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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Filtern, die als Festkörper mit Poren und/oder zur Oberfläche offenen Kanälen ausgebildet sind, durch Abstrahlen mit einem Strahlmedium, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Insbesondere befasst sich die Erfindung mit der Reinigung von Partikelfiltern, beispielsweise Abgasfiltern für Dieselaggregate von Kraftfahrzeugen, Schiffen und dergleichen. Um die Nutzungsdauer solcher Filter zu verlängern und dennoch die einschlägigen Abgasnormen einzuhalten, sollten diese hochbelasteten Filter von Zeit zu Zeit ausgebaut und durch Abstrahlen gereinigt und regeneriert werden. Bisher wird zu diesem Zweck zumeist ein Hochdruckreiniger eingesetzt, mit dem der Filter mit Wasser abgestrahlt wird. Nachteilig ist dabei jedoch die hohe Umweltbelastung durch den Anfall großer Mengen von mit Schadstoffen verunreinigtem Wasser. Da die von dem Filter abgelösten Verunreinigungen als Staub oder Schlamm zurückspritzen, ist das herkömmliche Verfahren auch mit einer hohen Gesundheitsbelastung für das Personal verbunden. Weiterhin ist es bekannt, die Verunreinigungen bei hoher Temperatur zu verbrennen und die Asche mit Druckluft auszublasen. Beide bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass sie die katalytischen Eigenschaften des Filters beeinträchtigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das eine effiziente und schonende Reinigung der Filter bei verminderter Umwelt- und Gesundheitsbelastung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
- – das Strahlmedium gasförmig ist und festes oder flüssige Strahlmittel allenfalls in der Form von Substanzen mit einem Siedepunkt von nicht mehr als 120°C enthält,
- – das Strahlmedium in einer Strahldüse so beschleunigt wird, dass es mit mindestens annähernd Schallgeschwindigkeit auf den Filter trifft,
- – das Strahlmedium bzw. das Gemisch aus Strahlmedium und Strahlmittel beim Verlassen der Strahldüse eine mittlere Temperatur von weniger als 0°C hat, und
- – der Filter beim Abstrahlen vor einer Saugöffnung angeordnet wird, die das Strahlmedium sowie Umgebungsluft ansaugt.
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Bei dem Strahlmedium handelt es sich um ein Gas, beispielsweise Druckluft oder Stickstoff, das entweder keine festen oder flüssigen Strahlmittel enthält oder in dem als Strahlmittel feine Tröpfchen oder Partikel einer leichtflüchtigen Substanz suspendiert sind. Dieses Strahlmedium kann mit einer geeigneten Strahldüse, beispielsweise einer Laval-Düse, auf Schallgeschwindigkeit oder Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden. Dadurch wird eine besonders intensive und dennoch schonende Reinigungswirkung erzielt, und der Strahl dringt tief in die Poren und Kanäle des Filters ein, so dass der Reinigungseffekt nicht auf die Oberfläche beschränkt bleibt. Durch die niedrige Temperatur des Strahlmediums wird ein Versprödungseffekt erzielt, der die Ablösung der Verunreinigungen von dem Filtermaterial begünstigt. Über die Saugöffnung wird nicht nur das Strahlmittel abgesaugt, sondern auch Umgebungsluft angesaugt. Das gewährleistet einen wirksamen Abtransport der Verunreinigungen und verhindert, dass diese Verunreinigungen unkontrolliert in die Umgebung gelangen.
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Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer Ausführungsform ist das Strahlmedium Stickstoffgas, das durch Entspannung von flüssigem Stickstoff gewonnen wird und deshalb eine niedrige Temperatur hat.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die tiefe Temperatur dadurch erreicht, dass dem gasförmigen Strahlmedium (z. B. Druckluft) Trockeneis oder Trockenschnee als Strahlmittel zugesetzt wird. Besonders zweckmäßig ist dazu eine Strahldüse, in der der Trockenschnee an Ort und Stelle durch Entspannung von flüssigem CO2 erzeugt wird. Ein Beispiel einer solchen Strahldüse ist in
EP 1 501 655 B1 beschrieben.
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Bei dem Strahlmedium kann es sich gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung auch um Druckluft handeln, dem Wasser als Strahlmittel hinzugesetzt wird. Das Wasser wird dann zu feinen Tröpfchen vernebelt, die in der Düse auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden, so dass eine entsprechend hohe Reinigungswirkung erzielt wird. Die eingesetzte Wassermenge ist dabei jedoch deutlich kleiner als bei dem herkömmlichen Abstrahlen mit einem Hochdruckreiniger, und dementsprechend fallen geringere Kosten für die Entsorgung des Abwassers an.
