DE102007054737A1

DE102007054737A1 - Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE102007054737A1
Application number: DE102007054737A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Wnuk; Bernhard Dr. Schlichter; Jörg Hermann GERSTNER
Original assignee: Hydac Process Technology GmbH
Current assignee: Hydac Process Technology GmbH
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-05-20
Also published as: US20120228239A1; ES2361285T3; CN101854994A; CN101854994B; JP5256297B2; US8216469B2; ATE501773T1; JP2011502771A; DE502008002913D1; US8518274B2; EP2207609B1; KR101579077B1; DK2207609T3; KR20100097108A; US20100276356A1; EP2207609A1; WO2009062644A1; PL2207609T3

Abstract

Eine Filtervorrichtung mit einer Mehrzahl von Filterelementen (21), die in einem Filtergehäuse mit einem Filtereinlass für ein zu filtrierendes Fluid und einem Filterauslass für das gefilterte Fluid aufnehmbar sind, wobei die Filterelemente (21) für eine Filtration oder Rückspülung in beiden Richtungen durchströmbar sind und wobei gleichzeitig die einen Filterelemente (21) die Filtration vornehmen und zumindest ein anderes Filterelement (21) zum Abreinigen seiner wirksamen Filterfläche mittels einer Rückspüleinrichtung rückspülbar ist, die zur Unterstützung der Rückspülung eine Drucksteuereinrichtung beinhaltet, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung ein Absperrelement (41) aufweist, mittels dessen die Fluidverbindung zwischen Filtereinlass und dem abzureinigenden Filterelement (21) sperrbar oder freigebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit einer Mehrzahl von Filterelementen, die in einem Filtergehäuse mit einem Filtereinlass für ein zu filtrierendes Fluid und einem Filterauslass für das gefilterte 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 mittels einer Rückspüleinrichtung rückspülbar ist, die zur Unterstützung der Rückspülung eine Drucksteuereinrichtung beinhaltet.
Eine Filtervorrichtung dieser Art ist durch die DE 199 56 859 A1 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung sind konisch ausgebildete Filterelemente vorgesehen, insbesondere in Form von sogenannten Spaltsiebrohrfilterelementen. Aufgrund der konischen Ausbildung ist der Abstand zwischen den einzelnen konischen Spaltsiebrohrfilterelementen bereichsweise vergrößert, mit der Folge, dass auch der Ausströmraum im Filtergehäuse vergrößert 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 gebil deten Eintrittsquerschnitt, also der freien Elementfläche, jedoch klein ist, bildet sich hier abhängig von der Größe des Strömungswiderstandes des Spaltrohres ein Engpass, in dem ein großer Teil des Systemdruckes abfällt. Es treten also geringere Druckverluste auf, was energetisch beim Rückspülen günstiger ist.
Beim Rückspülen wird ein Großteil des Volumendurchsatzes bei konischen und auch bei zylindrischen Filterelementen grundsätzlich am unteren Filterende erzielt. Die Volumenströme nehmen dann sehr schnell ab. Zusätzlich ist bei konischen Elementen 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.
Beim Rückspülen werden vorzugsweise alle Filterelemente nacheinander regeneriert. Während der Rückspülung einzelner Elemente wird die Filtration über die restlichen Elemente fortgesetzt, so dass der Filtrationsbetrieb zu keiner Zeit unterbrochen wird.
Bei der bekannten Filtervorrichtung erfolgt der Rückspülvorgang nicht ausschließlich in der Weise, dass der in der Filtervorrichtung anstehende Überdruck während der Rückspülphase einen Teilstrom des Filtrates das zu reinigende Filterelement in umgekehrter Richtung durchströmen lässt, um den Schmutz vom Element abzulösen und auszutragen, sondern, in dem Bestreben, auch hartnäckigste Verschmutzungen entfernen zu können, ist zur Unterstützung der Rückspülung eine Drucksteuereinrichtung vorhanden, die an dem jeweils rückzuspülenden Filterelement einen Unterdruck erzeugt. Für die Rückspülung ist daher nicht nur der Systemdruck wirksam, sondern es steht durch den angelegten Unterdruck ein höherer Druckgradient zum Ablösen von Verschmutzungen zur Verfügung.
