DE102015118282A1

DE102015118282A1 - Filtrieranordnung

Info

Publication number: DE102015118282A1
Application number: DE102015118282.3A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Mackel; Verena Tiggemann
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-04-27
Also published as: CA2999163A1; DE102015118282A8; KR20180072707A; US20180318737A1; WO2017071974A1

Abstract

Eine Filtrieranordnung für eine Filtriervorrichtung, wobei die Filtriervorrichtung einen Behälter (3) aufweist und wobei die Filtrieranordnung folgendes aufweist: wenigstens zwei oder mehre in einem Maschinengestell drehbar gelagerte Hohlwellen (7, 8), auf denen eine Mehrzahl von Membranfilterscheiben (9, 10) angeordnet sind, wobei der wenigstens einen oder den mehreren Hohlwellen (7, 8) wenigstens eine Antriebsvorrichtung zugeordnet ist, wobei die Ableitung von Permeat aus dem Behälter (3) durch die Hohlwellen (7, 8) realisierbar ist, und wobei jede Hohlwelle (7, 8) an einem ihrer Enden mit der Mehrzahl von Membranfilterscheiben (9, 10) in den Behälter (3) einsetzbar ist, so dass sie an ihrem entgegengesetzten Ende aus dem Behälter (3) nach außen vorstehen, zeichnet sich dadurch aus, dass an dem entgegengesetzten Ende jeder drehbaren Hohlwelle (7, 8) eine drehbare Pumpscheibe (44, 45) angeordnet oder ausgebildet ist, die einen Teil einer Zentrifugalpumpenanordnung zum Pumpen von Permeat bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtrieranordnung für eine Filtriervorrichtung, wobei die Filtriervorrichtung einen Behälter aufweist und wobei die Filtrieranordnung wenigstens zwei oder mehrere in einem Maschinengestell drehbar gelagerte Hohlwellen aufweisen, auf denen eine Mehrzahl von Membranfilterscheiben angeordnet sind, wobei den zwei oder den mehreren Hohlwellen wenigstens eine Antriebsvorrichtung zugeordnet ist und wobei die Ableitung von Permeat aus dem Behälter durch die Hohlwellen erfolgt bzw. realisierbar ist, und wobei jede Hohlwelle an einem ihrer Enden mit der Mehrzahl von Membranfilterscheiben in den Behälter einsetzbar ist, so dass die Hohlwellen an ihrem entgegengesetzten Ende aus dem Behälter nach außen vorstehen.
Eine gattungsgemäße Filtrieranordnung ist aus der DE 10 2009 010 484 bekannt. Um Stand der Technik sei ferner die DE 20 2005 018 806 A genannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäßen Filtrieranordnung hinsichtlich eines konstruktiv einfachen sowie zuverlässigen Aufbaus weiterzubilden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 sowie durch die Gegenstände der Ansprüche 6 und 13. Sie schafft ferner die Filtriervorrichtung des Anspruchs 30.
Nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 ist vorgesehen, dass an dem aus dem Behälter vorstehenden Ende jeder drehbaren Hohlwelle eine drehbare Pumpscheibe angeordnet oder ausgebildet ist, die einen Teil einer Zentrifugalpumpenanordnung zum Pumpen von Permeat bildet. Derart wird auf einfache Weise ein Abpumpen von Permeat aus dem Behälter durch Membranfilterscheiben und die Hohlwellen bis in eine Ableitung realisierbar. Eine den konstruktiven Aufwand erhöhende separate Pumpe wie beispielsweise eine Vakuumpumpe ist nicht erforderlich. Die Antriebsvorrichtung zum Drehen der Hohlwellen mit den Membranfilterscheiben treibt vielmehr auch die Zentrifugalpumpe mit an.
Es ist zweckmäßig und konstruktiv besonders einfach, wenn an den jeweils außerhalb des Behälters anordbaren Enden der Hohlwellen wenigstens zwei oder sogar sämtliche der Pumpscheiben in einem gemeinsamen Ableitungsbehälter angeordnet sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Ableitungsbehälter eine Ableitung aufweist und ansonsten abgedichtet ausgebildet und an das Maschinengestell angesetzt ist.
Nach einer Weiterbildung, die aber auch als separate Erfindung betrachtet werden kann, sind die Hohlwellen außerhalb des Behälters drehbar in einem Maschinengehäuse – welches das Maschinengestell bildet – gelagert. Ein Maschinengehäuse ist vorteilhaft, da es einfach und in stabiler Ausgestaltung insbesondere als Metallgußteil ausgebildet ist.
Es ist vorteilhaft, wenn das Maschinengehäuse einen Außenmantel aufweist und einen oder mehrere Radialbünde, die sich vom Außenmantel radial nach innen erstrecken und dass einer oder zwei dieser Radialbünde dazu dienen, die Hohlwellen jeweils mit Lagereinrichtungen, insbesondere mit zwei axial beabstandeten Wälzlagern, drehbar im Maschinengehäuse zu lagern. Dies trägt zu einer stabilen und kompakten Ausgestaltung bei.
Dabei kann das Maschinengehäuse zumindest einen Antriebsmotor, eine Antriebsverbindung zu den Hohlwellen, vorzugsweise einen Umschlingungsriementrieb, und Lagereinrichtungen aufnehmen bzw. einfassend umgeben, so dass diese Komponenten gut geschützt liegen.