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Die mit Hilfe eines Manipulatorsystems wird eine Relativbewegung zwischen Strahldüse und Filter erzeugt, so das der Strahl auf alle gewünschten Oberflächenbereiche des Filters gerichtet werden kann. Der Bewegungsablauf wird je nach Geometrie und Beschaffenheit des zu reinigenden Filters gesteuert.
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Abgas-Partikelfilter haben zumeist eine allgemein zylindrische Form. Bei Edelstahlfiltern ist die Mantelfläche des Zylinders durch Kanäle durchbrochen. Das Manipulatorsystem kann dann so gestaltet sein, dass der Filter um seine Längsachse gedreht und gleichzeitig in Axialrichtung relativ zur ortsfesten Düse bewegt wird. Wenn der Filter die Form eines Hohlzylinders hat, kann in entsprechender Weise auch eine Reinigung von der inneren Umfangsfläche her erfolgen.
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Andere Filtertypen, beispielsweise die meisten Keramikfilter, weisen eine nicht durchbrochene Mantelfläche auf, und Gaskanäle verlaufen von den beiden Stirnflächen des Filters axial in das Innere des Filterkörpers, wo die von entgegengesetzten Stirnflächen her eintretenden Gaskanäle einander überlappen, jedoch zumeist durch Wände aus dem porösen Keramikmaterial voneinander getrennt bleiben. Zur Reinigung solcher Filter kann das Manipulatorsystem mindestens an einem Ende des Filters eine auf die dortige Stirnfläche gerichtete radial bewegliche Düse haben. Durch Überlagerung der radialen Bewegung der Düse mit einer Drehung des Filters um seine Längsachse kann dann die gesamte Stirnfläche abgereinigt werden, wobei der auf hohe Geschwindigkeit beschleunigte Strahl des Strahlmediums tief in die Gaskanäle eindringt. Wenn eine Düse nur an einem Ende des Filters vorgesehen ist, kann das Manipulatorsystem so ausgebildet sein, dass der Filter um 180° um die Querachse gedreht werden kann, um die entgegengesetzte Stirnfläche zu reinigen.
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Natürlich sind auch Manipulatorsysteme möglich, bei denen nur die Düse relativ zum feststehenden Filter bewegt wird.
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Vorzugsweise weist das Manipulatorsystem eine programmierbare Steuereinrichtung auf, mit der sich der Bewegungsablauf programmieren lässt. In dieser Steuereinrichtung können mehrere Programme für unterschiedliche Filtertypen gespeichert sein, so dass es genügt, den jeweiligen Filtertyp oder einige wenige kennzeichnende Parameter des Filters einzugeben, und der Reinigungsvorgang im übrigen automatisch ablaufen kann. Wahlweise kann die Steuereinrichtung auch die Möglichkeit bieten, die Geschwindigkeit der Bewegungsabläufe und damit die Dauer und Intensität des Reinigungsvorgangs je nach Verschmutzungsgrad oder Materialbeschaffenheit des Filters zu variieren.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen axialen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 die Vorrichtung nach 1 in einem schematischen Querschnitt;
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3 einen axialen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel; und
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4 eine Skizze einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist im Längsschnitt ein quaderförmiges Gehäuse 10 gezeigt, das an einem Ende eine Klappe 12 aufweist und innen durch eine Trennwand 14 in zwei Abteile unterteilt ist. Im Inneren des Gehäuses 10 sind im gezeigten Beispiel zwei Strahldüsen 16, 18 und ein Manipulatorsystem 20 angeordnet, das es erlaubt, einen Filter 22 von allgemein zylindrischer Form, beispielsweise einen Keramikfilter mit geschlossener Mantelfäche, zu halten und den Filter und die Strahldüsen relativ zueinander zu bewegen. Das Manipulatorsystem 20 umfasst Schwenkantriebe 24 für die an schwenkbaren Armen 26 gehaltenen Strahldüsen 16 und 18.
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Der Filter 22 ist auf zwei Sätzen von Lagerböcken 28 so abgestützt, dass jedes Ende des Filters in eim der Abteile des Gehäuses liegt. Wie 2 zeigt, umfasst jeder Satz vier schwenkbare oder ausfahrbare und zurückziehbare Lageböcke 28, die jeweils am freien Ende eine Rolle 30 tragen. Die Rollen 30 liegen an der Mantelfläche des zylindrischen Filters 22 an und halten so den Filter 22 stabil in seiner Position. Mindestens eine der Rollen 30 ist drehantreibbar, so dass ein Drehantrieb gebildet wird, der Teil des Manipulatorsystems 20 ist und mit dem sich der Filter 22 um seine Längsachse A (1) drehen lässt.
