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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Filtereinrichtung
zur Filterung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser
oder Trinkwasser, aber auch anderen Fluiden, die insbesondere mit Feststoffpartikeln
verunreinigt sein könnten, mit einer Filtereinrichtung,
die ein Gehäuse, das mit einem Einlass für unfiltrierte
Flüssigkeit und mit einem mittels eines Auslassventils öffen-
und schließbaren Filtratauslass für filtrierte
Flüssigkeit versehen ist, die ein Filtermittel, das im
Gehäuse im Strömungsweg der Flüssigkeit
zwischen Einlass und Filtratauslass angeordnet ist, und einen Schmutzablass
aufweist, wobei mit dem Filtermittel Partikel, wie insbesondere Feststoffteilchen,
aus der Flüssigkeit ausgefiltert werden, die über
einen mit einem Ablassventil öffen- und schließbaren
Schmutzablass aus dem Gehäuse abgeführt werden
können. Die Erfindung betrifft auch eine Filtereinrichtung
zur Filterung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser
oder Trinkwasser, mit einem Gehäuse mit einem Einlass für
unfiltrierte Flüssigkeit und einem Filtratauslass für
filtrierte Flüssigkeit bzw. Filtrat, mit einem Filtermittel,
das im Gehäuse im Strömungsweg der Flüssigkeit
zwischen Einlass und Filtratauslass zum Ausfiltern von Partikeln aus
der Flüssigkeit an einer Schmutzseite angeordnet ist, und
mit einem Schmutzablass, über den die an der Schmutzseite
ausgefilterten Partikel aus dem Gehäuse abführbar
sind.
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Filtereinrichtung
aus, wie sie aus der
DE 101
51 864 B4 bekannt ist. Grundsätzlich ist bekannt, dass
sich ein Filtermittel innerhalb einer Filtereinrichtung mit fortlaufendem
Filtereinsatz allmählich zusetzt, weswegen für
einen Dauerbetrieb Maßnahmen getroffen werden müssen,
um die insbesondere wartungsfreie Standzeit einer Filtereinrichtung
zu verlängern. In der
DE
101 51 864 werden unterschiedlich Kombinationen mehrerer
Rückspül- oder Reinigungsverfahren zum Reinigen
bzw. Rückspülen des Filtermittels entgegen der
Filtrierrichtung vorgeschlagen, wobei u. a. das Einblasen von Druckluft
oder Gas, das Umwälzen des Filterinhalts mittels Pumpen oder
Membraneinheiten auf der Filtratseite, die Nutzung eines Ultraschallerzeugers
oder einer Ultraschallsonde sowie das Vorsehen einer absperrbaren Kammer
als Sedimentationskammer oder Vakuumkammer vorgeschlagen werden,
um Ablagerungen von der Filterwand des Filtermittels zu lösen.
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Eine
andere Gruppe von Filtereinrichtungen ist als sogenannte Rückspülfilter
ausgeführt, bei denen eine Vielzahl von meist auf einem
Teilkreis angeordneten Filterkerzen im Filtrierbetrieb von innen nach
außen durchströmt werden, denen wenigstens ein
drehbares Rückspülglied zugeordnet ist, um nacheinander
die Enden einzelner Filterkerzen über das Rückspülglied
an einen Schmutzablass anzuschließen. Bei geöffnetem
Schmutzablass kann dann die jeweilige Filterkerze entgegen der Filtrierrichtung, mithin
im Gegenstrom, abgereinigt werden. Da sich bei den mit Rückspülgliedern
arbeitenden Rückspülfiltern eine höhere
Reinigungswirkung nahe der mit dem Rückspülglied
beaufschlagten Filterenden als in der Filterkerzenmitte zeigt, ist
auch vorgeschlagen worden, in die Filterkerzenmitte feststehende
oder bewegliche Einbauelemente einzubauen, wodurch der Reinigungsströmung
im Gegenstrom eine Reinigungsströmung im Querstrom überlagert
werden kann. Das Hauptanwendungsgebiet dieser Rückspülfilter
mit Spülgliedern bildet die Schmieröl- und Brennstoffreinigung
bei Motoren oder Arbeitsmaschinen und es ist grundsätzlich
ein Antrieb zum Drehen des oder der Rückspielgliedes/r
notwendig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Filtereinrichtung
und eine Filtereinrichtung zu schaffen, die insbesondere für
die Filterung von Wasser oder Trinkwasser mit einer hohen Durchflussrate
von beispielsweise mehr als 10 m3/h und
entsprechend hohen Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeit
geeignet sind und auch mit geringem Wartungsaufwand lange Standzeiten
ermöglichen.
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Diese
sowie weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß bei
dem Verfahren dadurch gelöst, dass das Ablassventil und
das Auslassventil gemeinsam betätigt werden, um durch Öffnen
des Ablassventils und simultanes, vollständiges oder zumindest partielles
Schließen des Auslassventils einen Druckimpuls in der filtrierten
Flüssigkeit zu erzeugen, über den an der Oberfläche
des Filtermittels haftengebliebene Partikel gelöst werden
können, die dann über das Ablassventil aus dem
Gehäuseinnenraum abgeführt werden. Da für
die Erzeugung des Reinigungsimpulses nur kurzfristig ein kombinierter
Schaltvorgang von Ablassventil und Auslassventil benötigt wird,
kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer
sehr kurzen, meist nur wenige Sekunden, insbesondere nur etwa 2
bis 3 Sekunden langen Unterbrechung oder Drosselung der Durchflussrate
arbeiten, wobei der Reinigungsimpuls in der bereits gefilterten Flüssigkeit,
mithin auf der Sauberseite erzeugt wird, und dann von der Sauberseite
zur Schmutzseite durch das Filtermittel im Gegenstrom zur Filtrierrichtung
hindurchtritt, um am Filtermittel anhaftende Partikel zu lösen.
