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Die
Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für flüssige
Medien nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus
der
DE 101 51 496
A1 ist bereits eine gattungsgemäße Filtereinrichtung
für flüssige Medien bekannt. Die in der Druckschrift
beschriebene Filtereinrichtung offenbart am Beispiel der Filterung flüssigen
Kunststoffes eine Lösung mit einem Gehäuse, einem
Eintrittskanal, einem Austrittskanal und zwei gegensinnig zueinander
durchströmten Filtern, wobei durch einen dieser Filter
die Filterung des flüssigen Kunststoffs in einem Hauptstrom
und zeitgleich durch einen vom Hauptstrom abzweigenden Rückspülstrom
eine Reinigungsrückspülung des anderen Filters
erfolgt. Der aus der Schrift bekannte Filter ist als Rotationsfilter
um eine Achse drehbar innerhalb des Gehäuses gelagert.
Dabei wird ein Teil der Filterfläche dazu genutzt, die
Filterung des aus dem Hauptstrom stammenden Mediums zu ermöglichen. Ein
vom Hauptstrom abgezweigter und bereits gefilterter Teil dieses
Haupt- oder Produktionsstromes wird in einem anderen Abschnitt des
Filters in einer zur Filterung des Hauptstromes entgegen gesetzten Richtung
durch die Filterfläche geleitet, so dass einmal im Filter
enthaltene Verunreinigungen wieder aus der Filterfläche
entfernt werden. Die Verunreinigungen können bei der bekannten
Ausführung durch einen Ablauf an die Umgebung abgeführt
werden. In der Druckschrift wird am Beispiel der zu filternden flüssigen
Kunststoffschmelzen erörtert, dass ein Stillstand des fließenden
Mediums möglichst zu vermeiden ist, weil insbesondere flüssige
Kunststoffschmelzen dazu neigen, bei Stillstand auszuhärten.
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Die
dadurch innerhalb der Schmelze entstehenden Verfestigungen bedeuten
einen Materialverlust, den es zu vermeiden gilt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung für
flüssige Medien zu schaffen, in der das zu filternde Medium
unter Vermeidung von Stillstandszeiten permanent im Umlauf ist und
dabei die eingesetzten Filter permanent durch eine Rückspülung
gereinigt werden.
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Gelöst
wird diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1. Weitere Ausgestaltungen sind in den sich anschließenden
Unteransprüchen wiedergegeben.
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Eine
Filtereinrichtung für flüssige Medien mit einem
Gehäuse, einem Eintrittskanal, einem Austrittskanal und
wenigstens einem Filter, wobei sowohl die Filterung des Mediums
innerhalb eines Hauptstromes als auch eine Reinigungsrückspülung
durch einen vom gefilterten Teil des Hauptstromes abzweigenden Rückspülstrom
ermöglicht ist, wurde erfindungsgemäß dahingehend
weitergebildet, dass die Filtereinrichtung zwei Filter aufweist,
wobei durch einen dieser Filter die Filterung des Mediums in einem Hauptstrom
und durch einen vom gefilterten Teil des Hauptstromes abzweigenden
Rückspülstrom eine Reinigungsrückspülung
des anderen Filters ermöglicht und durch einen synchronen
Schaltvorgang mehrerer Stelleinrichtungen eine Richtungsumkehr der
durch die Filter fließenden Medienströme gegeben
ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich,
mindestens zwei Filter im Parallelbetrieb derart zu betreiben, dass
immer einer der Filter unmittelbar zur Filterung des Mediums des
Hauptstromes zum Einsatz kommt und der jeweils andere Filter innerhalb
des Rückspülstromes zur Rückfilterung und
Reinigung dieses Filters dient. Durch die Stelleinrichtungen ist
ein Wechsel der Strömungsrichtung möglich, so
dass jeder der Filter sowohl im Hauptstrom als auch im Rückspülstrom
betrieben werden kann. Diese gegenüber bekannten Filtereinrichtungen
wesentlich verbesserte Lösung arbeitet über einen
sehr langen Lebensdauerzyklus hinweg, ohne dass ein Austausch der
Filter erfolgen muss. Darüber hinaus besteht ein wesentlicher
Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass das zu filternde
Medium sich in einem permanenten Fluss befindet und es innerhalb
der Filtereinrichtung nicht zu Stillständen kommt. Dieser
Vorteil ist insbesondere in der Kunststoffverarbeitung von besonderer
Bedeutung, da hier flüssige Kunststoffschmelzen bei Stagnation
des Produktionsflusses auszuhärten beginnen und die daraus
resultierenden Verfestigungen des Werkstoffes zu Verlusten wertvollen
Materials führen würden. Ein weiterer Vorteil
der Filtereinrichtung nach der Erfindung ist auch darin zu sehen,
dass diese Filtereinrichtung nicht nur in neuen, sondern auch in
bereits im Einsatz befindlichen Anlagen vorgesehen werden kann beziehungsweise
nachrüstbar ist. Die erfindungsgemäße
Filtereinrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus
und gewährleistet dennoch eine gleich bleibende, qualitativ
hochwertige Filterung des zu filternden Mediums über einen
sehr langen Zeitraum.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass einer
der Filter in dem eine erste Strömungsrichtung aufweisenden
Hauptstrom und der andere Filter in dem eine zu der ersten Strömungsrichtung
entgegengesetzt gerichtete Strömungsrichtung aufweisenden
Rückspülstrom angeordnet ist. Hierbei ist von
Bedeutung, dass die Filter im Hauptstrom und Rückspülstrom
jeweils in entgegen gesetzten Strömungsrichtungen von dem
Medium durchströmt werden. Diese entgegen gesetzte Strömungsrichtung
ermöglicht die Filterung des Mediums im Hauptstrom und
die gleichzeitige Rückspülung, das heißt
Reinigung des anderen Filters im Rückspülstrom.
