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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Filtern von bei Bearbeitung anfallenden Restpartikeln für eine Reinheitsprüfung zum Nachweis einer Technischen Sauberkeit, wobei ein bearbeitetes Bauteil mit einem Spülmedium gespült wird und das Spülmedium mit vorhandenen Restpartikeln der Filtereinrichtung mit mindestens einer Filtereinheit zugeführt wird, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Weiter betrifft die Erfindung eine Filtervorrichtung zum Filtern von bei spanender Bearbeitung anfallenden Restpartikeln für eine optische Reinheitsprüfung zum Nachweis einer Technischen Sauberkeit, wobei ein spanend bearbeitetes Bauteil mit einem Spülmedium gespült wird und das gesamte Spülmedium mit vorhandenen Restpartikeln eine Filtereinrichtung mit mindestens einer Filtereinheit zugeführt wird, gemäß Anspruch 7.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Filtern von bei Bearbeitung anfallenden Restpartikeln für eine Reinheitsprüfung zum Nachweis einer Technischen Sauberkeit, bei dem ein bearbeitetes Bauteil mit einem Spülmedium gespült wird, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein Filter und Filterverfahren auf dem Gebiet der technischen Sauberkeit bekannt. Derartige Filter und Filterverfahren sind ausgelegt, um eine hinreichend geringe Kontamination sauberkeitssensibler technischer Bauteile mit schädlichen Partikeln nachzuweisen. Dabei sollen die Filter und Filterverfahren nachweisen, dass unvermeidliche Partikelverunreinigungen oder Restschmutz in einem technischen System so gering ist, dass es zu keinem kurzfristigen oder langfristigen Funktionseinschränkungen und Systemschädigungen kommt, dieses System also im Sinne der Technischen Sauberkeit als hinreichend sauber gelten. Verschiedene Filter und Filterverfahren sind hierfür bekannt.
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So offenbart die
DE 33 13 271 C2 einen wegwerfbaren Filter mit einem Gehäuse, der zwei Formteile aus organischem Kunststoff, die je eine zylindrische Seitenwand und eine Stirnwand mit einer in der Nähe der Mitte der Stirnwand liegenden Flüssigkeitsdurchtrittsöffnung umfasst, wobei die zylindrischen Seitenwände der beiden Formteile aneinanderliegend ineinandergeschoben sind, eine Filterscheibe zwischen den beiden Formteilen angeordnet ist und ein verformbarer Ring aus organischem Kunststoff die ineinandergeschobenen Wände der beiden Formteile umgreift und die Formteile in zusammengefügtem Zustand hält, wobei der verformbare Ring durch Deformieren entfernbar ist, sodass die Formteile zum Entnehmen der Filterscheibe voneinander trennbar sind wobei die Formteile je eine Ringfläche in der Nähe des Umfanges der Stirnwand und konzentrisch zur zylindrischen Seitenwand aufweisen, die Filterscheibe mit ihrem Randbereich zwischen den Ringflächen der beiden Formteile angeordnet ist, ein Dichtungsring zwischen der Peripherie der Filterscheibe und einer der Ringflächen liegt und die Seitenwände der Formteile im zusammengefügten Zustand genügend ineinandergeschoben sind, um den Dichtungsring zu verdichten und die Peripherie der Filterscheibe abzudichten, und der aus organischem Kunststoff bestehende verformbare Ring mindestens einen die Deformierbarkeit des Ringes ergebenden, im Querschnitt verringerten Umfangsbereich aufweist, sodass der Ring durch Dehnen oder Zerreißen entfernbar ist.
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Aus der
EP 0 463 897 B1 ist ein Halter für kreisförmige Filtermembranen bekannt, mit einem Mittenhalteteil, einem Umfangshalteteil, die beide die Filtermembran halten, und mit einer Einrichtung zum Separieren eines Halteteils relativ vom anderen durch axiales Verstellen oder Kippen und somit Aufheben der Halterung des Umfangsteils der Membran durch das Umfangshalteteil, wobei die Einrichtung zum Separieren der zwei Halteteile aus einem fingerähnlichen Stempel besteht, dessen Achse senkrecht zu den oberen Flächen des Mitten- und des Umfangshalteteiles verläuft, der nahe dem Umfang des Mittenhalteteils angeordnet und so ausgelegt ist, dass er axial bewegt werden kann, um das Mittenteil vom Umfangsteil des Halters zu trennen.
