-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Filtermodul nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Stand der Technik
-
In der
DE 10 2005 008 900 A1 wird ein keramisches Filtermodul beschrieben, das als Filtereinheit keramische Hohlfasern umfasst, welche parallel zueinander verlaufen und stirnseitig in scheibenförmigen Pottungen eingefasst sind, die aus einem Keramikmaterial gefertigt sind. Die Filtereinheit mit den Hohlfasern und den Pottungen ist in ein zylindrisches Gehäuse eingesetzt, wobei die Pottungen den stirnseitigen Abschluss des Filtermoduls bilden.
-
Bei der Filtration werden die Hohlfasern in Längsrichtung von dem zu reinigenden Fluid durchströmt, wobei die auszufiltrierende Substanz (feed) im Fluid durch die porösen Wandungen der Hohlfasern hindurchtreten kann und sich gereinigtes Permeat im Gehäuseinnenraum ansammelt, aus dem die Substanz ausgeleitet wird. Das Konzentrat wird anschließend an der axial gegenüberliegenden Seite aus den Hohlfasern abgeleitet.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtermodul in konstruktiv einfacher Weise stabil und montagefreundlich auszubilden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
-
Das erfindungsgemäße Filtermodul weist ein Filtergehäuse und eine in das Filtergehäuse eingesetzte Filtereinheit auf, die mehrere Hohlfasern umfasst, welche in mindestens eine stirnseitige Pottung eingebettet sind. Die Hohlfasern können hierbei zwischen zwei stirnseitigen Pottungen eingebettet sein und sich bis zur außen liegenden Stirnseite der Pottungen erstrecken. In Betracht kommt auch ein Einspannen der Hohlfasern an nur einer Stirnseite in einer Pottung; die gegenüberliegende Stirnseite ist in diesem Fall nicht in einer Pottung aufgenommen.
-
Im Betrieb werden die Hohlfasern axial von dem Fluid durchströmt, beispielsweise derart, dass das ungereinigte Fluid axial in die Hohlfasern eingeleitet wird und die auszufiltrierende Substanz im Fluid durch die porösen Wandungen der Hohlfasern hindurchtritt, wodurch man das Permeat erhält. Das in den Hohlfasern verbleibende Fluid wird auf der gegenüberliegenden Stirnseite als Retentat bzw. Konzentrat axial aus der Filtereinheit abgeleitet und kann ggf. in den Reinigungskreislauf zurückgeführt werden.
-
Die gesamte Filtereinheit mit den Hohlfasern und den stirnseitigen Pottungen, in denen die Hohlfasern eingebettet sind, ist in dem Filtergehäuse aufgenommen, auf das stirnseitig eine Endkappe lösbar aufsetzbar ist. Über den von der Endkappe umschlossenen Bereich, welcher unmittelbar der zugewandten Pottung axial vorgelagert ist, kann beispielsweise Rohfluid axial in die Hohlfasern eingeleitet werden. Die Endkappe kann in formschlüssiger Weise mit dem Filtergehäuse verbunden werden. Bei vollzogenem Formschluss ist die Endkappe sicher an dem Filtergehäuse gehalten, zum Abnehmen kann der Formschluss gelöst werden. Vorzugsweise sind über die Formschlussverbindung hinausgehend keine weiteren Verbindungsmaßnahmen zur Sicherung und Halterung der Endkappe am Filtergehäuse erforderlich. Der Formschluss wird entweder manuell oder in einfacher Weise mit Werkzeug hergestellt bzw. gelöst.
-
Die Formschlussverbindung zwischen Endkappe und Filtergehäuse ist vorzugsweise als ein Bajonettverschluss ausgeführt und wird dementsprechend durch eine Kombination von hintereinander ausgeführter axialer und rotatorischer Relativbewegung zwischen Endkappe und Filtergehäuse ausgeführt. Zum Lösen des Bajonettverschlusses erfolgt die Bewegung entsprechend in umgekehrter Richtung und Reihenfolge. Alternativ zu einem Bajonettverschluss sind aber auch sonstige formschlüssige Verbindungen möglich, über die insbesondere bezogen auf die Längsachse des Filtermoduls ein Formschluss zwischen Endkappe und Filtergehäuse herzustellen ist, beispielsweise Schnappverbindungen zwischen angeformten Rastnasen und Hinterschneidungen an der Endkappe bzw. dem Filtergehäuse.