Somit lassen sich gemäß dieser Ausgestaltung der
Erfindung baugleiche Filter innerhalb der Filtereinrichtung verwenden,
die von jeweils zwei Richtungen durchströmt werden können.
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Als
Stelleinrichtungen können im einfachsten Falle Ventile
zum Einsatz kommen. Gemäß einer sehr vorteilhaften
Ausführung der Erfindung weisen die Ventile jeweils einen
Bolzen oder einen Rundbolzen auf, der um seine Längsmittenachse
drehbar oder entlang seiner Längsmittenachse verschiebbar in
dem Gehäuse aufgenommen ist. Durch diesen sehr einfachen
Aufbau der Ventile, die aus dem besagten Bolzen oder Rundbolzen
bestehen, ist es möglich, den synchronen Schaltvorgang
zum Wechsel der Strömungsrichtungen durch die Filter mit
einfachen Mitteln umzusetzen.
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Eine
Kreiszylinderform der Rundbolzen bietet sich insbesondere als rotationssymmetrisches Bauteil
zur Verdrehung um die Längsmittenachse an. Soll in einem
erfindungsgemäßen Ventil der Rundbolzen entlang
seiner Längsmittenachse verschoben werden, sind auch abweichende
Querschnittsgeometrien des Bolzens denkbar.
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Zur
Verbindung der Strömung führenden Leitungen innerhalb
der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung wird entsprechend
einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass jeder Bolzen
oder Rundbolzen zumindest einen Kanalabschnitt aufweist. Dieser
Kanalabschnitt ermöglicht durch den Schaltvorgang eine
Verbindung verschiedenartiger Leitungen zur Umsetzung unterschiedlicher
Strömungsrichtungen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsvariante besteht darin, dass der
Kanalabschnitt jeweils in der Außenmantelfläche
des zugehörigen Bolzens oder Rundbolzens angeordnet ist.
Diese baulich sehr einfache und fertigungstechnisch unkompliziert
herstellbare Variante weist insbesondere Kostenvorteile auf.
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Zur
Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung
ist es ausreichend, wenn die Rundbolzen der Ventile um 90° oder
um 180° drehbar angeordnet sind, sofern, wie zuvor bereits
beschrieben, eine Variante zum Einsatz kommen soll, bei der die
Rundbolzen um ihre Längsmittenachse drehbar in dem Gehäuse
gelagert sind.
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Um
innerhalb der gesamten erfindungsgemäßen Filtereinrichtung
eine permanente und ununterbrochen fließende Strömung
zu ermöglichen, geht ein weiterer Vorschlag dahin, dass
zumindest eine der Stelleinrichtungen wenigstens einen Bypasskanal
aufweist. Bevorzugt verfügt jeder Bypasskanal dabei über
einen wesentlich geringeren Querschnitt als die das zu filternde
Medium führende Strömungsleitung. Durch eine derartige
Maßnahme kann erreicht werden, dass die Strömung
im überwiegenden Maße durch die Strömungsleitungen
erfolgt. Nur während des Schaltvorganges der Ventile wird
das Medium ausschließlich über die Bypasskanäle
geführt, so dass es auch während dieses Zeitraumes nicht
zu einem Stillstand innerhalb der Filtereinrichtung kommt. Dabei
ist darauf hinzuweisen, dass die Bypasskanäle auch während
des normalen Filterbetriebes durchströmt werden. Infolge
des sehr geringen Querschnittes der Bypässe wird jedoch
im Vergleich zu den Strömungsleitungen hier nur ein vergleichsweise
geringes Volumen durchgesetzt.