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Bei
der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung sind das Ablassventil
und das Auslassventil mechanisch miteinander bewegungsgekoppelt
und beide werden mit einem gemeinsamen Antrieb betätigt,
wodurch mit geringem Schaltungsaufwand auch äußerst
kurze Schaltintervalle zwischen dem gekoppelten Schließen
und Öffnen des Auslassventils bzw. des Ablassventils erreicht
werden. Besonders vorteilhaft ist, wenn das gemeinsame Schalten
von Ablass- und Auslassventil bei zumindest partiell, vorzugsweise
bei vollständig geöffnetem Einlass erfolgt, denn dann
wird das Filtermittel nicht nur von dem erzeugten Druckimpuls im
Gegenstrom gesäubert, sondern es entsteht zugleich an der
Schmutzseite des Filtermittels eine Querströmung aufgrund
der direkt an der Oberfläche des Filtermittels entlang
zum Schmutzablass abfließenden Flüssigkeit, die
das Lösen der Partikel unterstützt. Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung kann das gemeinsame Schalten eine einzige Veränderung
der Schaltstellung eines Absperrorgans des Auslassventils und eines
Absperrorgans des Ablassventils bewirken, wobei die Absperrorgane
insbesondere aus Ventilkugeln mit Durchgangsbohrung bestehen können.
Alternativ kann beim Schalten die Schaltstellung beider, miteinander
gekoppelter Absperrorgane mehr fach unmittelbar hintereinander verändert
werden, um auf der Sauberseite eine Pulsation mit mehreren Druckimpulsen
im Filtrat zu bewirken. Ob ein oder mehrere Druckimpulse eine höhere
Reinigungswirkung erzielen, hängt insbesondere von der
Schaltdauer zur Änderung der Schaltstellung der Absperrorgane
sowie der Strömungsgeschwindigkeit der zu filternden Flüssigkeit
zwischen Einlass und Filtratauslass ab.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fluid permanent oder
zeitweise mit einer Lichtquelle, insbesondere mit einer UV-Lichtquelle,
bestrahlt werden, um durch das UV-Licht in der Flüssigkeit
und an der Oberfläche des Filtermittels Keime und Kleinstlebewesen,
die sich insbesondere in Wasser befinden können, auf geeignete
Weise abzutöten. Bei der Verwendung einer Lichtquelle oder
UV-Lichtquelle ist besonders vorteilhaft, wenn während
des Bestrahlens Luft, insbesondere Luftbläschen, hinsichtlich
Menge und/oder Luftblasengröße geregelt in einen
Filterkerzeninnenraum einer das Filtermittel als Umfangswand aufweisenden
und von außen mit der zu filtrierenden Flüssigkeit
angeströmten Filterkerze eingeblasen wird. Das Zusammenwirken
der Luftbläschen mit dem UV-Licht kann Radikale wie z.
B. Ozone bilden, die eine zusätzliche Abreinigungswirkung
am Filtermittel hervorrufen. Außerdem führen die
Gas- oder Luftbläschen zu einer Reflektion bzw. Umlenkung
und Verteilung des UV-Lichtes, so dass sich die Einwirkdauer, Einwirkintensität
und Zuverlässigkeit der Bestrahlung der Flüssigkeit
verbessert. Alternativ oder zusätzlich kann, ggf. nur während
des Öffnens des Ablassventils, aber auch permanent Luft,
vorzugsweise Druckluft, oder Gas in den Filterkerzeninnenraum eingeblasen
werden, wodurch im Filterkerzeninnenraum ein turbulentes, zeitlich
inkonstantes Luft-Wassergemisch erzeugt wird, welches, insbesondere
bei geöffnetem Schmutzablassventil, eine zeitlich inkonstante turbulente
Gegenströmung entgegen der Filtrierrichtung erzeugt, die
das Lösen der am Filtermittel anhaftenden Partikel durch
die Kombination von Gegenstrom und Querstrom zusammen mit dem Reinigungsimpuls
nochmals verbessern kann.
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Die
obige Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen
Filtereinrichtung dadurch gelöst, dass das Auslassventil
und das Ablassventil von ei nem gemeinsamen Antrieb betätigbar
sind und derart gekoppelt sind, dass das Ablassventil den Schmutzablass erst öffnet,
wenn das Auslassventil den Filtratauslass zumindest teilweise abgesperrt
hat. Durch die genannte Kopplung der Schaltvorgänge des
Auslassventils und des Ablassventils wird eine Überlagerung einer
Gegenstromspülung von der Filtratseite zur Schmutzseite
und einer Querströmung an der Schmutzseite im Wesentlichen
mit der vollen Fließgeschwindigkeit der zu filtrierenden
Flüssigkeit erreicht, wodurch ein Lösen der Partikel
und somit ein Sauberhalten des Filtermittels auch über
eine lange Betriebsdauer mit verhältnismäßig
geringem Aufwand und fast ohne Unterbrechen des Filtervorgangs möglich
ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Ablassventil und das Auslassventil
jeweils eine Ventilkugel mit Durchgangsbohrung als Absperrorgan
aufweisen, wobei vorzugsweise beide Ventilkugeln über eine
Zwischenwelle drehfest miteinander verbunden sein können.