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Die Strahldüsen 16 und 18 sind auf die entgegengesetzten Stirnflächen des zylindrischen Filters 22 gerichtet. Wie 2 zeigt, lassen sich die Arme 26 mit Hilfe der Schwenkantriebe 24 so verschwenken, dass sich die Strahldüse (z. B. die Strahldüse 18 in 2) so auf einem Kreisbogen B bewegt, dass die Radialposition der Strahldüse variiert werden kann. Im gezeigten Beispiel geht der Kreisbogen B durch die Achse A des Filters, so dass auch der Mittelpunkt der Stirnfläche des Filters 22 erreicht werden kann. Durch Kombination der Schwenkbewegungen der Anne 24 mit der Drehung des Filters 22 lassen sich die gesamten Stirnflächen des Filters 22 abstrahlen.
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Zur Anpassung an Filter mit unterschiedlichen Abmessungen können erforderlichenfalls die Axialpositionen der Strahldüsen 16 und 18 motorisch oder von Hand verstellbar sein.
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Die Strahldüsen
16 und
18 sind jeweils als Laval-Düsen ausgebildet und über flexible Leitungen
32 mit einer nicht gezeigten, außerhalb des Gehäuses
10 angeordneten Druckluftquelle und einer Quelle für flüssiges CO2 verbunden. Die Strahldüsen sind beispielsweise so aufgebaut, wie in
EP 1 501 655 B beschrieben wird. Das flüssige CO2 wird in der Strahldüse in einem Entspannungsraum entspannt, so dass ein Teil des CO2 verdampft und die entstehende Verdunstungskälte dazu führt, dass ein anderer Teil des CO2 zu Trockeneispartikeln auskondensiert. Diese werden dann von der Druckluftströmung zur Laval-Düse mitgenommen, wo die Druckluft und die CO2-Partikel auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden. Auf diese Weise wird ein energiereicher Strahl erzeugt, der auf die Oberfläche des Filters
22 trifft und tief in die dort vorhandenen Poren und/oder Kanäle eindringt. Die CO2-Partikel entfalten dabei nicht nur eine mechanische Wirkung, sondern führen auch zu einer starken Abkühlung des Filtermaterials und damit zu einer Versprödung, die die Ablösung der Verunreinigungen begünstigt. Schließlich verdampfen die Partikel wieder zu gasförmigem CO2, das zusammen mit der Druckluft für den Abtransport der abgelösten Verunreinigungen sorgt.
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In der Klappe 12 und in der gegenüberliegenden Wand des. Gehäuses 10 sind Saugöffnungen 34, 34' vorgesehen. In dem in 1 gezeigten Zustand ist eine Saugkammer 36, die über eine Saugleitung 38 und einen Staubabscheider 40 mit einem nicht gezeigten Sauggebläse verbunden ist, so vor die linke Saugöffnung 34 geschwenkt, dass Luft aus dem entsprechenden Abteil des Gehäuses abgesaugt wird. Durch die andere Saugöffnung 34' kann unterdessen Luft in das andere Abteil des Gehäuses eintreten. Die Trennwand 14 zwingt diese Luft, durch den Filter 22 zu strömen.
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Wenn mit der oben beschriebenen Vorrichtung ein Filter 22 gereinigt werden soll, so wird zunächst die Klappe 12 geöffnet, und der Filter 22 wird in der in 1 gezeigten Position eingespannt. Die Arme 26 sind dabei in eine Position geschwenkt, in der sie flach unter der Decke des Gehäuses 10 liegen, so dass sie beim Einführen des Filters nicht im Weg sind. Anschließend wird die Klappe 12 geschlossen, die Saugkammer 36 wird vor die Saugöffnung 34 geschwenkt, und die Strahldüse 18, das Manipulatorsystem 20 und die Absaugung werden in Betrieb gesetzt. Auf diese Weise wird zunächst die rechte Stirnfläche des Filters 22 gereinigt. Dabei wird das Gehäuse und insbesondere der Filter 22 von einem Luftstrom durchspült, der die gleiche Richtung hat wie der von der Strahldüse 18 abgegebene Strahl, und die vom Filter 22 abgelösten Verunreinigungen werden zusammen mit dem gasförmigen CO2 aus dem Inneren des Gehäuses abgesaugt. Die Verunreinigungen werden in dem Staubabscheider 40 abgeschieden und gesammelt. Das vom Sauggebläse abgesaugte Gemisch aus Luft und CO2 kann bedenkenlos in die Umgebung entlassen werden.