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Die
erfindungsgemäße Filtereinrichtung kann über
bislang nicht gekannte Zeiträume wartungsfrei und ohne
Unterbrechungen, also kontinuierlich betrieben werden. Dennoch kann
es, je nach Verschmutzungsgrad des zu filternden Mediums, dazu kommen,
dass eine Abführung im System angehäufter Verunreinigungen
erforderlich wird. Hierzu ist vorgesehen, dass die Filtereinrichtung
mindestens einen Ablauf zur Abführung dieser Verunreinigungen aufweist.
Mittels einer derartigen Abführung können die
Verunreinigungen aus der Filtereinrichtung entfernt werden.
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Da
die gesamte Filtereinrichtung zur Förderung der flüssigen
Medien unter einem Druck steht, der zumeist oberhalb des Umgebungsluftdruckes liegt,
kann es von Vorteil sein, wenn in den Ablauf eine Druckausgleichseinrichtung
integriert wird. Diese verhindert beim Öffnen des Ablaufes
einen schlagartigen Druckausgleich, wodurch gegebenenfalls Beeinträchtigungen
der Filter eintreten könnten. Diese Druckausgleichseinrichtung
kann gleichfalls als ein Sammelbehälter zum Auffangen der
abzuführenden Verunreinigungen genutzt werden.
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Von
besonderem Vorteil ist es auch, wenn beispielsweise in den Rückspülstrom
eine Fördereinrichtung integriert ist. Eine derartige Fördereinrichtung
kann eine Pumpe sein, die für einen konstanten Druck innerhalb
des Systems sorgt. Neben dem konstanten Druckaufbau der gesamten
Filtereinrichtung durch die erwähnte Fördereinrichtung
kann diese auch dafür verwendet werden, innerhalb des Mediums
enthaltene Verunreinigungen oder Festkörper zu zerkleinern.
Somit wird eine Vorleistung zur Verbesserung der Filterung des Mediums
durch die Fördereinrichtung erreicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele
stellen keine Einschränkung auf die dargestellte Variante
dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung des Prinzips
der Erfindung. Dabei sind gleiche oder gleichartige Bauteile jeweils
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Um die erfindungsgemäße
Funktionsweise veranschaulichen zu können, sind in den
Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen gezeigt, bei
denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile
verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile
bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht
vorhanden sind. Es zeigen:
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1:
einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung
in einer ersten der möglichen Ventilstellungen,
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2:
einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung
in einer zweiten der möglichen Ventilstellungen,
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3:
einen Schnitt durch eine Filtereinrichtung in einer ersten möglichen
Stellung der Ventile und einer im Vergleich zur 1 umgekehrten
Strömungsrichtung,
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4:
eine zweite mögliche Stellung der Ventile in einer zur 2 umgekehrten
Strömungsrichtung.
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Der
in der 1 gezeigte Schnittverlauf durch eine bevorzugte
Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen
Filtereinrichtung zeigt ein Gehäuse 1, in dem
die einzelnen Elemente der Filtereinrichtung integriert sind. Im
unteren Bildteil der 1 befindet sich ein Eintrittskanal 2,
durch den mittels einer nur andeutungsweise dargestellten Fördereinrichtung
das zu filternde Medium in die Filtereinrichtung eingebracht wird.
Auf der dem Eintrittskanal 2 gegenüberliegenden
Seite ist ein Austrittskanal 3 vorhanden. Über
den Austrittskanal 3 kann das gefilterte Medium an ein
Folgegerät oder – je nach Bedarf – an die
Umgebung abgegeben werden. Innerhalb der Filtereinrichtung sind
ferner zwei Filter 4 und 5 vorhanden. Mit der
Bezugsziffer 6 ist insgesamt ein Hauptstrom der Strömung
des zu filternden Mediums gekennzeichnet. Dieser fließt
ausgehend vom Eintrittskanal 2 über die Stelleinrichtungen 9 und 8 durch
den Filter 4 und die Stelleinrichtung 11 zu dem
Austrittskanal 3. Die Stelleinrichtungen 9, 8 und 11 sind
als Ventile ausgeführt. Die Funktionsweise dieser Ventile wird
nachfolgend anhand des Beispiels der Stelleinrichtung 9 noch
näher erläutert.