Schaltventile mit Ventilkugeln können äußerst
schnell betätigt, mit hoher Sicherheit dicht geschlossen
werden und es bestehen selbst bei Verwendung in Wasser, insbesondere
wenn die Ventilkugeln aus Edelstahl bestehen, keine Korrosionsprobleme.
Bei einer mechanischen Kopplung der beiden Ventilkugeln reicht ein
einziger Antrieb aus, um die gekoppelte Bewegung beider Ventile
zu erreichen und eine schnelle Schaltbewegung kann insbesondere
mit einem Pneumatikmotor, aber auch mit Elektromotoren oder anderen
Motoren erreicht werden, wobei bei Verwendung von Motoren der gesamte Schaltvorgang
von einer Schalteinrichtung oder Schaltzentrale aus automatisch
gesteuert werden kann.
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Bei
der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung bildet das Filtermittel
die Umfangswand einer Filterkerze, deren Kerzeninnenraum an den
Filtratauslass angeschlossen ist. Eine entsprechende Ausgestaltung
des Filtermittels ermöglicht selbst bei geringem Bauraum
eine relativ große Filterfläche und insofern bei
kleinem Bauraum des Filters noch ausreichend hohe Durchflussraten.
Besonders vorteilhaft ist, wenn im Gehäuse, um die Umfangswand
der Filterkerze herum, ein Ringraum ausgebildet ist, wobei der Strömungsweg
für die zu reinigende Flüssigkeit hinter dem Einlass
tangential in diesen Ringraum mündet. Die tangentiale Anströmung
des Ringraums, der sich vorzugsweise mit gleichbleibendem Querschnitt
parallel zur Längsachse der Filterkerze erstreckt, mit
der zu filtrierenden Flüssigkeit bewirkt eine Vorabscheidung,
da größere Partikel durch die tangentiale Anströmung
in eine Kreisbewegung versetzt werden und geschwindigkeits- sowie
schwerkraftbedingt zum auslassseitigen Ende des Gehäuses
transportiert oder mitgerissen werden, ohne am Filtermittel ausgefiltert
zu werden und dieses zuzusetzen. Die tangentiale Anströmung
des Ringraums bildet eine Art Zyklon- oder Vorabscheider, um Partikel,
die deutlich größer sind als die Maschenweite des
verwendeten Filtermittels, aus dem Fluid weitestgehend ohne Einwirken
des Filtermittels auszuscheiden. Bei der insbesondere bevorzugten
Ausgestaltung werden senkrecht stehende Filterkerzen verwendet,
bei denen der Einlass vorzugsweise am oberen Ende in den Ringraum
mündet, während am anderen, vorzugsweise unteren
Ende des Ringraums der Schmutzablass angeschlossen ist. Um das Zeitintervall
zwischen zwei Schaltvorgängen für die kombinierte
Schaltung des Auslass- und Ablassventils zu verlängern,
kann dem Schmutzablass eine Sammelkammer für ausgefilterte
bzw. schwerkraftbedingt zum Boden des Ringraums transportierte Partikel
vorgelagert sein.
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Gemäß einer
besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist in der
Filtereinrichtung wenigstens eine Lichtquelle, insbesondere UV-Lichtquelle,
angeordnet, um über das ausgestrahlte Licht, insbesondere
Licht mit einer Wellenlänge im UV-Bereich, im Wasser, oder
in einem zusätzlich eingespeisten Reinigungsgas, Radikale
wie Ozone od. dgl. zu erzeugen, die die Reinigungswirkung unterstützen.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung sieht
vor, dass die UV-Lichtquelle im Filterkerzeninnenraum angeordnet
ist, da aus dem Fluid im Filterkerzeninnenraum die Feststoffpartikel,
aber auch Kleinstlebewesen, bereits ausgefiltert wurden, weswegen
keine Gefahr besteht, dass die Oberfläche der UV-Lichtquelle
durch diese verunreinigt wird. Um eine gleichmäßige
Bestrahlung der Oberfläche des Filtermittels und der Flüssigkeit
zu erreichen, sind vorzugsweise mehrere Lichtquellen, beispielsweise
3 bis 5 UV-Lichtstäbe, im Filterkerzeninnenraum angeordnet.
