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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Filtersystem zur Filterung von
verunreinigten Flüssigkeiten,
wie beispielsweise Abwasser, insbesondere Grau- und/oder Niederschlagswasser, mit einem
im Wesentlichen rotationssymmetrischen Filterelement, insbesondere
in Form eines Filternetzes aus Metall, z. B. Lochblech und/oder
Kunststoffgewebe, mit einer oberen Einlassöffnung für die Flüssigkeit sowie einem unteren
Auslass für
das Retentat.
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Filtersysteme,
insbesondere zur Filterung von leicht verschmutztem Abwasser, wie
beispielsweise Grau- und/oder Niederschlagswasser, sind bereits
hinlänglich
bekannt. Diese dienen in vielen Fällen einer Vorreinigung und
können
daher beispielsweise einer weiteren Reinigungsstufe vorgeschaltet sein.
Bekannt sind hierbei Rohrfilter aber auch so genannte Filterkörbe, wobei
hier zurückgehaltene
Feststoffe in bestimmten Zeitabständen meist manuell entfernt
werden müssen.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Filtersystem vorzuschlagen,
das vorrangig der Entfernung von Feststoffen aus leicht bis mittelmäßig verschmutzten
Abwässern
dient, wobei eine manuelle Reinigung der Filterfläche möglichst
minimiert werden soll, ohne auf eine zuverlässige Filterung des Abwassers
auch bei längerer
Betriebszeit verzichten zu müssen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch,
dass das Filterelement mit einer Drehachse und wenigstens einem
Flügelelement
in Verbindung steht. Das wenigstens eine Flügelelement ist dabei derart
angeordnet, dass das in das Filterelement einströmende Abwasser wenigstens teilweise
auf die Flügelfläche des
Flügelelements
trifft und somit eine entsprechende Kraftkomponente auf das Filterelement überträgt. Ist
das Flügelelement
zudem entlang der Mantelfläche
des im Wesentlichen rotationssymmetrischen Filterelements angeordnet,
so setzt sich das Filterelement, das mit Hilfe der Drehachse frei drehbar
ist, in eine entsprechende Drehung. Durch diese Drehbewegung kommt
während
des Filtervorgangs stets ein neuer Bereich der Filterfläche mit dem
zuströmenden
Abwasser in Kontakt, so dass die Filterfläche gegenüber einem drehfest angeordneten Filterelement
signifikant vergrößert werden
kann. Während
der Drehung rutscht das Retentat schließlich bedingt durch die Schwerkraft
kontinuierlich in Richtung des Auslasses, so dass wiederum eine
freie Filterfläche
freigegeben wird. Während
eine kegelstumpfförmige
Ausgestaltung des Filterelements bevorzugt wird, können jedoch
auch Filterelemente zum Einsatz kommen, die eine davon abweichende Form
aufweisen. So wäre
beispielsweise eine Ausgestaltung denkbar, bei welcher der dem Einlass
zugewandte Abschnitt zylinderförmig
und der an den Auslass anschließende
Abschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet
ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Filterelement die Form eines Kegelstumpfes
aufweist, wobei die im Betrieb nach oben gerichtete Grundfläche des
Kegelstumpfes die Einlassöffnung
und die gegenüberliegende
Deckfläche
den Auslass bilden. Strömt
das Abwasser im oberen Bereich zu, so ergibt sich durch die Kegelstumpfform
eine möglichst
große Mantel-
und damit Filterfläche.
Im unteren Bereich ist hingegen eine Trichterwirkung erwünscht, um
die zurückgehaltenen
Fremdstoffe gezielt in eine entsprechende Auffangöffnung,
beispielsweise in Form eines Rohres, abführen zu können. Zudem wird durch die
Kegelstumpfform sichergestellt, dass das von oben einströmende Abwasser
zuverlässig
auf die schräg
gestellte Mantelfläche
des Kegelstumpfes trifft und somit nicht ungefiltert in den Auslass
gelangen kann.