Nach einer anderen Weiterbildung, die aber auch als separate Erfindung betrachtet werden kann, sind auf jeder Hohlwelle jeweils mehrere oder viele der Membranfilterscheiben axial beabstandet angeordnet, und zwischen einem Teil oder sämtlichen benachbarten Membranfilterscheiben sind Distanzhülsen angeordnet, welche die Membranfilterscheiben auf den Hohlwellen axial zueinander beabstanden. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein einfaches Anordnen der Membranfilterscheiben auf den Hohlwellen.
Nach einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Distanzringe aus einem verformbaren, insbesondere vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Material bestehen. Bevorzugt wird dabei weiter, dass die Distanzringe aus einem zähelastischen Material bestehen. Denn derart kann in der Einbaustellung an den Hohlwellen eine leichte Verformung der Distanzhülsen vorteilhaft dazu genutzt werden, die Membranfilterscheiben auf den Hohlwellen drehfest anzuordnen. Dazu ist es ergänzend weiter vorteilhaft, wenn die Hohlwellen einen nicht kreisrunden, insbesondere einen eckigen Außenquerschnitt ausbilden. Die Distanzringe können eine gleiche axiale Dicke aufweisen oder ggf. auch jedenfalls in Abständen eine unterschiedliche Dicke, um ggf. derart Toleranzen an den Membranfilterscheiben auszugleichen. Dies erspart ggf. ein Nach- oder Anschleifen der Membranfilterscheiben, um diese auf eine sehr gleichmäßige Dicke zu bringen.
Dabei ist es weiter vorteilhaft, wenn die Hohlwellen parallel zueinander ausgerichtet sind und dass sie derart beabstandet sind und dass die Membranfilterscheiben so axial auf ihnen angeordnet sind, dass sich die Membranfilterscheiben auf den Hohlwellen radial überlappen. Denn auf diese Weise werden auf einfache Weise vorteilhafte Strömungsverhältnisse im Behälter zur Membranfiltration erzeugt.
Es ist weiter konstruktiv einfach und vorteilhaft, wenn die Membranfilterscheiben jeweils sich radial erstreckende Permeatkanäle und/oder einen Ringspalt aufweisen, der/die radial nach innen offen ausgebildet ist/sind und wenn die Permeatkanäle und/oder der Ringspalt bzw. die Ringspalte nach innen zu den Hohlwelle hin in jeweils mindestens einen axial verlaufenden Axialkanal am Außenumfang der jeweiligen Hohlwellen münden.
Dabei ist zudem bevorzugt, dass sich die Axialkanäle jeweils über den gesamten oder jedenfalls größten Teil des axialen Abschnittes der Hohlwellen erstrecken, der innerhalb des Behälters anordbar ist, um möglichst viele der Membranfilterscheiben in diesem Bereich anordnen zu können.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung, welche die Art der Ableitung des Permeats von den Membranfilterscheiben vorteilhaft weiterbildet, können die Axialkanäle jeweils mit einer oder mehreren axial beabstandeten, sich radial erstreckenden Bohrungen versehen sein, die in einen Längskanal innerhalb der jeweiligen Hohlwellen münden. Dabei ist es zudem bevorzugt, wenn sich der Längskanal jeweils vorzugsweise über die gesamte Länge der Hohlwellen erstreckt und abschnittsweise innerhalb des Behälters und abschnittsweise außerhalb des Behälters anordbar ist bzw. angeordnet wird. Es ist weiter konstruktiv einfach und sicher, wenn die Hohlwellen eine Durchmesservergrößerung, insbesondere einen Bund oder einen Hülsenaufsatz aufweisen und derart in einer ersten Richtung axial die Axialkanäle verschließen. Dabei ist es weiter vorteilhaft, wenn an den im Behälter anordbaren Enden der Hohlwellen jeweils eine Abdeckungseinrichtung vorgesehen ist, die den oder die Axialkanäle in dieser Richtung verschließen.
So können die Hohlwellen jeweils über die axiale Länge, auf welchen auf ihnen die Anordnungen aus axial gestapelten Membranfilterscheiben und den Distanzhülsen angeordnet sind, je nach Anzahl der Axialkanäle außen regelmäßig mehreckig ausgebildet sein.
Nach einer Weiterbildung, die besonders bevorzugt wird, ist vorgesehen, dass der Abstand der nichtrunden Bereiche, insbesondere Ecken, der Hohlwellen und der Innenradius der Distanzhülsen und der Membranfilterscheiben derart gewählt und abgestimmt ist, dass die Distanzhülsen und die Membranfilterscheiben, bei der Montage zunächst mit Spielpassung auf den Ecken der Hohlwellen aufsetzbar sind, so dass in einem Endmontagezustand nahezu linienförmige Anlagebereiche im Bereich der Ecken zwischen dem Außenumfang der Hohlwellen und dem Innenumfang der Distanzhülsen und der Membranfilterscheiben ausgebildet werden, wobei zwischen benachbarten Anlagebereichen die Axialkanäle verlaufen.