-
Der Bajonettverschluss kann in der Weise ausgeführt sein, dass an der Innenwand der umgreifenden Endkappe ein oder mehrere Arretiervorsprünge angeordnet sind, die radial nach innen weisen und in zugeordnete Nuten an der Außenwand des Filtergehäuses oder dem Trägerteil einragen. Die Nuten sind zur Stirnseite des Filtergehäuses bzw. Trägerteils axial offen und weisen eine Komponente in Umfangsrichtung auf. Gegebenenfalls sind die Nuten nach Art eines Gewindegangs mit axialer Komponente und mit Umfangskomponente ausgebildet. Wesentlich ist, dass jede Nut, die jeweils einem Arretiervorsprung an der Endkappe zugeordnet ist, an der axialen Stirnseite des Filtergehäuses bzw. des Trägerteils offen ist, so dass die Endkappe mit dem Arretierstift axial in die zugeordnete Nut eingeführt werden kann. Über die Komponente in Umfangsrichtung der Nut wird die Arretierung erreicht, wobei gegebenenfalls das Nutende bei schräg verlaufender, gewindegangähnlicher Ausführung der Nut ohne axiale Komponente nur in Umfangsrichtung weist oder gegebenenfalls wieder axial zurückgerichtet ist, um eine verrastende, sichere Aufnahme des Arretiervorsprungs mit dem Erreichen der Endposition zu erhalten und ein versehentliches Lösen des Bajonettverschlusses auszuschließen.
-
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung befindet sich die Formschlussverbindung axial in Höhe einer Pottung der Filtereinheit, so dass insbesondere radiale Kräfte zwischen der Endkappe und dem Filtergehäuse von der Pottung aufgenommen werden kann. Die Pottung hat somit auch eine abstützende Funktion für das Filtergehäuse bzw. die Endkappe in Radialrichtung.
-
Es kann zweckmäßig sein, an der Stirnseite des Filtergehäuses ein Trägerteil anzuordnen, das separat vom Filtergehäuse ausgebildet, jedoch mit dem Filtergehäuse verbunden ist. Über das Trägerteil erfolgt die Formschlussverbindung mit der Endkappe. Das Trägerteil ist hierbei bevorzugt als ein Trägerring ausgeführt, welcher sich an der Stirnseite des Filtergehäuses befindet und das mit Formschlusselementen ausgebildet ist, die mit korrespondierenden Formschlusselementen an der Endkappe zusammenwirken. Die Endkappe übergreift vorzugsweise die Stirnseite des Filtergehäuses bzw. das Trägerteil. Das Trägerteil kann als ein Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt sein, welches beispielsweise auf die Stirnseite des Filtergehäuses aufgesetzt wird oder unmittelbar an die Stirnseite des Filtergehäuses angespritzt wird. Das Trägerteil erstreckt sich insbesondere axial in Höhe der Pottung des Filtergehäuses, so dass die Radialkräfte zwischen Endkappe und Trägerteil auf die innen liegende Pottung übertragen werden und von dieser abgestützt werden.
-
An der Außenseite der Pottung kann ein Dichtring angeordnet sein, um den Innenraum der Filtereinheit strömungsdicht von dem Anströmraum zu separieren, welcher der außen liegenden Stirnseite der Pottung vorgelagert ist und von der Endkappe überspannt wird. An den Dichtring kann gegebenenfalls die Stirnseite des Filtergehäuses bzw. des Trägerteils am Filtergehäuse angrenzen, außerdem ist es zweckmäßig, dass die Innenwand der Endkappe radial außen am Dichtring anliegt. Der Dichtring wird von der Endkappe, ggf. vom Filtergehäuse oder dem Trägerteil, vorzugsweise mit einer radial nach innen gerichteten Dichtkraft beaufschlagt.