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Auch
ist es von Vorteil, wenn das Filterelement zur Versteifung Rahmenelemente
und/oder Zwischenstreben aufweist. Insbesondere bei einem hohen
Flüssigkeitsdurchsatz
oder auch bei Flüssigkeiten,
die gröbere
Verunreini gungen, wie beispielsweise Steine, mit sich führen, wird
hierdurch die notwenige Stabilität
des Filterelements sichergestellt. Die Rahmenelemente und Zwischenelemente
sind vorteilhafterweise aus Metall oder einem festen Kunststoff
gefertigt und werden je nach Form des Filterelements und der zu
erwarteten Belastung der zu filternden Flüssigkeit mit der eigentlichen
Filterfläche oder
auch untereinander verbunden, beispielsweise verschraubt, verschweißt oder
verklebt. Als eigentliche Filterfläche kommen Metall- oder Kunststoffnetze bzw.
-gewebe bzw. entsprechende Lochbleche zum Einsatz, deren Maschenweite
vom Betreiber entsprechend der zu filternden Flüssigkeit gewählt werden kann.
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Ebenso
bringt es Vorteile mit sich, wenn das wenigstens eine Flügelelement
mit einem Rahmenelement und/oder einer Zwischenstrebe in Verbindung steht.
Hieraus ergibt sich eine stabile Befestigung, so dass die Flügelelemente
die zur Drehung notwendige Kraft aufnehmen können, ohne dass es zu einer
Beschädigung
oder Verformung der eigentlichen Filterfläche kommt.
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Vorteilhaft
ist zudem, wenn die Drehachse über
ein Lager, wie beispielsweise ein Kugel-, Gleit- oder Wälzlager
und/oder ein Magnetlager, mit einer Halterung in Verbindung steht.
Hierdurch kann das Filterelement an beliebiger Stelle und zudem
auch nachträglich
installiert werden. Die Halterung ist dabei dem Einsatzort, beispielsweise
einem Abwasser-Dom, angepasst und dient der sicheren Fixierung des
Filtersystems. Die Zwischenschaltung des Lagers ermöglicht schließlich eine
reibungsarme Drehung des Filterelements gegenüber der starren Halterung.
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Vorteilhafterweise
ist das wenigstens eine Flügelelement
an der Außenseite
des Filterelements angeordnet und erstreckt sich insbesondere über das an
die Grundfläche
anschließende
erste Drittel des Filterelements oder dessen gesamte Längsausdehnung
zwischen der Einlassöffnung
und dem Auslass. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich in der Flüssigkeit
mitgeführte Feststoffe
an den Flügelelementen
festsetzen. Dennoch gelangt genügend
Permeat durch die Filterfläche,
um eine zur Drehung des Filterelements notwendige Kraft auf die
Flügelelemente
zu übertragen.
Da der Großteil
des Permeats bereits kurz nach dem Auftreffen der Flüssigkeit
und somit im oberen Drittel des Filterelements durch die Filterfläche tritt,
ist die Anordnung der Flügelelemente
in diesem oberen Drittel besonders vorteilhaft.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das
wenigstens eine Flügelelement als
Quer- oder Längssteg
ausgebildet und innerhalb des Filterelements und insbesondere senkrecht
zur Drehachse des Filterelements oder zwischen Einlassöffnung und
Auslass verläuft.
Der Quersteg verleiht dem Filterelement eine erhöhte Stabilität und kann gleichzeitig
die von außen
angeordneten Flügelelemente
ergänzen
oder auch ersetzen.
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Hierbei
ist es besonders vorteilhaft, wenn der Quersteg im Bereich der Einlassöffnung angeordnet ist,
da hier die radiale Belastung durch das von oben auftreffende Wasser
am höchsten
ist. Dem Rechnung tragend kann in diesem Bereich durch die Anordnung
der Querstege eine besonders hohe Steifigkeit des Filterelements
sichergestellt werden. Zudem kann hier auch die größte Kraft
von der Flüssigkeit auf
die Querstege, welche in diesem Fall die Funktion der Flügelelemente übernehmen
können, übertragen werden.
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Besondere
Vorteile bringt es mit sich, wenn der Quersteg wenigstens eine abgeschrägte Aufprallfläche für die Flüssigkeit
aufweist. Der Quersteg wirkt in diesem Fall ähnlich einem Propeller und
erzeugt auf diese Weise auch bei niedrigen Einströmgeschwindigkeiten
der zu filternden Flüssigkeit
eine ausreichende Drehbewegung des Filterelements. Die Aufprallflächen können hierbei
je nach Einsatz des Filtersystems mehr oder weniger steil gewählt bzw.
eingestellt werden, so dass die Drehgeschwindigkeit des Filterelements
in gewissen definierten Grenzen festgelegt werden kann.