Nach einer weiteren konstruktiven Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abdeckeinrichtungen axial über eine Feder – insbesondere eine oder mehrere Tellerfedern – auf die jeweilige Anordnung aus axial gestapelten Membranfilterscheiben und den Distanzhülsen mit einer Vorspannkraft wirken. Vorzugsweise ist diese Vorspannung vorteilhaft derart gewählt, dass sich die Distanzhülsen leicht so verformen, dass ihr Innenumfang im Bereich der Ecken bzw. der größten Außendurchmesser an den Außenumfang der nicht kreisrunden Hohlwellen gedrückt wird, so dass die Anordnung aus axial gestapelten Membranfilterscheiben und den Distanzhülsen drehsicher auf den Hohlwellen festgespannt ist. Durch die vorzugsweise zähelastischen Distanzringe lässt sich die Spannkraft sehr gleichmäßig und schonend auf die Membranfilterscheiben übertragen, die in der Regel ungeschliffen und eher rauh ausgebildet sind.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt:
1 in a) eine geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtrieranordnung für eine Filtriervorrichtung, in b) eine Ausschnittsvergrößerung aus a), in c) einen Schnitt senkrecht zu a) längs der Linie A-A und in d) einen Schnitt senkrecht zu a) längs der Linie B-B;
2 in a) einen zu 1 senkrecht orientierten Schnitt eines Teilbereichs einer Filtrieranordnung nach Art der 1 mit einer in diesem Schnitt sichtbaren Antriebsvorrichtung, in b) eine Ausschnittsvergrößerung aus a) und in c) einen Schnitt senkrecht zu a) längs der Linie C-C.
Die 1 und 2 zeigen verschiedene Schnittansichten einer Filtrieranordnung 1 für eine (hier nur abschnittsweise abgebildete) Filtriervorrichtung 2. Diese Filtriervorrichtung 2 ist in der Regel ein Teil einer hier nicht dargestellten, übergeordneten Fabrikationsanlage zur Herstellung eines Produktes.
Die Filtriervorrichtung 2 weist einen – hier nur abschnittsweise dargestellten – Behälter 3 zur Aufnahme einer oder mehrerer der Filtrieranordnungen 1 und einer zu filtrierenden Suspension auf. Der Behälter 3 ist mit wenigstens einem Zulauf und wenigstens einem Ablauf versehen (die hier nicht dargestellt sind). Er weist ferner wenigstens eine Öffnung 4 auf. Diese Öffnung 4 ist mit einem Flansch 5 versehen. An diesen Flansch 5 ist ein korrespondierend ausgebildeter Montageflansch 6 einer der Filtrieranordnungen 1 montierbar. Vorzugsweise erfolgt diese Montage mittels Schrauben, welche den Flansch durchsetzen (hier nicht dargestellt). Vorzugsweise weist jeder Behälter 1 nur eine einzige Öffnung 4 auf und es ist an jedem Behälter 3 nur eine einzige er Filtrationseinrichtungen 1 montiert. Es ist aber auch denkbar, an einem Behälter 3 mehrere der Öffnungen 4 vorzusehen und mehrere der Filtrieranordnungen 1 zu montieren.
Im Sinne dieser Beschreibung bilden wenigstens eine Filtrieranordnung 1 oder mehrere der Filtrieranordnungen 1 und wenigstens einer der Behälter 3 gemeinsam eine bzw. die Filtriervorrichtung 2.
Die wenigstens eine (hier nicht dargestellte) Zuleitung dient zur Zuleitung einer zu filtrierenden fließfähigen Suspension in den Behälter 3. Entweder dieselbe Zuleitung oder eine weitere Zuleitung ermöglicht dagegen das Einleiten einer Reinigungsflüssigkeit zur Durchführung einer Reinigung, insbesondere einer CIP-Reinigung, in den Prozesstank 1. Eine optionale weitere Zuleitung ermöglicht es, den Prozesstank 1 mit Luft oder Gas, insbesondere Inertgas, ggf. unter Druck, zu beaufschlagen (hier jeweils nicht dargestellt).
Die Filtrieranordnung 1 ist als Membran-Filtrieranordnung ausgebildet. Sie weist wenigstens zwei oder mehr drehbare Hohlwellen 7, 8 auf. Eine Anordnung mit zwei der Hohlwellen 7, 8 wird bevorzugt, da sie kompakt baut aber dennoch sehr gut arbeitet.
Nach 1 und 2 sind die Drehachsen D1 und D2 der Hohlwellen 7, 8 jeweils horizontal ausgerichtet. Diese Ausrichtung wird bevorzugt, da sie eine einfache Montage der Filtriereinrichtung an bzw. in den Behälter sicherstellt. Es ist aber auch eine andere Orientierung der Hohlwellen 7, 8 im Raum denkbar, insbesondere eine schräge Ausrichtung oder eine vertikale Ausrichtung (hier nicht dargestellt).
Auf den Hohlwellen 7, 8 sind jeweils mehrere oder viele Membranfilterscheiben 9, 10 angeordnet. Diese sind axial zueinander beabstandet auf den Hohlwellen 7, 8 angeordnet. Zwischen den Membranfilterscheiben 9, 10 sind Distanzhülsen 11 angeordnet, welche die Membranfilterscheiben 9, 10 auf den Hohlwellen 7, 8 axial zueinander beabstanden (siehe insbesondere 1b und 2b).
Die Hohlwellen 7, 8 sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet. Sie sind derart beabstandet und die Membranfilterscheiben 9, 10 sind so axial auf ihnen angeordnet, dass sich die Membranfilterscheiben 9, 10 auf den beiden Hohlwellen 7, 8 radial überlappen. D.h., die Membranfilterscheiben 9, 10 auf den beiden Hohlwellen 7, 8 greifen wechselweise überlappend ineinander, wobei sie sich nicht berühren.