Bei der bekannten Vorrichtung weist die Unterdruckeinrichtung einen Hydrospeicher in Form eines Membranspeichers auf, wobei die das Trennelement des Speichers bildende Membran für eine Saug- oder Pumpbewegung an die Kolbenstange eines Arbeitszylinders angeschlossen ist. Für eine derartige Betätigung ist nicht nur ein beträchtlicher Steuerungsaufwand erforderlich, sondern, um Betriebssicherheit zu gewährleisten, ist auch eine aufwändige Bauweise des Membranspeichers mit Kolbenstangendurchführung und deren Abdichtung erforderlich. Trotz kostenintensiver Bauweise sind ausreichend lange, Betriebssicherheit gewährleistende Betriebszeitdauern kaum erreichbar. Zudem ist beträchtlicher Bauraum für den Speicher und die Antriebseinrichtung erforderlich.
Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sich sowohl durch eine besonders einfache Bauweise als auch Betriebssicherheit im Langzeitbetrieb auszeichnet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Die Besonderheit der Erfindung besteht demgemäß darin, dass die zur Unterstützung der Rückspülung vorgesehene Drucksteuereinrichtung ein Absperrelement aufweist, durch das für einen Rückspülvorgang die Fluidverbindung zwischen dem in das Filtergehäuse einströmenden, zu filtrierenden Fluid und dem betreffenden Filterelement sperrbar ist. Dadurch kommt es bei der vor dem Rückspülvorgang in das Filterelement eintretenden Fluidströmung zu einer Strömungsunterbrechung, so dass die beim Absperrvorgang herrschende Strömungsgeschwindigkeit als strömungsdynami scher Effekt eine Nachsaugwirkung hervorruft. Für die gegenüber der Filtration umgekehrte Durchströmung des Filterelements steht daher nicht nur der Systemdruck an der Reinseite des betreffenden Filterelementes zur Verfügung, sondern das Rückströmen von Filtrat wird durch die Nachsaugwirkung verstärkt, die aufgrund des dynamischen Effekts zur Verfügung steht, der sich durch das Sperren der Strömung ergibt, die von der Schmutzseite her einströmt.
Die Benutzung eines Absperrelementes als Drucksteuereinrichtung ermöglicht eine besonders einfache und in der Herstellung billige Bauweise. Zudem ist Betriebssicherheit über praktisch unbegrenzte Betriebszeiten gewährleistet. Das Absperrelement läßt sich ohne Schwierigkeiten in das Filtergehäuse integrieren, so dass sich die Erfindung auch durch eine besonders kompakte und einfache Bauweise auszeichnet.
Vorzugsweise weisen die Filterelemente einen inneren Filterhohlraum auf, der eine Längsachse definiert, die sich zwischen einer endseitigen, bei der Filtration mit dem Filtereinlass verbundenen Eingangsöffnung und einer dazu entgegengesetzten endseitigen Abführöffnung erstreckt, über die beim Rückspülen verschmutztes Fluid abführbar ist, wobei die Eingangsöffnung des abzureinigenden Filterelementes für die Rückspülung mittels des Absperrelementes absperrbar ist, und wobei vorzugsweise mit vertikaler Längsachse im Filtergehäuse angeordnete Filterelemente mit sich nach oben konisch verjüngter Gestalt vorgesehen sind, was, wie bereits eingangs erwähnt, unter anderem die Effizienz der Rückspülung begünstigt.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Abführöffnung des abzureinigenden Filterelementes mit einer Rückspülleitung verbindbar, die mittels einer Ventileinrichtung wahlweise sperrbar oder freigebbar ist. Dadurch ergibt sich die zusätzliche Möglichkeit der Steuerung der Strömung im Abströmbereich des verschmutzten Fluides. Insbesondere, wenn hierbei die Anordnung so getroffen ist, dass die Rückspülleitung eine Länge besitzt, die größer oder wesentlich größer ist als die in Richtung der Längsachse gemessene Länge der Filterelemente, läßt sich durch Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit einer verhältnismäßig langen Fluidsäule ein eine besonders starke Nachsaugwirkung entfaltender dynamischer Effekt und damit eine besonders wirksame Abreinigung erzielen.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Rückspüleinrichtung einen bewegbaren, mittels einer Antriebseinrichtung mit der Abführöffnung des abzureinigenden Filterelementes verbindbaren Rückspülarm auf, und das Absperrelement ist im Zuge der Bewegung des Rückspülarmes mittels der Antriebseinrichtung auf die Eingangsöffnung des mit dem Rückspülarm verbundenen Filterelementes ausrichtbar, um den Fluideintritt in dessen Filterhohlraum freizugeben oder zu sperren.