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Anschließend wird eine gleichfalls an die Saugleitung 38 angeschlossene Saugkammer 36' vor die Saugöffnung 34' geschwenkt, während die Saugkammer 36 von der Saugöffnung 24 weg geschwenkt wird, so das die Luft nun in entgegengesetzter Richtung durch den Filter 22 strömt. Mit Hilfe des Manipulatorsystems 20 wird nun die Strahldüse 16 über die linke Stirnfläche des Filters bewegt, um auch diese zu reinigen.
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Das Manipulatorsystem und gegebenenfalls auch die Zufuhrsysteme für Druckluft und CO2 zu den Strahldüsen sind mit einer programmierbaren elektronischen Steuereinrichtung 42 verbunden, die die Bewegungsabläufe, im gezeigten Beispiel also die Drehung des Filters 22 um die Achse A und die Bewegungen der Strahldüsen 16, 18 in der gewünschten Weise steuert. Gegebenenfalls werden mit Hilfe der Steuereinrichtung 42 auch die Strahldüsen nach Bedarf an- und abgeschaltet. Auch das Sauggebläse kann durch die Steuereinrichtung 42 so angesteuert werden, dass die Absaugung immer dann erfolgt, wenn die Strahldüsen in Betrieb sind. Zur Vermeidung von Rückverschmutzungen auf dem Filter sollte die Absaugung auf einen Luftwechsel ausgelegt sein, der pro Minute mindestens dem 100-fachen des Volumens des Filters 22 entspricht.
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In der Steuereinrichtung 42 können verschiedene Programme für unterschiedliche Typen und/oder unterschiedliche Abmessungen der Filter 22 gespeichert sein. So braucht der Benutzer lediglich an einer Bedienungskonsole der Steuereinrichtung 44 den Typ und/oder die Abmessungen des zu reinigenden Filters eingeben, und der gesamte Reinigungsvorgang läuft dann automatisch ab. Auch die Geschwindigkeit, mit der sich die Strahldüsen 16, 18 relativ zum Filter 22 bewegen, kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 42 variiert werden, so dass sich die Intensität und Dauer des Reinigungsvorgangs an den jeweiligen Verschmutzungsgrad und/oder die Materialbeschaffenheit des Filters anpassen lässt.
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In einer anderen Ausführungsform können die Strahldüse 16 und die Saugkammer 36' fortgelassen sein. Nachdem die rechte Stirnseite des Filters gereinigt worden ist, wird die Klappe 12 vorübergehend geöffnet, und der Filter 20 wird umgedreht, so dass dann seine andere Stirnfläche mit der Strahldüse 18 gereinigt werden kann.
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In 3 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, mit dem beispielsweise Edelstahlfilter 22' gereinigt werden können, die eine durchbrochene Mantelfläche haben. Das Manipulatorsystem 20 weist in diesem Fall einen Korb 44 auf, an den der Filter mit einem Ende so angeflanscht werden kann, dass er in dem Korb aufgenommen und gehalten ist. Ein Antrieb 46 erlaubt es, den Korb 44 und damit den Filter 22' um seine Längsachse zu drehen und in axialer Richtung zu verschieben.
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Eine ortsfeste Strahldüse 48 strahlt durch die Wand des Korbes 44 hindurch auf die Mantelfläche des Filters, um diese zu reinigen. Für den Fall, dass auch eine Stirnfläche des Filters 22' gereinigt werden muss, ist hier an dem Ende, das dem Antrieb 46 gegenüberliegt, eine schwenkbare Strahldüse 50 vorgesehen, die wie die Strahldüse 18 in 1 arbeitet und vor die Stirnfläche des Filters geschwenkt wird, während der Korb 44 in seiner am weitesten rechts gelegenen Position gehalten wird.
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Eine Saugöffnung 52 ist in diesem Fall in den Boden des Gehäuses 10 integriert und an ein zugehöriges Absaugsystem angeschlossen. In den Wänden des Gehäuses 10 sind Zuluftöffnungen 54 vorgesehen.
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4 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei der der Filter 22' ähnlich wie in 1 auf Lagerböcken 28 gelagert ist und mit einer Stirnfläche direkt an eine Saugöffnung 56 einer Absaugeinrichtung angesetzt ist, so dass die Luft unmittelbar aus dem Inneren des Filters abgesaugt werden kann. Eine Strahldüse 58 wird in diesem Fall beispielsweise mit Hilfe eines Roboterarms bewegt, um die Umfangsfläche und die andere Stirnfläche des Filters abzustrahlen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1501655 B1 [0009]
- EP 1501655 B [0026]
