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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Filtermodul nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Bekannt sind keramische Filtermodule mit Hohlfasern, 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 gemäß der
DE 10 2005 008 900 A1 die Pottungen den stirnseitigen Abschluss des Filtermoduls bilden. Bei einer in der
EP 1 875 955 A1 beschriebenen Ausführung wird dagegen der stirnseitige Abschluss des Filtergehäuses von Endkappen gebildet, die an das Filtergehäuse angeschraubt werden. An der Stirnseite des Filtergehäuses ist ein radial nach außen gerichteter Kragen gebildet, dem ein entsprechender Kragen an der Endkappe zugeordnet ist, wobei Schrauben durch die aufeinanderliegenden Kragen parallel zur Längsachse des Filtermoduls geführt sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtermodul in konstruktiv einfacher Weise stabil und montagefreundlich auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Filtermodul weist ein Filtergehäuse und eine in das Filtergehäuse eingesetzte Filtereinheit auf, die mehrere Hohlfasern zwischen stirnseitigen Pottungen umfasst. Die Hohlfasern sind hierbei in die stirnseitigen Pottungen eingebettet und erstrecken sich bis zur außen liegenden Stirnseite der Pottungen. Im Betrieb werden die Hohlfasern axial von dem zu reinigenden Fluid durchströmt, insbesondere in der Weise, dass ungereinigtes Fluid axial in die Hohlfasern eingeleitet wird und die auszufiltrierende Substanz im Fluid durch die porösen Wandungen der Hohlfasern hindurchtritt, wodurch man das Permeat enthält. Das in den Hohlfasern verbleibende Fluid wird auf der gegenüberliegenden Stirnseite als Retentat bzw. Konzentrat axial aus der Filtereinheit abgeleitet und kann gegebenenfalls in den Reinigungskreislauf zurückgeführt werden.
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Die Hohlfasern können im Betrieb auch in der Weise durchströmt werden, dass ungereinigtes Fluid in den Bereich außerhalb der Hohlfasern eingeleitet wird und die auszufiltrierende Substanz im Fluid durch die porösen Wandungen in die Hohlfasern hindurchtritt.
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Die gesamte Filtereinheit mit den Hohlfasern und den stirnseitigen Pottungen, in denen die Hohlfasern aufgenommen sind, ist in das Filtergehäuse eingesetzt, auf das stirnseitig eine Endkappe lösbar aufsetzbar ist. Es kann gegebenenfalls an jeder Stirnseite jeweils eine Endkappe vorhanden sein, wobei auch Ausführungen mit einem topfförmigen Filtergehäuse und schlaufenförmiger oder U-förmiger Anordnung der Hohlfasern in Betracht kommen, bei denen nur auf die offene Stirnseite eine Endkappe aufgesetzt wird.
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Die Endkappe ist mittels eines Verbindungselementes sowohl mit dem Filtergehäuse als auch mit einer Pottung zu verbinden, wobei das Verbindungselement radial von außen durch einen überlappenden Bereich von Filtergehäuse und Endkappe geführt ist und in die Pottung einragt. Dies hat den Vorteil, dass die Radialkräfte, welche durch die Verbindung entstehen, von der Pottung aufgenommen werden können. Das Filtergehäuse ist dagegen von den radialen Verbindungskräften entlastet. Die Hohlfasern bleiben ebenfalls unbeeinflusst von den radialen Verbindungskräften, die ausschließlich von der stirnseitigen Pottung der Filtereinheit aufgenommen werden. Da die Pottung massiv ausgeführt ist, können verhältnismäßig hohe Radialkräfte ohne Gefahr einer Schädigung aufgenommen werden.
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Vorteilhaft ist außerdem, dass nicht nur die Endkappe sicher befestigt wird, sondern zugleich eine feste Verbindung der Filtereinheit mit dem Filtergehäuse hergestellt wird. Das Verbindungselement ragt durch die Wandung des Filtergehäuses hindurch und verbindet dieses mit der Pottung. Somit entfällt die Notwendigkeit, die Filtereinheit zusätzlich im Filtergehäuse zu fixieren, beispielsweise einzukleben, wenngleich dies gegebenenfalls auch möglich ist.
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Über den Umfang verteilt sind vorteilhafterweise mehrere Verbindungselemente vorgesehen, die jeweils axial in Höhe der Pottung radial von außen nach innen durch die Endkappe und das Filtergehäuse hindurchragen und diese mit der Pottung verbinden. Es können beispielsweise über den Umfang verteilt drei oder vier Verbindungselemente vorgesehen sein.
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Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung übergreift die Endkappe den stirnseitigen Abschnitt des Filtergehäuses, welches unmittelbar an der radial außen liegenden Umfangsseite der Pottung anliegt. Grundsätzlich kommt aber auch eine Ausführung in Betracht, bei der die Endkappe direkt an der Umfangsseite der Pottung anliegt und von dem Filtergehäuse übergriffen wird.