Für eine zusätzliche manuelle Wartung ist es weiter
vorteilhaft, wenn das Gehäuse oben mit einem Deckel verschlossen
ist, der die Halteeinrichtung für alle im Filterkerzeninnenraum
angeordnete Lichtquellen bildet. Bei mehreren Lichtquel len kann
vorteilhaft sein, zwischen diesen Lochblechstreifen, beispielsweise
sternförmig an der Mittelachse der Filterkerze zusammenlaufende
Lochblechstreifen anzuordnen, um eine sichere Entnahme sämtlicher
Lichtquellen zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann
eine Zufuhreinrichtung für Gas, Luft und/oder Reinigungsmittel
am oberen und/oder unteren Ende der Filterkerze zur Beaufschlagung
des Filterkerzeninnenraums mit Luft oder Gas, insbesondere mit Luft-
oder Gasblasen angeordnet sein. Die Zufuhr kann insbesondere über
Perlatoren erfolgen, welche den zugeführten Gas- oder Luftstrom
in kleine Luftbläschen mit vorzugsweise einstellbarem Durchmesser
umwandelt. Falls die Gaszufuhr nur während des gekoppelten
Schaltvorgangs von Ablass- und Auslassventil erfolgen soll, ist
besonders vorteilhaft, wenn ein Absperrorgan, insbesondere eine
Schaltkugel, zum Öffnen oder Schließen der Luft-
oder Gaszufuhreinrichtung mechanisch mit den Absperrorganen für
das Ablassventil und das Auslassventil oder deren Antrieb gekoppelt
ist. Die Gas- oder Luftblasen sowie ggf. auch das Filtermittel können
das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht reflektieren, um die
Bestrahlungsintensität zu verbessern. Das Filtermittel kann
hierzu mit einer Reflektionsbeschichtung versehen sein.
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Bei
den erfindungsgemäßen Filtereinrichtungen können
grundsätzlich sämtliche Arten von Filtermittel
verwendet werden. Für die Wasserfilterung und die hierfür
eingesetzten Filtereinrichtungen eignen sich in besonders hohem
Maße Filterkerzen, die aus Spaltsiebkerzen mit Spaltsieben
als Filtermittel bestehen, deren Maschenweite z. B. weniger als
0,15 mm (150 microns), vorzugsweise sogar weniger als 0,075 mm (75
Mikrons), insbesondere weniger als 0,05 mm (50 Mikrons) beträgt.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen des Verfahrens sowie einer erfindungsgemäßen
Filtereinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines schematisch in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Filtereinrichtung;
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2 eine
Detailansicht des oberen Bereichs der erfindungsgemäßen
Filtereinrichtung aus 1, teilweise aufgebrochen;
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3 schematisch
eine Schnittansicht entlang III-III in 2;
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4 schematisch
einen Horizontalschnitt durch das untere Ende der Filtereinrichtung
aus 1, teilweise aufgebrochen; und
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5 eine
Detailansicht des unteren Endes einer erfindungsgemäßen
Filtereinrichtung, teilweise aufgebrochen.
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In 1 ist
insgesamt mit Bezugszeichen 50 eine erfindungsgemäße
Filtereinrichtung bezeichnet, deren Hauptanwendungsbereich die Filterung
von Wasser, insbesondere Trinkwasser bildet. Die Filtereinrichtung 50 weist
ein hier aus mehreren lösbar miteinander verbundenen Komponenten
gebildetes und insgesamt mit Bezugszeichen 1 bezeichnetes
Gehäuse mit einem unteren Gehäuseblock 2 und
einem oberen Gehäuseblock 3 auf, die über
eine zylindrische, relativ lange Gehäusewand 6 verbunden
sind. Die beiden Gehäuseblöcke 2, 3 sind über
geeignete Dichtungen und nicht dargestellte Schraub- oder Schweißverbindungen
mit der Gehäusewand 6 zu einer langgestreckten
Filtereinrichtung 50 miteinander verbunden. Im oberen Gehäuseblock 3 ist
ein Einlass 4 ausgebildet, über den zu filtrierende
Flüssigkeit in die Filtereinrichtung 50 einströmt.
Der Einlass 4 kann wahlweise mittels eines Einlassventils 5 partiell
oder vollständig abgesperrt werden, falls z. B. die Filtereinrichtung 50 in
einer Batterie mehrerer entsprechender Filtereinrichtungen angeordnet
ist und vorübergehend aus dem Filterkreislauf entnommen
werden soll. An der Unterseite des unteren Gehäuseblocks 2 ist
ein Ventilblock 8 angeschraubt, der einen Filtratauslass 7 für
filtrierte Flüssigkeit und, in einer parallelen Bohrung
hier rechts neben dem Filtratauslass 7, einen Schmutzablass 9 aufweist.
Zum Ausfiltern von Partikeln, insbesondere Feststoffpar tikeln mit
einer durchschnittlichen Partikelgröße von z.
B. mehr als 50 Mikrons, ist im Gehäuseinnenraum 51 des
Gehäuses 1 eine zylindrische, im gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einer Spaltsiebkerze bestehende Filterkerze 30 angeordnet,
die sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe
der Filtereinrichtung 50 erstreckt und über eine
untere Steckbuchse 31 in einer Stufenbohrung, die Teil
des Filtratauslasses 7 bildet, im Ventilblock 8 abgedichtet
verankert ist. Die zylindrische Umfangswand der Filterkerze 30 wird über
einen Großteil der Länge der Filterkerze 30 von
einem Filtermittel gebildet, welches in 1 schematisch stark
vereinfacht als Längsspalte dargestellt ist und insgesamt
mit Bezugszeichen 31 versehen ist. Eine zu filternde Flüssigkeit,
die über den Einlass 4 in den Gehäuseinnenraum 51 eintritt,
muss entlang des Strömungsweges durch das Filtermittel 31 hindurchströmen,
bevor es als Filtrat aus dem Filtratauslass 7 austreten
kann. Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung 50 kann
im Prinzip mit jeder Art von Filtermittel, insbesondere einem als
Filterkerze ausgebildeten Filtermittel mit geeigneter Maschenweite
von z. B. weniger als 50 microns versehen sein, wobei dem Fachmann
die unterschiedlichsten Ausgestaltungen von Filtermittel bekannt
sind, weswegen hier keine nähere Beschreibung des verwendeten
Filtermittels 31 erfolgt.