Derart wird im Betrieb bei Drehungen der Hohlwellen 7, 8 eine vorteilhafte Strömung in der Suspension im Behälter 3 erzeugt, welche die Filtration begünstigt.
Die Membranfilterscheiben 9, 10 bestehen bevorzugt aus einer Keramik. Sie weisen ferner bevorzugt einen zweischichtigen Aufbau (siehe 1b und 2b) auf, wobei zwischen den beiden oberen und unteren Keramikschichten 12, 13 sich radial erstreckende Permeatkanäle 14 und/oder ein vorzugsweise umfanggeschlossener Ringspalt ausgebildet ist. Radial nach außen hin werden dieser Permeatkanäle 14 oder der Ringspalt von den Keramikschichten 12, 13 abgeschlossen, die zumindest radial weiter außen miteinander verbunden sind. Bei der Filtration durchdringt die filtrierte Flüssigkeit – das Permeat– die Keramikschichten und wird durch die Permeatkanäle und/oder den Ringspalt abgeleitet. Im Behälter 3 verbleibt das unfiltrierte Retentat. Abgezogenes Flüssigkeitsvolumen kann je nach Anwendung ggf. für einen gewissen Zeitraum im Behälter 3 durch Zugabe von Suspension oder ggf. einer anderen Flüssigkeit auch wieder aufgefüllt werden, oder das geringer werdende Flüssigkeitsvolumen im Behälter 3 kann mit einem geeigneten Gas überlagert werden.
Radial nach innen sind die Permeatkanäle 14 und/oder ein entsprechender Ringspalt offen ausgebildet. Die Permeatkanäle 14 und/oder der Ringspalt bzw. die Ringspalte münden nach innen zu den Hohlwellen 7 bzw. 8 hin in jeweils mindestens einen axial verlaufenden Axialkanal 15 am Außenumfang der jeweiligen Hohlwellen 7, 8. Die Axialkanäle 15 erstreckt sich vorzugsweise jeweils über den größten Teil des axialen Abschnittes der Hohlwellen 7, 8, der innerhalb des Behälters 3 liegt.
Die Axialkanäle 15 sind jeweils mit einer oder mehreren axial beabstandeten, sich radial erstreckenden Bohrungen 16 versehen, die in einen Längskanal 17 innerhalb der jeweiligen Hohlwellen 7, 8 münden. Die Hohlwellen 7, 8 dienen selbst als Ableitungskanäle für das Permeat. Der Längskanal 17 erstreckt sich jeweils vorzugsweise über die gesamte Länge der Hohlwellen 7, 8 und liegt somit abschnittsweise innerhalb des Behälters 3 und abschnittsweise außerhalb des Behälters 3. Die Hohlwellen 7, 8 und der in ihnen axial verlaufende Längskanal 17 durchsetzen derart die Öffnung 4 des Behälters 3.
Die Hohlwellen 7, 8 weisen zur Öffnung 4 des Behälters 3 eine Durchmesservergrößerung oder einen Hülsenaufsatz 19 auf und verschließen in dieser Richtung axial die Axialkanäle 15. An den von der Öffnung abgewandten freien Enden der Hohlwellen 7, 8 im Behälter 3 ist jeweils eine Abdeckungseinrichtung 18 vorgesehen. Diese Abdeckungseinrichtung 18 verschließt in dieser Richtung den oder die Axialkanäle 15. Die Abdeckungseinrichtung 18 kann als Schraubabdeckung ausgebildet sein und auf einen Gewindeabschnitt an der jeweiligen Hohlwelle 7, 8 aufgeschraubt sein.
Die Distanzringe 11 bestehen vorzugsweise aus einem elastischen Material. Die Elastizität dieses Materials soll nicht zu groß sein, so dass insofern auch von einem zähelastischen Material gesprochen werden kann.
Zur Öffnung 4 hin sind die Membranfilterscheiben 9, 10 und die Distanzhülsen 11 an dem radial vorstehenden Hülsenaufsatz 19 auf den Hohlwellen 7, 8 abgestützt. Von der anderen Seite her drücken die Abdeckungseinrichtungen 18 als Abdeckung und Spanneinrichtungen axial auf die Anordnungen aus axial gestapelten Membranfilterscheiben 9 bzw. 10 und den Distanzhülsen 11.
Um die Anordnungen aus axial gestapelten Membranfilterscheiben 9 bzw. 10 und den Distanzhülsen 11 auf der oder den jeweiligen Hohlwellen zu zentrieren, ist es nach einer Variante vorteilhaft, wenn die Hohlwellen 7, 8 keinen runden sondern einen nicht kreisrunden, insbesondere einen eckigen Außenquerschnitt ausbilden.
Die Hohlwellen sind dann vorzugsweise jeweils über die axiale Länge, auf welchen auf ihnen die Anordnungen aus axial gestapelten Membranfilterscheiben 9 bzw. 10 und den Distanzhülsen 11 angeordnet sind, nicht kreisrund ausgebildet. Sie können beispielsweise oval ausgebildet sein. Insbesondere sind sie an ihrem Außenumfang im Querschnitt in diesem Abschnitt je nach Anzahl der Axialkanäle regelmäßig mehreckig. Nach 2b sind die Hohlwellen 7, 8 jedenfalls über die axiale Länge, auf welchen auf ihnen die Anordnungen aus axial gestapelten Membranfilterscheiben 9 bzw. 10 und den Distanzhülsen 11 angeordnet sind, im Querschnitt achteckig.