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Die
Stelleinrichtung 9 verfügt über einen Rundbolzen 13,
der in einer korrespondierenden Ausnehmung des Gehäuses 1 um
seine Längsmittenachse M13 drehbar angeordnet ist. In die
Außenmantelfläche des Rundbolzens 13 ist
ein Kanalabschnitt K13 eingebracht. Ferner ist die Stelleinrichtung 9 von
einem Bypasskanal B9 zu wesentlichen Teilen umgeben. Der Bypasskanal
B9 verfügt jedoch über einen wesentlich geringeren
Querschnitt als die seitlich der Stelleinrichtung 9 vorhandenen
Strömungsleitungen L6 und L1. Durch die Drehung des Rundbolzens 13 um
seine Längsmittenachse M13 kann der Kanalabschnitt K13 zwischen
einer Verbindung zwischen dem Eintrittskanal 2 und der
Strömungsleitung L1 und einer Verbindung zwischen dem Eintrittskanal 2 und
der Strömungsleitung L6 hin und her geschwenkt werden.
Damit ist ein Wechsel der Strömung innerhalb der Leitungen
L1 und L6 gewährleistet.
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Nach
dem gleichen Prinzip funktionieren auch die in der 1 gezeigten
Stelleinrichtungen 8, 10 und 11 der Filtereinrichtung.
Bei der Stelleinrichtung 11 ist zusätzlich die
Besonderheit gegeben, dass in die Außenmantelfläche
des Rundbolzens 15 zwei einander gegenüberliegend
angeordnete Kanalabschnitte K15 und K16 eingebracht sind. Diese
Besonderheit ist bei der Stelleinrichtung 11 des Ausführungsbeispiels
erforderlich, da die Stelleinrichtung 11 zwischen dem Hauptstrom 6 und
dem Rückspülstrom 7 angeordnet ist. Die
Strömungsleitungen L1, L2 und L3 bilden zusammen mit den
innerhalb dieser Strömungsleitungen vorhandenen Bauteilen
den Hauptstrom 6. Im Bereich der Strömungsleitung
L3 ist eine Abzweigung vorhanden, durch die ein Teil des bereits
gefilterten Mediums aus dem Hauptstrom 6 in den Rückspülstrom 7 abgeführt
wird. Dieser abgezweigte Teil des Mediums wird über die
Strömungsleitung L4 den Kanalabschnitt K16 der Stelleinrichtung 11 und
die Strömungsleitung L5 zu dem Filter 5 geführt.
Dieser Filter wird somit, wie dies durch die in der 1 vorhandenen
Pfeile angedeutet ist, in einer zum Hauptstrom 6 entgegen
gesetzten Richtung durchströmt. Dadurch kann der Filter 5 von bereits
in ihm enthaltenen Verunreinigungen befreit werden. Diese Verunreinigungen
werden bei dem Ausführungsbeispiel über die Stelleinrichtung 10 und den
darin enthaltenen Kanalabschnitt K14 und die nachfolgende Strömungsleitung
L6 weitergeleitet.
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In
der zur 1 baugleichen Ausführung
einer Filtereinrichtung, wie sie in der 2 dargestellt ist,
wurde die Stelleinrichtung 10 verschwenkt, indem der innerhalb
der Stelleinrichtung 10 vorhandene Rundbolzen 14 um
seine Längsmittenachse M14 gedreht wurde. Dadurch ist der
dem Filter 5 nachgeschaltete Kanalabschnitt K14 des Rundbolzens 14 nunmehr
in einer Stellung, die ein Abführen der im System und insbesondere
aus dem Filter 5 entfernten Verunreinigungen über
den Ablauf 17 ermöglicht. Der an der Stelleinrichtung 10 ebenfalls
vorhandene Bypasskanal B10 ermöglicht dabei eine permanente Weiterführung
der Strömung innerhalb der Filtereinrichtung, so dass es
nicht zu einem Stillstand kommt. Infolge des verglichen mit den
Strömungsleitungen L1 bis L6 sehr geringen Querschnittes
des Bypasskanals B10 erfolgt nur ein geringer Volumendurchsatz über
den Bypasskanal B10. Für den Fall, dass in diesem Teil
des Strömungsmediums Verunreinigungen enthalten sind, ist
dies insofern unproblematisch, als eine Zuführung über
den Bypasskanal B9 der Stelleinrichtung 9 zu dem Eintrittskanal 2 und
damit über die Strömungsleitung L1 wieder in das
System erfolgt. Innerhalb des Filters 4 können
derartige durch die Bypasskanäle B10 und B9 hindurchgelangte
Verunreinigungen gefiltert werden. In der 2 ist eine Stellung
der Stelleinrichtungen dargestellt, bei der nur die Stelleinrichtung 10 einem
Schaltvorgang unterzogen wurde.