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Bereits
aus 1 ist gut ersichtlich, dass dem Filtratauslass 7 im
Ventilblock 8 ein Auslassventil 12 und dass dem
Schmutzablass 9 im Ventilblock 8 ein Ablassventil 13 zugeordnet
ist, wobei beide Ventile 12, 13 jeweils eine Ventilkugel 14 beim
Auslassventil 12 bzw. eine Ventilkugel 11 beim
Ablassventil 13 als Absperrorgan aufweisen, die jeweils
mit einer Durchgangsbohrung versehen sind, durch die nur bei einer
bestimmten Schaltstellung Flüssigkeit hindurchtreten und
zum Filtratauslass 7 bzw. Schmutzablass 9 strömen
kann. Die Ventilkugel 14 des Filtratauslassventils 12 bzw. 11 des
Schmutzablassventils 13 sitzen mit geeigneten Dichtungen
in Aufnahmekäfigen, um in einer Schaltstellung den Durchfluss
zu öffnen und in einer anderen Schließstellung
abzusperren. 1 zeigt hierbei die Ventilkugel 14 des
Filtratauslass 7 in Öffnungsstellung und die Ventilkugel 11 für
den Schmutzablass 9 in Schließstellung.
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Gemäß einem
ersten erfindungsgemäßen Aspekt sind die beiden
Ventilkugeln 11, 14 über eine Zwischenwelle 15 drehfest
miteinander gekoppelt. Mit der Ventilkugel 11 des Ablassventils 13 steht
die Abtriebswelle 10 eines Antriebs 16 in Verbindung,
der seitlich am Ventilblock 8 angeflanscht ist und beispielsweise
aus einem äußerst schnell arbeitenden Pneumatikantrieb,
aber auch einem Hydraulik- oder Elektroantrieb bestehen könnte.
Durch eine Schaltbewegung des Antriebs und ein Drehung der Abtriebswelle 10 um
90° können das Ablassventil 13 und das
Filtratauslassventil 12 simultan derart betätigt
werden, dass ein Schließen des Auslassventils 12 zeitgleich
mit einem Öffnen des Schmutzablassventils 9 bzw.
umgekehrt erfolgt. Je nach Größe der Durchgangsbohrung
in den Ventilkugeln 11, 14, wobei im gezeigten
Ausführungsbeispiel beide Ventilkugeln denselben Bohrungsdurchmesser
aufweisen, kann eingestellt werden, dass zuerst der Filtratauslass 7 weitestgehend
geschlossen wird, bevor der Schmutzablass 9 öffnet.
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Im
laufenden Betrieb der Filtereinrichtung 50 durchströmt
das zu filtrierende Wasser mit einer Durchflussmenge von beispielsweise
bis zu 15 m3/h den Gehäuseinnenraum 51,
wobei das Wasser über den Einlass 4 vorzugsweise
tangential, wie noch erläutert werden wird, in einen Ringraum 33 eintritt,
der zwischen der von dem Filtermittel 31 gebildeten Umfangswand
der Filterkerze 30 und der Innenseite der Gehäusewand 6 ausgebildet
ist, und dann, nachdem es bei geöffnetem Filtratauslass 7 durch
das Filtermittel 31 hindurchtritt, über diesen
als gefiltertes Wasser, mithin als Filtrat, austritt. Durch den
permanenten Filtervorgang werden Partikel an der Außenseite
der von außen nach innen durchströmten Filterkerze 30 zurückgehalten.
Die meisten an der Oberfläche des Filtermittels auf der
Schmutzseite zurückgehaltenen Partikel werden allmählich
schwerkraftbedingt sowie durch die Fließrichtung der Flüssigkeit auch
strömungsbedingt zum Boden des Filterinnenraums 51 bzw.
Ringraums 33 absinken. An der Unterseite des unteren Gehäuseblocks 2 ist
eine aus einer ovalen Aussparung bestehende Sammelkammer 20 als
Totraum ausgebildet, welche dem Schmutzablass 9 vorgelagert
ist, um dort die ausgefilterten Partikel vorübergehend
zu sammeln. Falls nun automatisch oder über eine Differenzdruckanzeige 52 erkannt wird,
dass die Durchflussrate der Filtereinrichtung 50 wegen
einer zu starken Verschmutzung des Filtermittels 31 sinkt,
werden mit dem Antrieb 16 die Schaltstellungen der Ventilkugeln 11, 14 derart
gekoppelt verändert, dass, vorzugsweise bei weiterhin vollständig
geöffnetem Einlassventil 5, eine kurzfristige,
etwa zwischen 2 und 4 Sekunden andauernde Unterbrechung des Flüssigkeitsdurchflusses
durch den Filtratauslass 7 auftritt, und stattdessen kurzfristig
der Schmutzablass 9 geöffnet wird. Da die Fließgeschwindigkeit
des zu filternden Wassers in der Filtereinrichtung 50 vorzugsweise
etwa 2–4 m/s beträgt und mithin relativ hoch ist,
entsteht durch das kurzfristige Absperren des Filtratauslasses 7 bzw.