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Hierbei
ist es von besonderem Vorteil, wenn das Filterelement über einen
oder mehrere, insbesondere zwei sich kreuzende, Querstege mit der Drehachse
verbunden ist. Dies erhöht
neben der wirksamen Aufprallfläche
auch die Stabilität
des Filterelements. Die Querstege werden dabei wiederum mit den
Rahmenelementen oder den Zwischenstreben verbunden und weisen an
ihrem Kreuzungspunkt ein Verbindungselement für die Drehachse auf. Die Drehachse
kann hierbei auch als Gewindestange ausgebildet sein, die beispielsweise
direkt mit einem Gewinde am Kreuzungspunkt der Querstege zusammenwirkt.
Denkbar ist aber auch, die Gewindestange fest mit dem Kreuzungspunkt
und sodann über
ein entsprechendes Gewinde oder eine aufgesetzte Mutter mit der
Halterung zu verbinden. Durch die Gewindestange lässt sich
schließlich
der Abstand zwischen Filterelement und Halterung stufenlos einstellen,
so dass auch ein nachträglicher
Einbau des Filtersystems in bestehende Anlagen problemlos möglich ist.
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Auch
ist es äußert vorteilhaft,
wenn im Bereich des Auslasses des Filterelements ein Abtropfring,
insbesondere in Form eines nach unten geöffneten Schirmes oder Pyramidenstumpfes,
angeordnet ist. Hierdurch wird verhindert, dass sich das Permeat, das
bereits durch die Filterfläche
getreten ist, wieder mit dem durch den Auslass abgeführten Retentat
vermischt. Der Abtropfring sollte hierfür einen größeren Durchmesser aufweisen,
als eine unterhalb des Auslasses angeordnete Auffangvorrichtung,
welche der Abfuhr des Retentats dient.
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Ebenso
kann es von großem
Vorteil sein, wenn dem Filterelement an seiner Außenseite
wenigstens eine Spritzdüse,
insbesondere in Form einer Spritzdüsenleiste, zugeordnet ist.
Dies erlaubt ein Rückspülen des
Filterelements und damit eine zuverlässige und gründliche
Reinigung der Filterfläche. Während im
Normalbetrieb bereits ein Großteil
des Retentats allein durch die Schwerkraft in Richtung Auslass rutscht,
kann es insbesondere bei haarigen oder fettigen Rückständen immer
wieder zu Anlagerungen derselben an die Filterfläche kommen. In diesem Fall
ermöglicht
der Betrieb der Spritzdüsen,
die beispielsweise mit heißem
Wasser, Luft oder auch einem Gas-Flüssigkeitsgemisch gespeist werden
können,
eine zuverlässige
Reinigung der Filterfläche
und gewährleistet
so einen möglichst
wartungsfreien Betrieb des Filtersystems. Um auch während des
Rückspülvorgangs
eine Drehung des Filterelements sicherzustellen, werden die Spritzdüsen vorteilhafterweise
tangential bezüglich
der Filterfläche
angeordnet. Zusätzlich
oder alternativ können
die Spritzdüsen
selbstverständlich
auch derart angeordnet werden, dass auch sie eine Kraft auf die
Flügelelemente ausüben und
hierdurch die gewünschte
Drehung des Filterelements bewirken. Auch eine Ausrichtung der Spritzdüsen entgegen
der Drehrichtung des Filterelements hat sich bewährt, um eine möglichst
gründliche
Rückspülung der
Filterfläche
zu gewährleisten.
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Vorteile
bringt es zudem mit sich, wenn dem Filterelement wenigstens eine
in Richtung Auslass gerichtete Düse
zugeordnet ist zum Einbringen von Gas und/oder Flüssigkeit.