Dabei ist der Außenradius durch die Ecken der Hohlwellen (bei ovalem Querschnitt ist dies entsprechend der größte Durchmesser) vorzugsweise derart gewählt, dass die Distanzhülsen 11 und die Membranfilterscheibe 9, 10, die an ihrem Innenumfang vorzugsweise kreisrund sind, einen Innenumfang aufweisen, der es erlaubt, sie bei der Montage zunächst mit Spielpassung auf den Ecken zu montieren, so dass nahezu linienförmige Anlagebereiche 20 im Bereich der Ecken zwischen dem Außenumfang der Hohlwellen 7, 8 und dem Innenumfang der Distanzhülsen 11 und der Membranfilterscheiben 9, 10 ausgebildet werden, wobei zwischen benachbarten linienförmigen Anlagebereichen 20 die Axialkanäle 15 entstehen (siehe 1c).
Die Abdeckeinrichtungen 18 weisen vorzugsweise einen Stopfen 21 (Siehe 1b) auf, mit dem der jeweilige Längskanal 17 in den Hohlwellen 7, 8 axial verschlossen wird. Die Abdeckeinrichtungen 18 weisen ferner eine Abdeckkappe 22 auf, die das jeweilige Ende der Hohlwellen 7, 8 und den Stopfen 21 übergreift. Diese Abdeckkappen 22 sind vorzugsweise als Schraubkappen ausgebildet, die auf einen Gewindeabschnitt am Ende der Hohlwellen 7, 8 im Behälter 3 aufschraubbar sind. Sie können axial direkt oder über eine Feder 23, beispielsweise eine Art Federring – insbesondere eine oder mehrere Tellerfedern – auf die jeweilige Anordnung aus axial gestapelten Membranfilterscheiben 9 bzw. 10 und den Distanzhülsen 11 wirken.
Derart kann vorteilhaft einstellbar eine Vorspannung parallel zu den Drehachsen D1, D2 aufgebaut werden. Dies dient dazu, eine definierte Vorspannung bzw. Vorspannkraft auf die jeweilige Anordnung aus axial gestapelten Membranfilterscheiben 9 bzw. 10 und den Distanzhülsen 11 aufzubauen/aufzubringen, die an der anderen Seite an dem Bund oder dem Hülsenaufsatz 19 als Durchmesservergrößerung auf der Hohlwelle 7, 8 abgestützt sind.
Die Vorspannkraft wird derart gewählt, dass sich die Distanzhülsen 11 so insbesondere vorzugsweise elastisch verformen, dass ihr Innenumfang im Bereich der Ecken bzw. der größten Außendurchmesser an den Außenumfang der nicht kreisrunden Hohlwellen 7, 8 gedrückt wird. Derart wird die gesamte Anordnung aus axial gestapelten Membranfilterscheiben 9 bzw. 10 und den Distanzhülsen 11 auf einfache aber dennoch sichere Weise drehsicher auf den Hohlwellen 7, 8 festgespannt.
Vorzugsweise sind zwei oder mehr, insbesondere zwei bis zehn der vorstehend beschriebenen Hohlwellen pro Filtriervorrichtung 2 vorgesehen. Die vorstehende Erläuterung des Aufbaus der Hohlwellen 7, 8 bezieht sich daher bevorzugt auf zwei oder mehr der Hohlwellen 7, 8, wobei sich vorzugsweise jeweils zwei der Hohlwellen bzw. präziser der darauf angeordneten Membranfilterscheiben 9, 10 radial überdecken.
Die Hohlwellen 7, 8 sind außerhalb der Behälters 3 drehbar in einem Maschinengehäuse 24 – welches das Maschinengestell bildet – gelagert. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
Das Maschinengehäuse 24 ist hier in bevorzugter Ausgestaltung als Metallgußteil ausgebildet. Diese Art der Ausgestaltung ist einfach realisierbar, aber dennoch stabil und kostengünstig.
Das Maschinengehäuse 24 weist hier (siehe 2c) im Querschnitt beispielhaft eine etwa dreieckige Geometrie auf und ist derart stabil ausgelegt.
Das Maschinengehäuse 24 ist direkt oder über eine Flanschplatte 25 mit dem Flansch 6 und mit einer oder mehreren Durchführung(en) 26 für die Hohlwellen 7, 8 an den Behälter 3 angeflanscht. Dabei können am Außenumfang der Hohlwellen 7, 8 eine oder mehrere ein- oder mehrteilige Dichtungsanordnungen 27 z.B. an der Durchmesservergrößerung ausgebildet sein, um jeweils eine abgedichtete Drehdurchführung an der Öffnung 4, insbesondere an der Flanschplatte 25, für die jeweiligen Hohlwellen 7, 8 auszubilden.
Das Maschinengehäuse 24 weist vorzugsweise einen Außenmantel 28 auf und einen oder mehrere Radialbünde 29a, b und 30a, b (jeder Radialbund weist hier eine innere vorzugsweise kreisrunde Durchführung für die Hohlwellen auf), die sich vom Außenmantel 28 radial nach innen erstrecken.