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Aus der
DE 10 2005 049 227 B4 ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Partikelfracht eines Fluids bekannt, mit einer Messkammer mit einem Einlauf und einem Auslauf für das Fluid, mit einem in der Messkammer zwischen dem Einlauf und dem Auslauf angeordneten Partikelsieb zum Zurückhalten von Partikeln, deren Größe größer oder gleich einer vorbestimmten Mindestgröße ist, wobei das Partikelsieb die Messkammer in eine erste Teilkammer zwischen dem Einlauf und dem Partikelsieb und eine zweite Teilkammer zwischen dem Partikelsieb und dem Auslauf unterteilt, mindestens einer in der Messkammer angeordneten Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung des Partikelsiebes, sowie mindestens einer in der Messkammer angeordneten Bildaufnahmevorrichtung zur Erfassung eines Abbildes des Partikelsiebes.
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Aus der
DE 10 2010 041 930 A1 ist eine Vorrichtung für das Analysieren der Verschmutzung von Gegenständen, insbesondere von Werkstücken bekannt. In der Vorrichtung gibt es eine Spülzone für das Abspülen von angelagerten Schmutzpartikeln mittels eines Fluids. Die Vorrichtung hat eine Sammeleinrichtung, die ein Rückhaltemittel aufweist. Die Vorrichtung enthält eine Messeinrichtung für das Messen einer physikalischen Größe von in dem Rückhaltemittel aufgefangenen Schmutzpartikeln. Es ist weiter ein Filter vorgesehen. Der Filter ist als ein Abschnitt in einem Filterband ausgebildet. Dieses Filterband kann von einer Abwickelstation zu einer Aufwickelstation als Transporteinrichtung für den Abschnitt in dem Filterband bewegt werden.
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Aus der
DE 10 2012 218 489 A1 ist eine Vorrichtung für das Auffangen einer in einem Fluidvolumen aufgenommenen Schmutzpartikelfracht mit einer insbesondere bewegbaren flächigen, vorzugsweise bandförmigen Filtermembran bekannt, die zum Aufnehmen von Schmutzpartikeln durch eine Filterstation geführt ist, die einen Grundkörper mit einem Zuleitungskanal für das Zuführen von mit Schmutzpartikeln befrachtetem Fluid aufweist. Die Vorrichtung hat einen an den Grundkörper anlegbaren, verlagerbar angeordneten Gegenkörper, der mit einer in dem Grundkörper ausgebildeten Ausnehmung und/oder einer in dem Gegenkörper ausgebildeten Ausnehmung bei Anlegen des Gegenkörpers an den Grundkörper eine Filterkammer definiert, die durch die bandförmige Filtermembran in einen grundkörperseitigen Abschnitt und einen gegenkörperseitigen Abschnitt geteilt wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Filtereinrichtung, eine Filtervorrichtung sowie ein Verfahren zum Filtern von Restschmutz zu schaffen, bei welchem eine verbesserte optische Auswertbarkeit eines Reinheitsgrades verbessert ist.
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Diese und weitere Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren, eine Filtereinrichtung und eine Filtervorrichtung gemäß der unabhängigen Ansprüche.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben oder werden nachstehend im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einer Filtereinrichtung zum Filtern von bei Bearbeitung anfallenden Restpartikeln für eine Reinheitsprüfung zum Nachweis einer Technischen Sauberkeit, wobei ein bearbeitetes Bauteil mit einem Spülmedium gespült wird und das Spülmedium mit vorhandenen Restpartikeln der Filtereinrichtung mit mindestens einer Filtereinheit zugeführt wird, Mittel vorgesehen sind, umfassend einen Membranhalter, in dem auswechselbar mindestens eine Filtereinheit aufgenommen ist, mit einem Zufluss, über den Spülmedium mit Restpartikeln dem Membranhalter und der Filtereinheit zuführbar ist, und einem Ablauf, über den das Spülmedium, nachdem es die Filtereinheit passiert hat, aus dem Membranhalter abführbar ist, wobei die Filtereinheit derart angeordnet ist, dass diese zumindest in einem Bereich sich über einen Durchflussquerschnitt des Spülmediums mit Restpartikeln erstreckt, sodass das Spülmedium zumindest teilweise mit den Restpartikeln die Filtereinheit passiert, wobei der Membranhalter fluidisch mit dem Zulauf verbunden ist, wobei Verteilmittel vorgesehen sind, welche eine gleichmäßigere Verteilung des Restschmutzes über die gesamte Fläche der Filtereinheit unterstützen, sodass eine Auswertung der auf der Filtereinheit verbliebenen Restpartikel verbessert ist, wobei die Verteilmittel eine Zu-Abflussregelung umfassen, mit welcher das zugeführte Spülmedium mit den Restpartikeln über der Filtereinheit staubar ist, sodass sich die Restpartikel verteilt auf der Filtereinheit absetzen können, wobei die Filtereinheit in einem geschlossenen Raum im Inneren des Membranhalters angeordnet ist.