Hinsichtlich der durch das Sperren der Fluidströmung erreichten Nachsaugwirkung ist es vorteilhaft, wenn das Absperrelement ein schnell schließendes Plattenventil mit einer entlang der Längsachse bewegbaren, mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilplatte ist.
Hierbei kann die Anordnung so getroffen sein, dass das Plattenventil mittels eines entlang der Längsachse bewegbaren Hydrokolbens steuerbar ist, dessen Kolbenstange mit der Ventilplatte verbunden ist. Eine derartige Betätigungseinrichtung für das Plattenventil zeichnet sich durch geringen Platzbedarf aus und läßt sich daher ohne Schwierigkeiten in das Filtergehäuse integrieren.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;
2 einen gegenüber 2 vergrößerten Ausschnitt entsprechend dem in 1 mit II angegebenen Bereiches;
3 einen schematisch stark vereinfacht und in der Vertikalrichtung stark verkürzt gezeichneten Teilausschnitt der Vorrichtung, wobei ein zur Rückspülung vorbereitetes Filterelement und die dieses durchströmende Fluidströmung schematisiert angedeutet sind, und
4 eine der 3 ähnliche Darstellung zur Verdeutlichung der beim eigentlichen Rückspülvorgang herrschenden Fluidströmung.
Die in den Fig. gezeigte Filtervorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einem oberen Abschlußdeckel 3, einem unteren Gehäuseabschluß 5 und einem in dem dazwischen liegenden Bereich befindlichen Zwischenboden 7 auf, die sämtlich über Flanschverbindungen 9 an dem Filtergehäuse 1 festlegbar sind. Der Zwischenboden 7 trennt im Gehäuse 1 einen Raum 11 für Unfiltrat, in den zu filtrierendes Fluid über einen Filtereinlass 13 einströmbar ist, von der Reinseite 15 der Filtervorrichtung, woraus gefiltertes Fluid über ein Filterauslass 17 abführbar ist.
Zwischen dem Zwischenboden 7 und einer am unteren Gehäuseabschluss 5 befindlichen Elementaufnahme 19 sind nach oben hin konisch zulaufende Filterelemente 21 eingesetzt, wobei an die Stelle der konischen Filterelemente 21 auch zumindest teilweise zylindrische Filterelemente (nicht dargestellt) treten können. Die angesprochenen konischen Filterelemente 21, die aus sogenannten Spaltsiebrohrfilterelementen bestehen können, sind in Abständen voneinander entlang eines zylindrischen Kreisbogens innerhalb des Filtergehäuses 1 angeordnet. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform können auch in Gruppen unterteilt mehrfach entlang von zylindrischen Kreisbögen die Filterelemente 21 angeordnet sein.