Vorzugsweise dienen einer oder zwei dieser Radialbünde 29b, 30a dazu, die Hohlwellen 7, 8 jeweils mit Lagereinrichtungen 31, 32, insbesondere mit zwei axial beabstandeten Wälzlagern, drehbar im Maschinengehäuse 24 zu lagern (1a).
Jede der Hohlwellen 7, 8 ist von einer Antriebsvorrichtung 33 drehbar (siehe 1a, 2a und 2c). Dies wird weiter unten noch näher beschrieben. Bevorzugt wird eine Antriebsvorrichtung mit einem – insbesondere elektrischen – Antriebsmotor 34 und vorzugsweise einem Umschlingungstrieb, insbesondere einem Riementrieb 35 als Antriebsverbindung zu den Hohlwellen 7, 8 realisiert.
Der Riementrieb 35 bzw. dessen Antriebsriemen 40, insbesondere Keilriemen, umschlingt Riemenscheiben 36, 37, 38 auf den Hohlwellen 7, 8 und auf einer Antriebswelle 39 des Antriebsmotors 34 (siehe 2c). Die Riemenscheiben 36, 37 können außerhalb des Behälters 3 an sich an einer beliebigen axialen Stelle auf den Hohlwellen 7, 8 angeordnet werden. Hier sind sie bezogen auf den Behälter 3 axial auf der von den Lagereinrichtungen 31, 32 abgewandten Seite der Hohlwellen 7, 8 angeordnet, könnte aber auch zwischen den Lagereinrichtungen 31, 32 angeordnet sein.
Eine Spanneinrichtung 41 kann spannend bzw. federnd auf den Riementrieb 35 bzw. den eigentlichen Riemen 40 wirken.
Der Antriebsmotor 34 ist vorzugsweise an einem Abschnitt 42 des Maschinengehäuses 24 angebracht, der seitlich der Hohlwellen 7, 8 liegt. Der Antriebsmotor 34 kann in diesem Bereich mit einer Haube 55 abgedeckt sein oder abschnittsweise freiliegen. Ein optionaler Anschlusskasten 43 enthält elektrische Anschlüsse für den Antriebsmotor 34.
Es ist vorteilhaft, wenn das Maschinengehäuse 24 zumindest den Antriebsmotor 34, die Antriebsverbindung zu den Hohlwellen 7, 8 und die Lagereinrichtungen 31, 32 für die Hohlwellen aufnimmt bzw. jedenfalls im Wesentlichen einfassend mit dem Außenmantel 28 umgibt, so dass diese Komponenten gut geschützt liegen.
An dem außerhalb des Behälters 3 liegenden Enden der Hohlwellen 7, 8 ist eine Ableitungseinrichtung mit einer Zentrifugalpumpe ausgebildet (siehe insbesondere 1a und 1d). Diese Ableitungseinrichtung besteht auf jeder Hohlwelle vorzugsweise aus jeweils mindestens einer Pumpscheibe 44, 45, die jeweils vorzugsweise auf die – axialen Enden der – Hohlwellen 7, 8 aufgesetzt sind und die wenigstens einen oder zwei oder mehr in radialer Ebene winklig schräg zur jeweiligen Radialrichtung von den axialen Längskanälen 17 nach außen verlaufenden Querkanal 46, 47 aufweisen.
Derart bilden die Pumpscheiben 44, 45 Pumpenradanordnungen, mit denen Permeat gepumpt wird. Im Betrieb wird bezogen auf 1d eine Drehung der Hohlwellen im Uhrzeigersinn realisiert. Die Pumpscheiben 44, 45 sind innerhalb eines Ableitungsraumes 48 angeordnet. Dieser Ableitungsraum 48 wird hier aus einem Ableitungsbehälter 49 mit wenigstens einer Ableitung 50 gebildet, der an das Maschinengehäuse 24 angesetzt ist. In dem Ableitungsraum als Abpumpraum 48 sind die Pumpscheiben 44, 45 angeordnet. Er wird hier vorzugsweise ferner von Scheiben 51, 52, an denen die Hohlwellen 7, 8 drehdurchführungsartig und vorzugsweise mit Gleitringdichtungen abgedichtet aus dem Maschinengehäuse 24 geführt sind. Der Ableitungsbehälter 49 ist vorzugsweise wannenartig ausgebildet und mit seiner offenen Seite an dem Maschinengehäuse 24 montiert, insbesondere an dieses angeflanscht.
Die Ableitung 50 kann je nach Wunsch an verschiedenen Stellen des Ableitungsbehälters 49 ausgebildet sein, so nach einer Variante an der in Einbaustellung am Behälter tiefsten Stelle oder an einer so hohen Stelle, dass die vorstehend erwähnten Gleitringdichtungen im Betrieb nicht trocken werden.
Im Ableitungsraum 48, insbesondere im Ableitungsbehälter 49, können eine oder mehrere Rippen 53, 54 vorgesehen sein, die verhindern sollen, dass sich die Pumpscheiben 44, 45 nachteilig strömungstechnisch beeinflussen.