Drosseln der Durchflussrate ein Druckimpuls im Filterkerzeninnenraum
(32, 4) der Filterkerze 30,
durch den entgegen der Filtrierrichtung ein Lösen, insbesondere
Absprengen solcher Partikel erzielt wird, die an der Oberfläche
des Filtermittels an der Schmutzseite, d. h. hier an der äußeren
Oberfläche, haften geblieben sind. Gleichzeitig tritt,
da mit der Schließbewegung des Filtratauslass 7 zugleich
der Schmutzablass 9 geöffnet wird, eine Strömung
mit hoher Fließgeschwindigkeit im Ringraum 33 parallel zur
Achse der Filterkerze 30 auf, die als Querströmung
die Oberfläche des Filtermittels 31 an dessen Schmutzseite
abreinigt und den Löseeffekt und den Abtransport der Partikel
unterstützt. Durch das Vorhandensein der Vorkammer 20 vor
dem Schmutzablassventil 13 kann eine zusätzliche
Verzögerung zwischen dem Rücklaufen des Druck-
bzw. Reinigungsimpulses von dem geschlossenen Filtratauslass durch
die Filterkerze 30 zum Einlass 4 und dem Erzeugen
einer Querströmung parallel zur Filterachse entstehen.
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Da
die erfindungsgemäße Filtereinrichtung 50 insbesondere
zur Reinigung von Wasser oder Trinkwasser vorgesehen ist und bei
Trinkwasser gewährleistet sein muss, dass auch durch die
Filtereinrichtung keine Bakterien oder Keime in das Wasser übertragen
werden, wobei die Problematik der Keim- und Bakterienbildung mit
einer geringeren Maschenweite des Filtermittels 31 erheblich
zunehmen kann, sind im Filterkerzeninnenraum 32 der Filterkerze 30 im
gezeigten Ausführungsbeispiel drei UV-Lichtröhren 40 angeordnet,
mit denen permanent während des gesamten Filtervorgangs,
ggf. allerdings auch nur für einen kurzen Zeitraum z. B.
während des Schaltens der Ventile 12, 13, das
Fluid und das Filtermittel 31 mit einem Licht geeigneter
Wellenlänge, insbesondere UV-Licht, bestrahlt werden, um
hierdurch Bakterien und Keime sicher abzutöten. Die Anordnung
der UV-Lichtquellen 40 innerhalb der Filtereinrichtung 50 wird
nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 bis 4 erläutert.
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Insbesondere
die Schnittansichten in 3 durch den oberen Gehäuseblock 3 und
in 4 partiell durch den unteren Gehäuseblock 2 bzw.
den Ventilblock 8 lassen die drei jeweils um 120° versetzt zueinander
angeordneten Lichtröhren 40 im Filterkerzeninnenraum 32 der
Filterkerze 30 erkennen. Die oberen Enden aller drei Lichtröhren 40 sind
in einem Deckel 17 verankert, der lösbar von oben
auf den oberen Gehäuseblock 3 aufgesetzt ist und
zugleich die Elektroanschlüsse für die Lichtröhren 40 aufweist.
Auf der Mittelachse M der Gehäusewand 6 bzw. der
gesamten Filtereinrichtung 50 ist eine an beiden Enden
mit einem Gewinde versehene Stange 18 angeordnet, die oben
mittig zwischen den drei Lichtröhren 40 in den
Gehäusedeckel 17 eingeschraubt ist und auf deren
unteren, freien Abschnitt eine Mutter 28 aufgeschraubt
ist, die über eine Zwischenscheibe 19 die unteren,
freien Enden der Lichtröhren 40 gegen den Deckel 17 vorspannt.
An der Stange 18 sind, wie aus den 2 bis 4 besonders
deutlich ersichtlich ist, insgesamt drei Blechstreifen 22 aus
einem Lochblech od. dgl. derart angeschweißt, dass die
einzelnen Blechstreifen 22 radial nach außen verlaufen
und zusammen mit der Stange 18 einen im Querschnitt sternförmigen
Trennkörper mit drei getrennten Kammern für eine
geschützte Aufnahme der drei Lichtröhren 40 innerhalb
der Filterkerze 30 bilden. Die Blechstreifen 22 können
außen am Filtermittel 31 verankert sein, so dass
die Filterkerze 30 zusammen mit den Lichtröhren 40 und dem
Deckel 17 aus der Filtereinrichtung 50 entnommen
werden kann, oder sie liegen mit Abstand zum Filtermittel, so dass
die Lichtröhren zusammen mit dem Deckelteil 17,
welches eine Halteeinrichtung für die Lichtröhren 40 bildet,
entnommen werden können, während die Filterkerze 30 in
Position verbleibt. Die Wirkungsweise des UV-Lichtes der Lichtröhren 40 ist
besonders hoch, wenn das Filtermittel 31 mit einer das
Licht bzw. das UV-Licht reflektierenden Beschichtung (nicht gezeigt)
versehen ist. Durch Bestrahlen des Wassers mit UV-Licht können
Radikale od. dgl. gebildet werden, die stark flüchtig sind,
zugleich aber Keime und Bakterien an der Oberfläche des
Filtermittels 31 und in der Flüssigkeit ablösen und/oder
abtöten.
