine elastisch
nachgiebige Trennmembran 52 aufweist, die eine vorgebbare
Menge an einem Druckmedium umfaßt.
Vorzugsweise besteht die genannte Trennmembran 52 aus einem
elastisch nachgiebigen Material, beispielsweise Gummi oder Kautschukmaterial.
Das eingebrachte Druckmedium ist vorzugsweise ein Arbeitsgas, beispielsweise
in Form von Stickstoffgas od. dgl. Um die Diffusion des Druckmediums
durch die Trennmembran 52 gering zu halten, kann auch vorgesehen
sein, diese mit gasundurchlässigem
Material zu beschichten.
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Das
in der 2 gezeigte Druckreservoir 50 ist in der
Art eines Torus ausgebildet, also in der Art eines Schwimmringes,
der mit seiner inneren Durchgangsfläche den Außenumfang des Antriebsgestänges 34 unter
Einhalten eines radialen Abstandes umfaßt. Ferner ist das Druckreservoir 50 als
Teil der Druckeinrichtung 48 in einer zusätzlichen
Druckgehäusekammer 54 als
Teil des Filtergehäuses 10 aufgenommen.
Hierzu ist das zylindrische und rohrförmige Druckgehäusekammerstück 54 auf
die Oberseite des Filtergehäuses 10 aufgesetzt
und wiederum über Schraub-Flanschverbindungen 16 mit
diesem fest verbunden. Ebenso schließt sich an der Oberseite der
Druckgehäusekammer 54 wiederum über die Schrauben-Flanschverbindung 16 der
Antriebsmotor 40 mit seinem Abtriebsteil über das
Antriebsgestänge 34 an.
Um das Druckreservoir 50 mit einem Druckmedium zu befüllen, ist
in der Gehäusewandung
eine Anschlußstelle 56 vorgesehen. Über die Anschlußstelle 56 ist
ein einmaliger Befüllvorgang denkbar;
es besteht dem Grunde nach aber auch die Möglichkeit, über die Anschlußstelle 56 eine
fortwährende
Verbindung mit einer ansteuerbaren Druckversorgungseinrichtung (nicht
dargestellt) an Druckmedium herzustellen. Vorzugsweise ist jedoch
der Inhalt des Druckreservoirs 50 an Druckmedium definiert vorgegeben.
Das Druckreservoir 50 bildet somit eine Art Druckspeicher
aus und kommt es beim Rückspülen eines
Elementes 22 zu einem Druckverlust oder Druckabfall, wird
der dahingehende Verlust über
das Druckreservoir 50 ausgeglichen, indem der vorgespannte
Innendruck des Speichers durch Ausdehnen der elastisch nachgiebigen
Trennmembran 52 an die Umgebung, sprich an das innerhalb
des Filtergehäuses 10 bevorratete
Fluid, weitergegeben wird. Demgemäß ist die Druckgehäusekammer 54 druckführend über eine
Durchlaßstelle 58 fluidführend mit dem
sonstigen Inneren des Filtergehäuses 10 verbunden,
das die einzelnen Elemente 22 aufnimmt.
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Bei
einer geänderten
Ausführungsform
gemäß der Darstellung
nach der 3 ist der einzelne Torus als
Druckreservoir 50 durch eine Druckeinrichtung 48 ersetzt
mit einer Vielzahl von einzelnen Druckreservoirs 50 in
der Art von Speicherblasen. Die dahingehenden fünf Speicherblasen sind über eine
gemeinsame Versorgungsleitung 60 in der Art einer Ringleitung
an die Anschlußstelle 56 angeschlossen.
Auch die dahingehende Ringversorgungsleitung 60 mit den
einzelnen fünf
Speicherblasen als Druckreservoirs 50 umfassen unter radialem Abstand
die Abtriebswelle als Bestandteil des Antriebsgestänges 34.
Auf diese Art und Weise läßt sich platzsparend
in noch vergrößertem Maße Druckreservoirvolumen 50 zur
Einspeicherung von Energie zur Verfügung stellen. Die Anordnung
nach der 2 sowie der 3 ist
in 1 nicht dargestellt; die Druckeinrichtung 48 läßt sich
jedoch durch Zwischenschalten der Druckgehäusekammer 54 entsprechend
zwischen dem Filtergehäuse 10 und
der Antriebseinheit mit dem Motor 40 zwischeneinschalten
gemäß der Darstellung
nach der 2. Insoweit können auch
bereits bestehende ausgelieferte Rückspülfiltervorrichtungen mit der
erfindungsgemäßen Druckeinrichtung 48 nachgerüstet werden.
Dergestalt läßt sich
die Abreinigungsleistung deutlich verbessern. Anstelle der integrierten
Lösung
in der Druckgehäusekammer 54 läßt sich
eventuell auch eine externe druckerzeugende oder druckerhaltende Speichereinrichtung,
beispielsweise in Form eines Hydrospeichers, anschließen, wobei
dann über
das jeweilige Filtergehäuse 10 eine
druckführende
Verbindung mit der externen Versorgungsquelle als Überdruckeinrichtung
herzustellen wäre
(nicht dargestellt).