Im Betrieb wird der Behälter 3 mit einer fließfähigen Suspension befüllt. Sodann werden die Hohlwellen 7, 8 in Drehung versetzt. Derart wird Flüssigkeit durch die Keramikschichten 12, 13 in die Permeatkanäle 14 gesaugt, fließt von dort in die Axialkanäle 15 und die Bohrungen 16 in die beiden Längskanäle 17 und von dort durch die Pumpenscheiben 44, 45 mit den Querkanälen 46, 47 in den Ableitungsraum 48, aus dem das Permeat durch die Ableitung 50 abfließt.
Anzumerken ist, dass sich zum Erreichen guter Filtrationsergebnisse folgende Bereiche insbesondere bewährt haben:

– die Membranfilterscheiben 9, 10 weisen vorzugsweise einen Durchmesser von 50–500 mm auf, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 200 bis 400 mm;
– die Umfangsdrehgeschwindigkeit im Betrieb beträgt am Außenumfang der Membranfilterscheiben 9, 10 bevorzugt 5 bis 50 m/sec; und/oder
– die Anzahl an Hohlwellen pro Filtrieranordnung beträgt vorzugsweise zwei bis zehn;
– die Anzahl an Membranfilterscheiben 9, 10 je Hohlwelle beträgt vorzugsweise 10 bis 250 Stück, insbesondere 40 bis 150 Stück.

Bezugszeichenliste

1: Filtrieranordnung
2: Filtriervorrichtung
3: Behälter
4: Öffnung
5: Flansch
6: Montageflansch
7, 8: Hohlwellen
9, 10: Membranfilterscheiben
11: Distanzhülsen
12, 13: Keramikschichten
14: Permeatkanäle
15: Axialkanal
16: Bohrungen
17: Längskanal
18: Abdeckeinrichtungen
19: Bund
20: Anlagebereiche
21: Stopfen
22: Abdeckkappen
23: Feder
24: Maschinengehäuse
25: Flanschplatte
26: Durchführung
27: Dichtungsanordnungen
28: Außenmantel
29, 30: Radialbunde
31, 32: Lagereinrichtungen
33: Antriebsvorrichtung
34: Antriebsmotor
35: Riementrieb
36, 37, 38: Riemenscheiben
39: Antriebswelle
40: Antriebsriemen
41: Spanneinrichtung
42: Abschnitt
43: Anschlusskasten
44, 45: Pumpscheiben
46, 47: Querkanal
48: Ableitungsraum
49: Ableitungsbehälter
50: Ableitung
51, 52: Scheiben
53, 54: Rippen
55: Haube
D1, D2: Drehachsen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009010484 [0002]
DE 202005018806 A [0002]

Claims

Filtrieranordnung für eine Filtriervorrichtung, wobei die Filtriervorrichtung einen Behälter (3) aufweist und wobei die Filtrieranordnung folgendes aufweist: a. wenigstens zwei oder mehre in einem Maschinengestell drehbar gelagerte Hohlwellen (7, 8), b. auf denen eine Mehrzahl von Membranfilterscheiben (9, 10) angeordnet sind, c. wobei der wenigstens einen oder den mehreren Hohlwellen (7, 8) wenigstens eine Antriebsvorrichtung zugeordnet ist, d. wobei die Ableitung von Permeat aus dem Behälter (3) durch die Hohlwellen (7, 8) realisierbar ist, und e. wobei jede Hohlwelle (7, 8) an einem ihrer Enden mit der Mehrzahl von Membranfilterscheiben (9, 10) in den Behälter (3) einsetzbar ist, so dass sie an ihrem entgegengesetzten Ende aus dem Behälter (3) nach außen vorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass f. an dem entgegengesetzten Ende jeder drehbaren Hohlwelle (7, 8) eine drehbare Pumpscheibe (44, 45) angeordnet oder ausgebildet ist, die einen Teil einer Zentrifugalpumpenanordnung zum Pumpen von Permeat bildet.
Filtrieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeweils außerhalb des Behälters (3) anordbaren Enden der Hohlwellen (7, 8) wenigstens zwei der Pumpscheiben (44, 45) oder sämtliche der Pumpscheiben (44, 45) in einem gemeinsamen Ableitungsbehälter (49) angeordnet sind.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitungsbehälter (49) eine Ableitung (50) aufweist und ansonsten abgedichtet ausgebildet und an das Maschinengestell angesetzt ist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Pumpscheibe (44, 45) einen oder mehrere senkrecht zu einem Ableitungskanal (17) in den jeweiligen Hohlwellen (7, 8) schräg zu einer Radialrichtung verlaufenden Ableitungskanal (46, 47) aufweist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitungsbehälter (49) wannenartig ausgebildet ist und/oder eine oder mehrere innere Rippen (53, 54) aufweist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwellen (7, 8) außerhalb des Behälters (3) drehbar in einem Maschinengehäuse (24) – welches das Maschinengestell bildet – drehbar gelagert sind.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (24) als Metallgußteil ausgebildet ist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (24) einen Außenmantel (28) aufweist und einen oder mehrere Radialbünde (29a, b und 30a), die sich vom Außenmantel (28) radial nach innen erstrecken und dass einer oder zwei dieser Radialbünde (29b, 30a) dazu dienen, die Hohlwellen (7, 8) jeweils mit Lagereinrichtungen (31, 32), insbesondere mit zwei axial beabstandeten Wälzlagern, drehbar im Maschinengehäuse (24) zu lagern.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (24) zumindest einen Antriebsmotor (34), eine Antriebsverbindung zu den Hohlwellen (7, 8) und Lagereinrichtungen für die Hohlwellen (7, 8) jedenfalls im Wesentlichen einfassend umgibt.