-
Der Dichtring ist, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, in eine Ringschulter eingesetzt, die auf der radial außen liegenden Seite in die Pottung eingebracht ist. Über die Ringschulter können radial von außen nach innen gerichtete Kräfte von der Pottung aufgenommen werden. Axial kann der Dichtring entweder auf der den Hohlfasern abgewandten Seite an der Pottung anliegen, welche in der Regel die Rohseite darstellt, oder auch an der den Hohlfasern zugewandten Seite, die üblicherweise die Reinseite darstellt. Des Weiteren ist es möglich, den Dichtring mit axialem Abstand zu jeder axialen Stirnseite der Pottung anzuordnen; in diesem Fall ist vorteilhafterweise eine umlaufende Nut in die Umfangsseite der Pottung eingebracht, welche zur Aufnahme des Dichtrings dient.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in der Filtereinheit eine strömungsdichte Folie vorgesehen, welche sich zwischen den beiden stirnseitigen Pottungen erstreckt und den Innenraum, in welchem die Hohlfasern verlaufen, radial strömungsdicht nach außen abschließt. Die Folie kann beispielsweise in die stirnseitigen Pottungen eingebettet sein, sie kann gegebenenfalls aber auch an der innen liegenden Stirnseite oder an der radial außen liegenden Umfangsfläche der Pottung gehalten sein, beispielsweise angeklebt sein. Die Folie separiert die Roh- von der Reinseite, so dass geringere Anforderungen an die Abdichtung beispielsweise über einen Dichtring in Höhe der Pottung zu stellen sind.
-
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Filtereinheit austauschbar in das Filtergehäuse eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass zu Wartungs- oder Reparaturzwecken die Filtereinheit aus dem Filtergehäuse entnommen werden kann. In alternativer Ausführung ist die Filtereinheit fest in das Filtergehäuse eingesetzt, beispielsweise eingeklebt.
-
Die Hohlfasern können als Keramik-Hohlfasern ausgebildet sein, auch die Pottungen können aus einem Keramikmaterial gefertigt sein. Ggf. kommen auch Hohlfasern aus einem anderen Material wie zum Beispiel einem Polymer in Betracht.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
-
1 einen Schnitt längs durch ein keramisches Filtermodul, mit einer Filtereinheit, welche Keramik-Hohlfasern zwischen zwei Pottungen umfasst, wobei die Filtereinheit in ein Filtergehäuse mit stirnseitig aufgesetzter Endkappe eingesetzt ist,
-
2 einen Schnitt durch ein keramisches Filtermodul in einer Ausführungsvariante,
-
3 eine Seitenansicht des Filtergehäuses im Bereich der offenen Stirnseite mit mehreren, gewindegangähnlichen Nuten, die Teil eines Bajonettverschlusses zur Halterung der Endkappe sind,
-
4 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Filtergehäuses,
-
5 die Endkappe im Längsschnitt,
-
6 das Filtermodul mit dem Filtergehäuse und den benachbart zur Stirnseite angeordneten Nuten im Längsschnitt.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist ein keramisches, zylindrisches Filtermodul 1 zur Filtration gasförmiger oder flüssiger Fluide dargestellt. Das Filtermodul 1 weist eine Filtereinheit 2 auf, die eine Vielzahl von parallel verlaufenden Keramik-Hohlfasern 3 zwischen stirnseitigen Pottungen 4 umfasst. Das Filtermodul 1 und die darin aufgenommene Filtereinheit 2 sind symmetrisch zu einer Spiegelachse 5 ausgeführt, welche sich orthogonal zur Längsachse 6 des Filtermoduls 1 erstreckt. Die stirnseitigen Abschnitte der Keramik-Hohlfasern 3 sind in die Pottungen 4 eingebettet, die ebenfalls aus einem Keramikmaterial bestehen können. Die offenen Stirnseiten der Keramik-Hohlfasern 3 schließen mit den nach außen gerichteten Stirnseiten der Pottungen 4 ab, so dass eine An- bzw. Abströmung von Fluid über die Stirnseiten der Pottungen 4 in die Keramik-Hohlfasern 3 hinein bzw. aus diesen heraus möglich ist.