Durch den Einsatz einer derartigen Düse kann auf einfache Weise
verhindert werden, dass nach unten sinkende Feststoffe ein Verstopfen
des Auslasses hervorrufen. Dies ist insbesondere dann von erheblichem
Vorteil, wenn der Auslass Querstreben, beispielsweise zur Befestigung
der Drehachse, aufweisen sollte. Auch kann die Düse ein Herabrutschen der an
der Mantelfläche
des Filterelements festsitzenden Feststoffe begünstigen, so dass das Filterelement
seltener gereinigt werden muss. Die Düse kann dabei periodisch oder
auch im Dauerbetrieb betrieben werden.
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Nicht
zuletzt ist es vorteilhaft, wenn dem Filterelement im Bereich der
Einlassöffnung
ein Einlaufstutzen für
die zu filternde Flüssigkeit
zugeordnet ist, der im Wesentlichen tangential zur Grundfläche des Filterelements
verläuft.
Hierdurch trifft die Flüssigkeit in
einem für
die Drehbewegung des Filterelements günstigen Winkel auf die Flügelelemente,
so dass auch bei geringem Volumenstrom der zu filternden Flüssigkeit
eine zuverlässige
Drehung des Filterelements gewährleistet
ist.
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Weitere
Vorteile der Erfindung sind im Zusammenhang mit den nachfolgenden
Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filtersystems, und
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2 eine
weitere perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filtersystems.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filtersystems. Dieses umfasst
ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Filterelement 1,
welches vorteilhafterweise aus einem Filternetz aus Metall und/oder
Kunststoffgewebe mit einer entsprechend der zu filtrierenden Flüssigkeit
ausgewählten
Maschenweite besteht.
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Um
das Filternetz in seiner Form zu stabilisieren, sind im Bereich
der Einlassöffnung 2 für die Flüssigkeit
sowie des Auslasses 3 ringförmige Rahmenelemente 4 bzw.
im Bereich der Mantelfläche entsprechende
Zwischenstreben 5 angeordnet.
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Die
Flüssigkeit
strömt
im Betrieb des Filtersystems über
einen Einlaufstutzen 6, der mit einem entsprechenden Flüssigkeitstank
oder auch einer Abwasserleitung in Verbindung steht. Um eine möglichst
hohe Kontaktfläche
der Flüssigkeit
mit der Filterfläche
zu gewährleisten,
ist der Einlaufstutzen 6 bezüglich der Grundfläche des
kegelstumpfförmigen Filterelements 1 tangential
angeordnet.
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Das
Filtrat strömt
schließlich
auf die Filterfläche,
wobei das Permeat diese passiert und teilweise auf an der Außenfläche des
Filterelements 1 angeordnete Flügelelemente 7 trifft.
Hierdurch entsteht eine tangential wirkende Kraftkomponente, die
das mit einer Drehachse 8 in Verbindung stehende Filterelement 1 in
Drehung versetzt. Die Drehachse 8 steht wiederum mit einer
entsprechenden, beispielhaft in 2 gezeigten,
Halterung 9 in Verbindung. Die Drehung des Filterelements 1 bewirkt
schließlich,
dass die Flüssigkeit
stets mit einer neuen Stelle des Filternetzes in Verbindung kommt,
so dass die wirksame Filterfläche
signifikant vergrößert werden
kann, da das Retentat während
einer Drehung des Filterelements 1 zum großen Teil
nach unten rutscht und somit wiederum eine freie Filterfläche freigibt.
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Das
Retentat verlässt
das Filterelement 1 schließlich aufgrund der Schwerkraft
durch den Auslass 3 und gelangt in eine schematisch dargestellte Auffangöffnung 10,
die mit einer entsprechenden Austragvorrichtung, beispielsweise
einem Schneckenförderer,
in Verbindung stehen kann. Um den Austrag zu forcieren und einen
Rückstau
des Retentats im Bereich des Auslasses 3 zu vermeiden,
kann das Filtersystem eine Düse 11 aufweisen,
die entweder kontinuierlich oder auch periodisch Luft, Permeat,
eine sonstige Flüssigkeit
oder auch ein Gas-Flüssigkeitsgemisch
in Richtung des Auslasses 3 pumpt.