Die in der Zeichnung dargestellten Filterelemente 21 münden mit ihrem Einlassquerschnitt, also mit ihrer Eingangsöffnung 23 in zylindrisch entsprechend ausgebildete Ausnehmungen 24 des Zwischenbodens 7, sind also mit dem Raum 11, der das Unfiltrat enthält, in Fluidverbindung, so dass dieses für den Filtrationsvorgang in den inneren Filterhohlraum 25 der Filterelemente 21 eintritt und bei der Filtrierung die Filterelemente 21 nach außen hin zur Reinseite 15 durchströmt. Beim Rückspülvorgang hingegen wird das jeweils abzureinigende Filterelement von der Reinseite 15 her von außen nach innen durchströmt. Über einen schwenkbeweglichen Rückspülarm 27, der den Anfang einer aus dem Filtergehäuse 1 heraus führenden Rückspülleitung 29 bildet, strömt das die abgereinigten Verschmutzungen enthaltende Schmutzfluid beim Rückspülvorgang über eine bodenseitige Abführöffnung 31 aus dem Filterelement 21 ab, das abgereinigt wird.
Der Rückspülarm 27 ist für seine Schwenkbewegung mittels eines Getriebemotors 33 über eine im Filtergehäuse 1 konzentrisch angeordnete Antriebswelleneinrichtung antreibbar, die einen oberen, an der Abtriebsseite des Getriebemotors 33 befestigten Wellenzapfen 35, eine hohle Zwischenwelle 37 und einen unteren, mit dem Rückspülarm 27 verbundenen Wellenzapfen 39 aufweist.
Der Getriebemotor 33 dient nicht nur zum Schwenken des Rückspülarmes 27, sondern bildet auch den Schwenkantrieb für ein Absperrelement 41, mittels dessen für einen Rückspülvorgang die Fluidverbindung zwischen dem Umfiltrat im Raum 11 und dem Filterhohlraum 25 des abzureinigenden Filterelementes 21 unterbindbar ist, indem dessen Eingangsöffnung 23 verschlossen wird. Die näheren diesbezüglichen Einzelheiten des ein Plattenventil 43 enthaltenden Absperrelementes 41 sind den 2 bis 4 deutlicher entnehmbar.
Wie aus diesen Figuren ersichtlich, befindet sich das Plattenventil 43 an einem Träger 45, der mit dem Wellenzapfen 35 verbunden ist, so dass der Getriebemotor 33 das Plattenventil 43 zusammen mit dem Rückspülarm 27 schwenkt. Bei der Darstellung in den Fig. sind Rückspülarm 27 und Plattenventil 43 mittels des Getriebemotors 33 in die Schwenkposition eingestellt, in der das in den Fig. linksseitig gelegene Filterelement 21 für einen Rückspülvorgang ausgewählt ist. Das Plattenventil 43 weist eine Ventilplatte 47 auf, die mit einem Ventilsitz 49 am Träger 45 zusammen wirkt. Für die entlang der Längsachse 51 erfolgende Schließbewegung zum Anlegen der Ventilplatte 47 und damit zum Sperren der Eingangsöffnung 23 des betreffenden Filterelementes 21 ist die Ventilplatte 47 mittels eines Hydrokolbens 53 bewegbar, der in einem mit dem Träger 45 verbundenen Hydrozylinder 55 geführt ist.