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Unterhalb
der Lichtröhren 40, oberhalb des Filtratauslassventils 12,
ist ein Siebblech 21 angeordnet, das bei einem Brechen
einer der Lichtröhren die Scherben in der Filtereinrichtung
zurückhält. Das Anordnen der Lichtröhren 40 im
Filterkerzeninnenraum 32 der Filterkerze 30 bildet
eine erste, wahlweise vorsehbare zusätzliche Maßnahme,
um das Filtermittel 31 abzureinigen, falls der Druckimpuls,
der beim simultanen Schalten von Auslass- und Ablassventil 12, 13 entsteht,
kein vollständiges Lösen der Partikel bewirkt.
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Zur
Verbesserung der Reinigungswirkung mit der Lichtquelle ist die erfindungsgemäße
Filtervorrichtung 50 im gezeigten Ausführungsbeispiel
sowohl im Bereich des oberen Gehäuseblocks 3 als auch
im Bereich des Ventilsblocks 8 sowohl mit einer oberen
Zufuhreinrichtung 60 als auch mit einer separaten, unteren
Zufuhreinrichtung 61 für Luft, Gas und/oder Reinigungsfluid
versehen. Die obere Zufuhreinrichtung 60 ist über
einen Schraubanschluss 63 am oberen Ende des oberen Gehäuseblocks 3 und die
untere Zufuhreinrichtung 61 ist über einen Schraubanschluss
knapp oberhalb des Aufnahmesitzes für die Ventilkugel 14 am
Gehäuseblock 8 angeschraubt. Über beide
Zufuhreinrichtungen 60, 61 kann ein Gas, insbesondere
Luft, in den Filterkerzeninnenraum 32 eingespeist werden.
Hierzu ist, wie der 2 gut entnommen werden kann,
im Deckel 17, im Montagezustand fluchtend mit dem Schraubanschluss 63 im
Gehäuseblock 2 für die obere Zufuhreinrichtung 60,
wenigstens eine Querbohrung 23 vorgesehen, welche einströmendes
Gas durch den Deckel 17 hindurch unmittelbar in den Filterkerzeninnenraum 32 der
Filterkerze 30 überströmen lässt.
Anstelle mehrerer Querbohrungen 23, die eine exakt ausgerichtete
Montage des Deckelteils 17 erfordern, kann am Deckel auch
ein umlaufender Ringraum ausgebildet sein, der über ggf.
nur eine Querbohrung 23 in den Endbereich des Filterkerzeninnenraum 32 mündet.
Die am Schraubanschluss 63 angeschlossene Zufuhreinrichtung
kann mit einem Perlator oder einer geeigneten Düse versehen
sein, damit die zugeführte Luft oder das zugeführte
Gas nur als kleine Luftblasen in den normaler weise vollständig
mit der zu reinigenden Flüssigkeit gefüllten Innenraum
der Filtereinrichtung 50 eintritt. Die Luftblasen oder
der Gasstrom wird durch das mit hoher Geschwindigkeit in den Einlass 4 eintretend
Fluid bläschenweise mitgerissen, wodurch ein turbulentes
Luft-Wassergemisch im Filterkerzeninnenraum 32 entsteht,
welches nicht nur bei dem Druckimpuls, der durch Schließen des
Filtratauslasses kurzfristig aufgebaut wird, sondern ggf. auch permanent
eine Reinigungswirkung am Filtermittel entfalten kann. Hinzu kommt,
dass das UV-Licht innerhalb des Gases bzw. der Gasbläschen
Radikale oder andere Spaltprodukte erzeugen kann, welche Keime an
der Oberfläche des Filtermittels 31 wirkungsvoll
abtöten. Außerdem können die Gasblasen
das UV-Licht reflektieren und hierdurch besser verteilen. Das Zuführen
von Luft oder Gas kann wahlweise nur über die obere Zufuhreinrichtung 60,
nur über eine untere Zufuhreinrichtung 61 oder auch
simultan über beide Zufuhreinrichtungen 60, 61 erfolgen
und der Gasstrom kann permanent, oder aber nur kurzfristig, wenn
der Druckimpuls aufgebaut werden soll, zugeführt werden.
Dieselben Zufuhreinrichtungen 60, 61 oder weitere,
umfangsversetzt angebaute Zufuhreinrichtungen können auch
dazu genutzt werden, durch einen Druckluftstoß einen zusätzlichen
Reinigungsimpuls aufzubauen – wie an sich bei der Rückspülung
von Filtereinrichtungen bekannt. Ferner können die weiteren
oder die beiden gezeigten Zufuhreinrichtungen 60, 61 auch
mit zusätzlichen Anschlüssen (nicht dargestellt)
für Reinigungsflüssigkeiten oder Waschlösungen
versehen sein, um den gesamten Gehäuseinnenraum 51 der Filtereinrichtung 50 mit
einer Waschflüssigkeit wie z. B. einer Essigsäure
od. dgl. zu füllen. Dies ermöglicht eine Reinigung
der gesamten Filtereinrichtung 50 und insbesondere des
Filtermittels 31 der Filterkerze 30 mit geeigneten
Reinigungsflüssigkeiten, ohne dass die Filterkerze 30 demontiert
werden muss. Eine derartige Reinigungsmöglichkeit wird
auch als CIP-Reinigung (clean in place) bezeichnet. Die Zufuhreinrichtungen
können insbesondere Magnetventile zum Wahlweisen, ggf.
geregelten Unterbrechen der Luft- oder Gaszufuhr umfassen.