-
Die Filtereinheit 2 ist in ein Filtergehäuse 7 eingesetzt, das stirnseitig von einer Endkappe 8 zu verschließen ist. Auch bezüglich des Filtergehäuses 7 und der Endkappe 8 ist eine spiegelsymmetrische Ausführung mit Spiegelung an der Achse 5 möglich, so dass im Bereich beider Pottungen 4 jeweils eine Endkappe 8 vorgesehen ist; möglich ist aber auch eine Ausführung mit topfförmigen Filtergehäuse und nur einer Endkappe an der offenen Stirnseite des Filtergehäuses. Die Endkappe 8 umgreift einen der außen liegenden Stirnseite der Pottung 4 vorgelagerten Raum 9, der gegenüber der Atmosphäre von der Endkappe 8 und gegenüber dem zwischen den Pottungen 4 liegenden Innenraum 10 separiert ist, durch den die Keramik-Hohlfasern 3 axial geführt sind.
-
Das Rohfluid wird beispielsweise über den Raum 9, welcher einer der Pottungen 4 axial vorgelagert ist, in die Keramik-Hohlfasern 3 eingeleitet. Bei der Filtration tritt das Permeat radial durch die Wandungen der Keramik-Hohlfasern in den Innenraum 10 ein, aus dem das Permeat über Anschlüsse aus dem Filtergehäuse abgeleitet werden kann. Das in den Hohlfasern verbleibende Fluid wird auf der gegenüberliegenden Stirnseite der Pottung 4 als Retentat bzw. Konzentrat axial aus dem Filtermodul 1 abgeleitet und kann gegebenenfalls wieder in den Reinigungskreislauf zurückgeführt werden.
-
Die Endkappe 8 ist formschlüssig mit einem ringförmigen Trägerteil 11 verbunden, welches als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt und an der Stirnseite des Filtergehäuses 7 angeordnet ist. Das Trägerteil 11 kann an die Stirnseite des Filtergehäuses angespritzt oder in sonstiger Weise mit der Stirnseite verbunden sein, beispielsweise aufgesteckt oder verklebt sein. Die Endkappe 8 übergreift das Trägerteil 11 und ist formschlüssig mit diesem verbunden, vorzugsweise über einen Bajonettverschluss, bei dem die Endkappe 8 zunächst axial auf das Trägerteil 11 aufgeschoben und anschließend um einen definierten Winkelbetrag um die Längsachse 6 verdreht wird, bis die endgültige Formschlussposition erreicht ist, in der die Endkappe 8 axial formschlüssig am Trägerteil 11 und damit am Filtergehäuse 7 gehalten ist.
-
Das ringförmige Trägerteil 11 stützt sich über einen Teil seiner Länge bis hin zu seiner freien axialen Stirnseite an der Pottung 4 ab. Die Endkappe 8 übergreift axial die Pottung 4 über deren Gesamtlänge. Während des Aufschiebens der Endkappe 8 auf das Trägerteil 11 sowie nach dem Herstellen des Formschlusses wird von der Endkappe 8 eine radial nach innen gerichtete Kraft auf das Trägerteil 11 ausgeübt, welches sich radial nach innen an der außen liegenden Umfangsseite der Pottung 4 abstützt, so dass die Pottung 4 die radial nach innen gerichteten Kräfte abstützt.
-
An der radial außen liegenden Mantelfläche der Pottung 4 befindet sich ein umlaufender Dichtring 12, welcher axial benachbart zu dem von der Endkappe 8 umschlossenen Raum liegt, der der axial außen liegenden Stirnseite der Pottung 4 zugewandt ist. Der Dichtring 12 sorgt für eine strömungsdichte Separierung zwischen den Räumen 9 und 10. Der Dichtring 12 ist in eine Ringschulter 13 eingesetzt, die benachbart zur außen liegenden Umfangsseite in die Pottung 4 eingebracht ist und an der sich der Dichtring 12 sowohl axial als auch radial nach innen abstützt. Die Innenwand der Endkappe 8 liegt unmittelbar an der radial außen liegenden Seite des Dichtringes 12 an. Außerdem grenzt die freie Stirnseite des ringförmigen Trägerteils 11 ebenfalls an den Dichtring 12.