Zur Verdeutlichung der Funktionsweise wird insbesondere auf 3 und 4 Bezug genommen. Die 3 zeigt durch Strömungspfeile 57 (nicht sämtliche in der Fig. beziffert) den Verlauf der Fluidströmung bei dem für einen Rückspülvorgang ausgewählten Filterelement 21, auf dessen Eingangsöffnung 23 das Plattenventil 43 ausgerichtet ist und dessen Abführöffnung 31 mit dem Rückspülarm 27 in Verbindung ist. Dieser in 3 gezeigte Strömungszustand herrscht, wenn eine nur in 1 zu sehende Ventileinrichtung 59 die Rückspülleitung 29 freigibt und das Plattenventil 43 noch nicht geschlossen ist. Wenn nun, für den Rückspülvorgang, bei diesem Strömungszustand das Plattenventil 43 geschlossen wird, d. h. das Nachströmen von Unfiltrat aus dem Raum 11 in das Filterelement 21 hinein blockiert wird, kommt es zur Strömungsumkehr am Filterelement 21. Aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des vom Raum 11 her das Filterelement 21 durchströmenden Unfiltrats (Zustand von 3) führt das Sperren des Plattenventils 43 zu einem negativen Druckschlag, wodurch sich eine Nachsaugwirkung ergibt, so dass für das mit den Strömungspfeilen 61 in 4 angedeutete Rückströmen in das Filterelement 21 von der Reinseite 15 her nicht nur der Systemdruck, sondern zusätzlich die Nachsaugwirkung durch das Sperren der Unfiltrat-Flüssigkeitssäule zur Verfügung steht. Durch die sich dadurch an den Durchtrittsstellen des Filtermediums einstellende Düsenwirkung werden selbst hartnäckigste Verschmutzungen vom Filtermedium abgelöst. Eine besonders starke Nachsaugwirkung tritt ein, wenn die Rückspülleitung 29 eine größere Länge besitzt, d. h. der Sperrvorgang an einer verhältnismäßig langen Fluidsäule entsprechender Strömungsgeschwindigkeiten erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19956859 A1 [0002]

Claims

Filtervorrichtung mit einer Mehrzahl von Filterelementen (21), die in einem Filtergehäuse (1) mit einem Filtereinlass (13) für ein zu filtrierendes Fluid und einem Filterauslass (17) für das gefilterte Fluid aufnehmbar sind, wobei die Filterelemente (21) für eine Filtration oder Rückspülung in beiden Richtungen durchströmbar sind und wobei gleichzeitig die einen Filterelemente (21) die Filtration vornehmen und zumindest ein anderes Filterelement (21) zum Abreinigen seiner wirksamen Filterfläche mittels einer Rückspüleinrichtung rückspülbar ist, die zur Unterstützung der Rückspülung eine Drucksteuereinrichtung beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung ein Absperrelement (41) aufweist, mittels dessen die Fluidverbindung zwischen Filtereinlass (13) und dem abzureinigenden Filterelement (21) sperrbar oder freigebbar ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (21) einen inneren Filterhohlraum (25) aufweisen, der eine Längsachse (51) definiert, die sich zwischen einer endseitigen, bei der Filtration mit dem Filtereinlass (13) verbundenen Eingangsöffnung (23) und einer dazu entgegengesetzten endseitigen Abführöffnung (31) erstreckt, über die beim Rückspülen verschmutztes Fluid abführbar ist, und dass die Eingangsöffnung (23) des abzureinigenden Filterelementes (21) für die Rückspülung mittels des Absperrelementes (41) sperrbar ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit vertikaler Längsachse (51) im Filtergehäuse (1) angeordnete Filterelemente (21) mit sich nach oben konisch verjüngender Gestalt vorgesehen sind.
Filtervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführöffnung (31) des abzureinigenden Filterelementes (21) mit einer Rückspülleitung (29) verbindbar ist, die mittels einer Ventileinrichtung (59) wahlweise sperrbar und freigebbar ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückspülleitung (29) eine Länge besitzt, die größer ist als die in Richtung der Längsachse (51) gemessene Länge der Filterelemente (21).
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückspüleinrichtung einen bewegbaren, mittels einer Antriebseinrichtung (33) mit der Abführöffnung (31) des abzureinigenden Filterelementes (21) verbindbaren Rückspülarm (27) aufweist, und dass das Absperrelement (41) im Zuge der Bewegung des Rückspülarmes (27) mittels der Antriebseinrichtung (33) auf die Eingangsöffnung (23) des mit dem Rückspülarm (27) verbundenen Filterelementes (21) ausrichtbar ist, um den Fluideintritt in dessen Filterhohlraum (25) freizugeben oder zu sperren.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (41) ein schnell schließendes Plattenventil (43) mit einer entlang der Längsachse (51) bewegbaren, mit einem Ventilsitz (49) zusammenwirkenden Ventilplatte (47) ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenventil (43) mittels eines entlang der Längsachse (51) bewegbaren Hydrokolbens (53) steuerbar ist, dessen Kolbenstange mit der Ventilplatte (47) verbunden ist.