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Die
Luftzufuhr der über die untere Zufuhreinrichtung 61 zugeführten
Luft erfolgt über eine oder mehrere Mündungsöffnungen 64 im
Auslassbereich des Filtratauslasses 7 oberhalb des Auslassventils 12.
Ent sprechende Luftaustrittsöffnungen 64 können, wie
auch 4 andeutungsweise zeigt, umfangsverteilt angeordnet
sein, um im Filterkerzeninnenraum 32 gleichmäßig
jede Aufnahmekammer für eine der Lichtröhren 40 und/oder
die gesamte Innenfläche des Filtermittels 31 mit
einem Gasstrom von z. B. aufsteigenden Luftbläschen bedecken
zu können.
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Eine
vom Schaltungsaufwand her besonders einfache Ausgestaltung, um die
Luftzufuhr mit dem Schalten der Ventilkugeln 11 des Ablassventils 13 bzw.
der Ventilkugeln 14 des Auslassventils 12 zu kombinieren,
zeigt 5, in welcher nicht nur die beiden Ventilkugeln 11, 14 mechanisch über
eine (hier nicht gezeigte) Zwischenwelle gekoppelt sind, sondern
außerdem noch eine dritte Schaltkugel 65 mit der
Ventilkugel 14 für den Filtratauslass bewegungsgekoppelt
ist, so dass die Luftzufuhr tatsächlich nur dann in den
Filterkerzeninnenraum 32 der Filterkerze 30 erfolgen
kann, wenn die Schaltstellung der beiden Ventile 12, 13 durch
den Antrieb betätigt wurde. Abweichend vom vorherigen Ausführungsbeispiel
erfolgt hier die Druckluftzufuhr ggf. nur über einen einzigen
Druckluftanschluss 66. Dieser kann, stromabwärts
hinter der Schaltkugel 65, über einen oder mehrere
Verzweigungskanäle 67 nicht nur unten in den Filterkerzeninnenraum 32 sondern
auch oben in den Filterkerzeninnenraum 32 münden,
falls z. B. eine den Ventilblock 8 mit dem oberen Gehäuseblock verbindende
Leitung (nicht gezeigt) vorgesehen wird. Alternativ könnte
natürlich der Schaltvorgang der Ventilkugel 65 auch
von dem Schaltvorgang der anderen beiden Ventilkugeln entkoppelt
werden, um Luft oder Gas zu beliebigen Zeitpunkten zuführen
zu können.
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3 veranschaulicht
besonders deutlich die tangentiale Anströmung des Ringraums 33 im Strömungsweg
der zu reinigenden Flüssigkeit hinter dem Einlass 4 im
oberen Gehäuseblock 3. Da das gesamte zuströmende
Wasser tangential mit hoher Geschwindigkeit in den Ringraum 33 eintritt,
werden insbesondere schwerere oder größere Partikel
gar nicht erst von dem Filtermittel 31 ausgefiltert, sondern
diese Partikel erhalten durch die Strömungsgeschwindigkeit
und die Schwerkraft einen Kraftvektor, der sie im Prinzip bis zum
Boden der Filtereinrichtung 50, mithin bis zum Sammelraum
(20, 4), in Bewe gung hält,
ohne dass diese Partikel dazu neigen, sich überhaupt an
der Außenwand des Filtermittels 31 abzulagern.
Das Filtermittel 31 kann sich daher beispielsweise auch
nur über etwa 2/3 bis 4/5 der Länge der Filterkerze 30 erstrecken,
und der untere Abschnitt der Filterkerzenwand ist – wie
gezeigt- geschlossen. Dies erhöht zugleich die notwendige Fließlänge
für das Filtrat an den Lichtröhren 40 vorbei,
um die Lichteinwirkung über einen ausreichend langen Weg
sicherzustellen und keime im Filtrat abzutöten.
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Für
den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche
Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhängenden
Ansprüche fallen sollen. Es versteht sich, dass die Gas- oder
die Druckluftbeaufschlagung vollständig entfallen könnte
und/oder das Einblasen der Druckluft annähernd beliebig,
ggf. auch unterhalb des Einlasses erfolgen könnte, um eine
bessere Durchmischung der Luftblasen einerseits und des Wassers
andererseits zu erreichen. Zur Erzielung eines Druckimpulses zur
Reinigung der Filterwand kann ein einmaliges Schließen
des Filtratauslasses und gleichzeitiges Öffnen des Schmutzablassventils
ausreichen. Die beiden Ventilkugeln können allerdings auch
mit Schnellschalteinheiten mehrfach kurz hintereinander geschaltet
werden, oder sie werden fortlaufend in eine Richtung gedreht, um
Pulsation in der Flüssigkeit zu erreichen. Durch Einstellen
der Schaltgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit der Ventilkugeln
kann der Reinigungseffekt der Druckimpulse verbessert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10151864
B4 [0002]
- - DE 10151864 [0002]