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Das Verbindungselement ist, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, als Schraube ausgeführt, die in die Pottung einschraubbar ist. Die Schraubverbindung kann bei Bedarf in einfacher Weise wieder gelöst werden.
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Über das radial wirkende Verbindungselement hinausgehend sind keine weiteren Verbindungsmaßnahmen für die Fixierung der Endkappe am Filtergehäuse erforderlich.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist an der Stirnseite des Filtergehäuses ein Trägerteil angeordnet, das separat vom Filtergehäuse ausgebildet, jedoch mit dem Filtergehäuse verbunden ist. Das Trägerteil, welches vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist, befindet sich axial in Höhe der Pottung und nimmt an der Verbindung über das Verbindungselement teil. Das Trägerteil ist bevorzugt als ein Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt, welches auf die Stirnseite des Filtergehäuses aufgesetzt sein kann oder unmittelbar an die Stirnseite des Filtergehäuses angespritzt ist.
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Gegebenenfalls kann auf das Trägerteil auch verzichtet werden; in diesem Fall übergreift die Wandung des Filtergehäuses die Pottung und nimmt an der Verbindung mit der Endkappe teil.
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An der Außenseite der Pottung kann ein Dichtring angeordnet sein, welcher insbesondere von der Pottung gehalten wird. Beispielsweise ist eine Ringschulter in die Pottung eingebracht, die zur Aufnahme und Abstützung des Dichtrings in Radialrichtung und/oder in Achsrichtung dient. Der Dichtring kann sich axial entweder auf der den Hohlfasern abgewandten Seite der Pottung oder an der den Hohlfasern zugewandten Seite der Pottung befinden. In Betracht kommt auch eine Ausführung, in der beispielsweise eine umlaufende Nut in die radial außen liegende Umfangsseite der Pottung eingebracht ist zur Aufnahme des Dichtrings, wobei die Nut einen axialen Abstand zu beiden Stirnseiten der Pottung aufweist. Der Dichtring wird von dem unmittelbar an der Umfangsseite der Pottung anliegenden Bauteil, also dem Filtergehäuse oder der Endkappe, mit einer Radialkraft und gegebenenfalls mit einer Axialkraft beaufschlagt.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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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,
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2 einen Schnitt durch ein keramisches Filtermodul in einer Ausführungsvariante.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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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.
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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 topfförmigem 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.
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Das Rohfluid wird beispielsweise über den Raum 9, welcher einer der Pottungen 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.
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Die Endkappe 8 ist mithilfe einer Verbindungsschraube 16 mit der Pottung 4 verschraubt. Die Verbindungsschraube 16 bildet ein Verbindungselement und ist radial von außen durch die Wandung der Endkappe 8 sowie eines Trägerteils 11 hindurchgeführt und ragt in die Pottung 4 ein, mit der die Schraube verschraubt ist. Über den Umfang können mehrere Verbindungsschrauben 16 vorgesehen sein, um eine gleichmäßige Kraftverteilung zur Sicherung und Halterung der Endkappe 8 an dem Filtergehäuse 7 und der Pottung 4 zu erreichen. Über die Verbindungsschraube wird somit in Radialrichtung sowohl das Filtergehäuse 7 als auch die Endkappe 8 mit der Pottung 4 verbunden. Über die Verbindungsschraube 16 wirken nur Radialkräfte, welche von der Pottung 4 aufgenommen werden können.
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Die Endkappe 8 übergreift das Trägerteil 11, welches separat vom Filtergehäuse 7 ausgebildet ist, jedoch fest mit der Stirnseite des Filtergehäuses 7 verbunden ist. Das Trägerteil 11 ist ringförmig ausgeführt und als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgebildet, das entweder mit dem Filtergehäuse 7 verbunden oder unmittelbar an die Stirnseite des Filtergehäuses 7 angespritzt wird. Das ringförmige Trägerteil 11 erstreckt sich axial über die gesamte Länge der Umfangsseite der Pottung 4. Dagegen genügt es, dass sich die Endkappe 8 axial nur über eine Teillänge der Pottung 4 erstreckt.
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Für eine strömungsdichte Separierung des Innenraums 10 in der Filtereinheit 2 gegenüber dem vorgelagerten Raum 9 ist ein Dichtring 12 vorgesehen, der an der radial außen liegenden Umfangsseite der Pottung 4 anliegt und in eine Ringschulter 13 in der Pottung 4 eingesetzt ist. Die Ringschulter 13 befindet sich benachbart zur Umfangsseite und axial an der den Keramik-Hohlfasern 3 zugewandten Stirnseite der Pottung 4, so dass sich der Dichtring 12 an der Pottung 4 radial und axial abstützen kann. Im montierten Zustand liegt das ringförmige Trägerteil 11 des Filtergehäuses 7 an dem Dichtring 12 an und beaufschlagt dieses mit einer radial nach innen gerichteten Kraft.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005008900 A1 [0002]
- EP 1875955 A1 [0002]