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In der Technischen Sauberkeit - kurz TecSa -- werden in der Regel zuvor gereinigte Bauteile bzw. Baugruppen hinsichtlich ihrer partikulären Restverschmutzung untersucht. Dazu wird das Bauteil nach dem Reinigen mittels hochreinem Reinigungsmedium, dem Spülmedium, abgespült bzw. geflutet. Das Medium wird über eine vorzugsweise als Filtermembraneinheit oder kurz Filtermembran ausgebildete Filtereinheit oder kurz Filter abgesaugt; die in dem Medium gelösten Restschmutzpartikel lagern sich auf einer entnehmbaren bzw. auswechselbaren Filtermembran ab. Im Anschluss an die Extraktion der Restschmutzpartikel wird die Filtermembran aus dem Membranhalter entnommen und optisch ausgewertet. Bei der optischen Auswertung werden die Größe (Unterteilung in Größenklassen) und Anzahl der Partikel sowie evtl. weitere Eigenschaften (Material, Glanz, etc.) ermittelt. Die jeweils zulässigen Grenzwerte sind abhängig von der Funktion des Bauteils. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Problem bei der optischen Auswertung dieser Filtermembrane überwunden, nämlich die auftretenden Agglomerationen, d.h. die Anhäufungen und Überlagerungen von Partikeln. Diese lassen sich bei einer optischen Auswertung nicht ausreichend auswerten, da aufgrund der Agglomerationen sich einzelne Partikel mikroskopisch nicht mehr voneinander unterscheiden und auswerten lassen. Mit der vorliegenden Erfindung ist eine manuelle Nacharbeit zur Freilegung einzelner Partikel überflüssig, da entsprechende Verteilungsmittel vorgesehen sind, die eine Agglomeration verhindern. Hierdurch wird eine Arbeits- und Kostenerleichterung realisiert und verfälschte oder beeinflusste Messergebnis treten nicht mehr auf. Aufgrund der Änderung des Membranhalters sowie einer steuerungstechnischen Anpassung der Absaugleistung in Abhängigkeit vom Füllstand im Ablaufrohr bzw. Membranhalter werden die Verteilungsmittel realisiert. Durch Vermeidung von Verwirbelungen und durch Vermeidung von Lufteinschlüssen im Medium im Bereich des Membranhalters wird die Agglomeration erheblich reduziert. Dieser erfolgt durch einen veränderten Füllstand, der beruhigend auf das einströmende Spülmittel bzw. Spülmedium mit der Restverschmutzung wirkt. Ein mehrfaches Leersaugen mit anschließendem Befüllen der Zulauf-Rohrleitung bzw. des Membranhalters ist dabei vermieden.
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Die Filtereinrichtung ist zum Filtern von bei spanender Bearbeitung anfallenden Restpartikeln für eine optische Reinheitsprüfung zum Nachweis einer Technischen Sauberkeit ausgebildet, bei dem ein spanend bearbeitetes Bauteil mit einem Spülmedium gespült wird und das gesamte Spülmedium mit vorhandenen Restpartikeln der Filtereinrichtung mit mindestens einer Filtereinheit - kurz Filter - insbesondere einer Membranfiltereinheit - kurz Membranfilter - zugeführt wird. Die Mittel umfassend einen Membranhalter oder Filterhalter, in dem auswechselbar mindestens ein Filter, insbesondere Membranfilter, aufgenommen ist, mit einem Zufluss, über den Spülmedium mit Restpartikeln, also verunreinigtes oder verschmutztes Spülmedium, dem Filter- oder Membranhalter und dem Filter oder dem Membranfilter zuführbar ist, und einem Ablauf, über den das Spülmedium, nachdem es den Filter oder die Filtereinheit passiert hat, aus dem Membranhalter abführbar ist, wobei die Filtereinheit derart angeordnet ist, dass diese zumindest in einem Bereich sich über einen Durchflussquerschnitt des Reinigungsmediums oder Spülmediums - beispielsweise Spülwassers - mit Restpartikeln erstreckt, sodass das Spülmedium zumindest teilweise, vorzugsweise das gesamte Spülmedium, mit den Restpartikeln die Filtereinheit passiert, wobei Verteilmittel vorgesehen sind, welche die Restpartikel über die Filtereinheit verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, ablagern, sodass eine optische Auswertung der auf der Filtereinheit