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (24) direkt oder über eine Flanschplatte (25) mit dem Flansch (6) und mit einer Durchführung (26) für die Hohlwellen (7, 8) an den Behälter (3) anflanschbar ist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Hohlwellen (7, 8) mit einem Umschlingungstrieb antreibbar ist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (24) einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Hohlwelle (7, 8) jeweils mehrere oder viele der Membranfilterscheiben (9, 10) axial beabstandet angeordnet sind, und das zwischen einem Teil oder sämtlichen benachbarten Membranfilterscheiben (9, 10) verformbare Distanzhülsen (11) angeordnet sind, welche die Membranfilterscheiben (9, 10) auf den Hohlwellen (7, 8) axial zueinander beabstanden.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzringe (11) aus einem insbesondere elastisch verformbaren Material bestehen.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzringe (11) aus einem zähelastischen Material bestehen.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwellen (7, 8) parallel zueinander ausgerichtet sind und dass sie sind derart beabstandet sind und dass die Membranfilterscheiben (9, 10) so axial auf ihnen angeordnet sind, dass sich die Membranfilterscheiben (9, 10) auf den Hohlwellen (7, 8) radial überlappen.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Membranfilterscheibe (9, 10) sich radial erstreckende Permeatkanäle (14) und/oder einen Ringspalt aufweist, der/die radial nach innen offen ausgebildet sind und dass die Permeatkanäle (14) und/oder der Ringspalt bzw. die Ringspalte nach innen zu den Hohlwellen (7 bzw. 8) hin in jeweils mindestens einen axial verlaufenden Axialkanal (15) am Außenumfang der jeweiligen Hohlwellen (7, 8) münden.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Axialkanäle (15) jeweils über den größten Teil des axialen Abschnittes der Hohlwellen (7, 8) erstrecken, der innerhalb des Behälters (3) anordbar ist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwellen (7, 8) jeweils mit einer oder mehreren axial beabstandeten, sich radial erstreckenden Bohrungen (16) versehen sind, die von den Axialkanälen (15) ausgehend in einen Längskanal (17) innerhalb der jeweiligen Hohlwellen (7, 8) münden.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Längskanal (17) jeweils vorzugsweise über die gesamte Länge der Hohlwellen (7, 8) erstreckt und abschnittsweise innerhalb des Behälters (3) und abschnittsweise außerhalb des Behälters (3) anordbar ist.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwellen (7, 8) eine Durchmesservergrößerung, insbesondere einen Bund oder einen Hülsenaufsatz (19) aufweisen und derart in einer ersten Richtung axial die Axialkanäle (15) verschließen.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den im Behälter (3) anordbaren Enden der Hohlwellen (7, 8) jeweils eine Abdeckungseinrichtung (18) vorgesehen ist, die den oder die Axialkanäle (15) in dieser Richtung Verschließen.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwellen (7, 8) einen nicht kreisrunden, insbesondere einen eckigen Außenquerschnitt ausbilden.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils über die axiale Länge, auf welcher die Anordnungen aus axial gestapelten Membranfilterscheiben (9 bzw. 10) und den Distanzhülsen (11) angeordnet sind, die Hohlwellen (7, 8) außen nicht kreisrund ausgebildet sind.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils über die axiale Länge, auf welchen auf ihnen die Anordnungen aus axial gestapelten Membranfilterscheiben (9 bzw. 10) und den Distanzhülsen (11) angeordnet sind, die Hohlwellen (7, 8) außen regelmäßig mehreckig ausgebildet sind.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand gegenüberliegender nichtrunder Bereiche, insbesondere Ecken, der Hohlwellen (7, 8) und der Innenradius der Distanzhülsen (11) derart gewählt und abgestimmt ist, dass die Distanzhülsen (11) bei der Montage zunächst mit Spielpassung auf die Hohlwellen (7, 8) aufsetzbar sind und dass nach der Montage durch Aufbringen einer Vorspannkraft nahezu linienförmige Anlagebereiche (20) entstehen, wobei zwischen benachbarten Anlagebereichen die Axialkanäle verlaufen.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtungen (18) axial über eine Feder (23) – insbesondere eine oder mehrere Tellerfedern – auf die jeweilige Anordnung aus axial gestapelten Membranfilterscheiben (9 bzw. 10) und den Distanzhülsen (11) mit einer Vorspannkraft wirken.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtungen (18) über einer auf die Hohlwellen (7, 8) aufgeschraubte Abdeckkappe (22) und von dieser axial über die Feder (23) auf die jeweilige Anordnung aus axial gestapelten Membranfilterscheiben (9 bzw. 10) und den Distanzhülsen (11) mit der Vorspannkraft wirken.
Filtrieranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung derart gewählt ist, dass sich die Distanzhülsen (11) so verformen, dass ihr Innenumfang im Bereich der Ecken bzw. der größten Außendurchmesser an den Außenumfang der nicht kreisrunden Hohlwellen (7, 8) gedrückt wird, so dass die Anordnung aus axial gestapelten Membranfilterscheiben (9 bzw. 10) drehsicher auf den Hohlwellen (7, 8) festgespannt ist.
Filtriervorrichtung, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Filtrieranordnungen nach einem der vorstehenden Ansprüche und einen Behälter (3).