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Um
zu verhindern, dass das das Filternetz passierende Permeat ebenfalls
in die Auffangöffnung 10 unterhalb
des Filterelements 1 gelangt, weist dieses im Anschluss
an den Auslass 3 einen Abtropfring in Form eines nach unten
geöffneten
Schirms 12 auf, dessen unterer Durchmesser größer ist
als der Durchmesser der Auffangöffnung 10.
Selbstverständlich
kann der Auslass 3 des Filterelements 1 auch direkt
mit der Auffangöffnung 10 oder
aber auch einem entsprechenden Rohr in Verbindung stehen, so dass
auf den Abtropf ring verzichtet werden kann. Hierbei ist jedoch stets
eine freie Drehung des Filterelements 1 gegenüber dem
anschließenden
Bauteil zu gewährleisten.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filtersystems.
Abweichend von 1 weist das Filterelement 1 im
Bereich der Einlassöffnung 2 Querstege 13 auf,
die als Flügelelemente 7 dienen, wobei
selbstverständlich
auch an der Außenseite
des Filterelements 1, wie in 1 gezeigt,
weitere Flügelelemente 7 angebracht
sein können.
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Strömt die zu
filternde Flüssigkeit über den der Übersicht
halber nicht gezeigten Einlaufstutzen 6 in das Filterelement 1,
so kommt es mit den Querstegen 13 in Kontakt. Diese weisen
jeweils eine abgeschrägte
Aufprallfläche 14 auf,
die schließlich ähnlich einem
Propeller für
eine entsprechende Drehbewegung des Filterelements 1 sorgen.
Die Querstege 13, von denen selbstverständlich auch nur einer oder mehr
als die gezeigten zwei vorhanden sein können, sind wiederum mit der
Drehachse 8 verbunden. Diese ist schließlich über ein Lager 15,
beispielsweise einem Kugel- oder Wälzlager und/oder einem Magnetlager
mit einer schematisch dargestellten Halterung 9 verbunden,
so dass sich das Filterelement 1 frei gegenüber der
fixierten Halterung 9 drehen kann, ohne dass ein zusätzlicher
Antrieb nötig
ist.
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Um
den Abstand des Filterelements 1 von der Halterung 9 einstellen
zu können,
kann es sich bei der Drehachse 8 um eine Gewindestange
handeln, die entsprechend in die Halterung 9 eingedreht werden
kann, oder mit dieser über
eine Mutter in Verbindung steht.
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Des
weiteren ist dem Filterelement 1 eine Spritzdüsenleiste 16 zugeordnet,
mit der die Filterfläche
von außen,
insbesondere periodisch, rückgespült werden
kann. Die einzelnen Spritzdüsen
sind dabei bezüglich
der Filterfläche
vorteilhafterweise leicht tangential ausgerichtet, um auch während der Rück spülung, bei
der die Zufuhr von zu filternder Flüssigkeit über den Einlaufstutzen 6 unterbrochen werden
kann, eine Drehung des Filterelements 1 zu gewährleisten.
Auf diese Weise wird die gesamte Filterfläche innerhalb weniger Umdrehungen
des Filterelements 1 von anhaftenden Rückständen befreit. Ebenso kann das
Filterelement 1 jedoch auch während der Zufuhr von zu filternder
Flüssigkeit
rückgespült werden.
In diesem Fall kann es von Vorteil sein, die Spritzdüsen derart
tangential auszurichten, dass das Filterelement 1 entgegen
dessen Drehrichtung angespült
werden.
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Im Übrigen ist
die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr
sind sämtliche
Kombinationen der beschriebenen Einzelmerkmale, wie sie in den Ansprüchen, der Beschreibung
sowie den Figuren gezeigt oder beschrieben sind und soweit eine
entsprechende Kombination technisch möglich bzw. sinnvoll erscheint, Gegenstand
der Erfindung.
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Beispielsweise
kann die Filterfläche
im mittleren Bereich derart nach innen gewölbt sein, dass ein besonders
sanfter Übergang
im Bereich des Auslasses 3 entsteht, um ein Festsetzen
des Retentats in diesem Bereich weiter zu minimieren. Ebenso kann die
Form der Flügelelemente 7 variiert
werden, um die durch den Flüssigkeitsstrom
induzierte Kraftkomponente bestmöglich
in eine Drehbewegung umzuwandeln.