-
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Filtermodul 1 dargestellt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel weist das Filtermodul 1 auch gemäß 2 eine Filtereinheit 2 mit einer Vielzahl von parallel verlaufenden Keramik-Hohlfasern 3 zwischen stirnseitigen Pottungen 4 auf. Zusätzlich ist bei 2 der Innenraum 10 in der Filtereinheit 2 von einer umlaufenden Folie 15 verschlossen, welche strömungsdicht ausgebildet ist und den Innenraum 10 mit den Keramik-Hohlfasern 3 vollständig umschließt. Die Stirnseiten der Folie 15 sind in die Pottungen 4 eingebettet. Die strömungsdichte Folie 15 sorgt für eine zusätzliche Separierung des Innenraums 10 von der Umgebung bzw. dem Raum 9, welcher unmittelbar axial der außen liegenden Stirnseite der Pottung 4 vorgelagert ist.
-
Eine weitere Abdichtung wird über den Dichtring 12 erreicht, welcher in eine umlaufende Nut 14 an der radial außen liegenden Umfangsseite der Pottung 4 eingesetzt ist und an der die Innenseite der Gehäusewandung des Filtergehäuses 7 anliegt. Der Dichtring 12 bzw. die Nut 14 befindet sich axial mittig in der Pottung 4 mit einem jeweiligen axialen Abstand zu jeder Stirnseite der Pottung.
-
In den 3 bis 6 ist der Bajonettverschluss, mit dem die Endkappe 8 an dem Filtergehäuse 7 gehalten ist, im Detail dargestellt. Auf Seiten des Filtergehäuses 7 gehören zum Bajonettverschluss drei Nuten 21, die nach Art eines Gewindegangs ausgebildet sind und sich jeweils bis zur freien axialen Stirnseite des Filtergehäuses 7 erstrecken. Jeder Nut 21 ist auf Seite der Endkappe 8 ein Arretiervorsprung 20 (5) zugeordnet, der sich an der Innenseite der Wandung der Endkappe befindet und sich radial nach innen erstreckt. Der Arretiervorsprung 20 ist insbesondere einteilig mit der Wandung der Endkappe 8 ausgebildet. Über den Umfang verteilt sind drei derartige Arretiervorsprünge 20 an der Innenwand der Endkappe 8 angeordnet. Die Arretiervorsprünge 20 und die zugeordneten Nuten 21 weisen über den Umfang verteilt einen Winkelabstand von 120° zueinander auf.
-
Zur Herstellung des Bajonettverschlusses wird die Endkappe 8 axial an das Filtergehäuse 7 herangeführt und werden die Arretiervorsprünge 20 im Bereich der Stirnseite des Filtergehäuses in die Nuten 21 eingeführt. Die Nuten 21 sind nach Art eines Gewindegangs ausgebildet und erstrecken sich an der Außenseite der Wandung des Filtergehäuses 7 mit axialer und mit Umfangskomponente. Im Bereich des Endes 21a sind die Nuten 21 mit ausschließlicher Erstreckung in Umfangsrichtung oder gegebenenfalls mit einer geringfügig axial entgegengerichteten Erstreckung ausgebildet, so dass das Nutende 21a eine sichere, formschlüssige Aufnahme für den Arretiervorsprung 20 bildet und ein versehentliches Lösen des Bajonettverschlusses ausgeschlossen ist.
-
Wie 5 zu entnehmen, kann an der Innenwand der Endkappe 8 ein Dichtring 22 angeordnet sein, der in einer umlaufenden Nut an der Innenwand der Endkappe aufgenommen ist. Die Nut ist zur axialen, dem Filtergehäuse zugewandten Seite offen ausgebildet, so dass der Dichtring 22 im montierten Zustand an der Stirnseite des Filtergehäuses 7 anliegt.
-
Soweit das Filtergehäuse 7 mit einem stirnseitigen Trägerteil als separatem Bauteil ausgeführt ist, sind die Nuten 21 entsprechend in die Außenwand des Trägerteils eingebracht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005008900 A1 [0002]