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Im
Vergleich hierzu ist in der 3 eine Situation
dargestellt, bei der mehrere Stelleinrichtungen der erfindungsgemäßen
Filtereinrichtung eine synchrone Schaltung vollzogen haben. Dabei
werden die Stelleinrichtungen 11 und 9 im Unterschied
zu der Darstellung in 1 geschaltet. Dies bedeutet,
dass bei der Stelleinrichtung 11 der darin enthaltene Rundbolzen 15 um
seine Längsmittenachse M15 um 90° gedreht wurde.
Damit stellt der Kanalabschnitt K15 eine Verbindung zwischen der
Strömungsleitung L5 und dem Austrittskanal 3 beziehungsweise
der diesen Austrittskanal 3 aufweisenden Strömungsleitung L3
her. Folglich fließt bei dem Beispiel in der 3 der
Hauptstrom 6 ausgehend vom Eintrittskanal 2 über
die Stelleinrichtung 9 und den darin enthaltenen Kanalabschnitt
K13, anschließend über die Strömungsleitung
L6 zu der Stelleinrichtung 10 und dem darin enthaltenen
Kanalabschnitt K14, durchströmt dann den Filter 5 in
Richtung der in der 3 andeutungsweise gezeigten
Pfeile. Im Filter 5 wird das Medium gefiltert. Anschließend
durchströmt das Medium dann die Strömungsleitung
L5 und den Kanalabschnitt K15 der Stelleinrichtung 11,
um über den Austrittskanal 3 der Strömungsleitung
L3 abzufließen. Ein Teil dieses gereinigten Hauptstromes 6 wird
in der zuvor bereits beschriebenen Weise abgezweigt und über
die Strömungsleitung L4 wieder der Stelleinrichtung 11 zugeführt,
wo das abgezweigte Medium innerhalb des Rückspülstromes 7 über
den Kanalabschnitt K16 der Stelleinrichtung 11 und die
sich anschließende Strömungsleitung L2 durch den
Filter 4 zur Stelleinrichtung 8 geleitet wird.
Innerhalb des Filters 4 erfolgt eine Rückspülung.
Dies bedeutet, dass der Filter 4 in dieser Stellung der
Stelleinrichtungen gereinigt wird. Die Strömung fließt
innerhalb des Rückspülstromes 7 weiter über
den Kanalabschnitt K12 der Stelleinrichtung 8 in die Leitung
L1. Wie dies anschaulich aus der Darstellung in 4 hervorgeht, kann
die Stelleinrichtung 8 in eine Position verbracht werden,
in der der Kanalabschnitt K12 derart ausgerichtet ist, dass innerhalb
des Systems enthaltene Verunreinigungen über den Ablauf 16 nach
außen abgeführt werden können.
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Verglichen
mit den Darstellungen der 1 und 2 unterscheiden
sich die 3 und 4 folglich
dadurch, dass praktisch eine Vertauschung des Hauptstromes 6 und
des Rückspülstromes 7 erfolgt ist. Somit
vollziehen die Filter 4 und 5 wechselnde Funktionen,
die in Abhängigkeit des synchronen Schaltvorganges mehrerer
Stelleinrichtungen definiert sind. Jeder Filter kann dabei sowohl
zur Filterung des Hauptstromes dienen als auch mittels eines Rückspülstromes
wieder gereinigt werden. Diese sehr einfache Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ermöglicht
damit einen Dauerbetrieb, der nahezu verlust- und ausfallfrei arbeitet.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Eintrittskanal
- 3
- Austrittskanal
- 4
- Filter
- 5
- Filter
- 6
- Hauptstrom
- 7
- Rückspülstrom
- 8
- Stelleinrichtung
(Ventil)
- 9
- Stelleinrichtung
(Ventil)
- 10
- Stelleinrichtung
(Ventil)
- 11
- Stelleinrichtung
(Ventil)
- 12
- Rundbolzen
- 13
- Rundbolzen
- 14
- Rundbolzen
- 15
- Rundbolzen
- 16
- Ablauf
- 17
- Ablauf
- 18
- Druckausgleichseinrichtung
- 19
- Druckausgleichseinrichtung
- 20
- Fördereinrichtung
(Pumpe)
- K12,
K13, K14, K15, K16
- Kanalabschnitt
- M12,
M13, M14, M15
- Längsmittenachse
- B8,
B9, B10
- Bypasskanal
- L1,
L2, L3, L4, L5, L6
- Strömungsleitungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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