verbliebenen Restpartikel verbessert ist. Das Bearbeiten kann jede Art von Bearbeitung darstellen. Bevorzugt ist das Bearbeiten eine spanende Bearbeitung. Die Reinheitsprüfung erfolgt in einer Ausführungsform optisch. In anderen Ausführungsformen sind andere Arten der Reinheitsprüfung, insbesondere eine gravimetrische Reinheitsprüfung vorgesehen. Entsprechend erfolgt die Auswertung bevorzugt optisch, in anderen Ausführungsformen auf andere Art, beispielsweise gravimetrisch. Das Spülmedium wird bevorzugt vollständig mit den Restpartikeln durch die Filtereinheit geleitet. In anderen Ausführungsformen wird nur ein Teil des Spülmediums mit den Restpartikeln durch die Filtereinheit geleitet. Der Teil des Spülmediums wird bevorzugt vorbestimmt. Aufgrund des vorbestimmten Teils wird eine Restverschmutzung des Teilstroms festgelegt. Somit muss für eine Reinheitsbestimmung nicht der gesamte Spülmedium-Strom samt Restpartikeln durch die Filtereinheit geführt werden, sodass das gesamte Verfahren schneller durchführbar ist. Das Bauteil kann als separates, einzelnes Bauteil oder auch als Baugruppe oder dergleichen vorliegen. Der Zufluss ist vorzugsweise rohrförmig ausgebildet und steht in fluidischer Verbindung mit dem Sammelbehälter. Vorzugsweise mündet der sammelbehälterseitige Teil des Zuflusses in einen tiefsten Bereich des Sammelbehälterbodens, sodass das gesamte, in dem Sammelbehälter gesammelte Spülmedium samt Restverschmutzung in den Zufluss abfließen kann. In anderen Ausführungsformen sind mehrere Zuflüsse vorgesehen, die jeweils in die lokal tiefste Stelle des Sammelbehälters münden. Der Zufluss kann zumindest teilweise transparent ausgebildet sein. Über den Zufluss gelangt das verunreinigte Spülmedium zu bzw. in einen Membranhalter. Der Membranhalter bildet einen Innenraum bzw. ein Inneres aus, welches einen geschlossen Raum bildet, mit Ausnahme einer Zuflussöffnung und einer Abflussöffnung. Spülmedium kann im Betrieb somit nur durch den Zufluss bzw. den Abfluss in das Innere bzw. aus dem Inneren heraus gelangen. Zwischen Zufluss und Abfluss ist zumindest eine Filtereinheit angeordnet. Die Filtereinheit ist derart angeordnet, dass das gesamte Spülmedium vor einem Abfluss durch den Ablauf die Filtereinheit passieren muss. Die Filtereinheit kann einen oder mehrere Filter aufweisen. Vereinfacht wird von einem Filter gesprochen, der folglich einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Die Filtereinheit ist vorzugsweise als Membranfiltereinheit ausgebildet, kurz Membranfilter. Der Membranfilter kann analog einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise trennt der Filter den Innenraum des Membran- oder Filterhalters in zwei Kammern. Die stromabwärtsgelegene Kammer, in der sich das gereinigte Spülmedium befindet, ist mit dem Abfluss verbunden. Der Abfluss ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abfluss geschlossen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Abfluss zumindest teilweise als elektrisch leitfähiger Abfluss ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Abfluss als geschlossenes, elektrisch leitfähiges Rohr bzw. Schlauch ausgebildet. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass der Abfluss zumindest teilweise transparent ausgeführt ist. Um nun die mit dem Spülmedium zugeführte Restverschmutzung möglichst gleichmäßig über dem Filter abzulagern, sind in der Filtereinrichtung Verteilmittel vorgesehen. Die Verteilmittel können unterschiedlich ausgebildet sein. Bevorzugt sind mehrere unterschiedliche Verteilmittel vorgesehen. Dabei können die Verteilmittel integriert in andere Bestandteile der Filtereinrichtung ausgebildet sein, und/oder als separate Bauteile vorgesehen sein.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verteilmittel eine trichterförmige Wandung nach Art eines Einlauftrichters, oder kurz einen Einlauftrichter, umfassen, wobei die Wandung sich an den Zufluss anschließen und die Wandung einen Öffnungswinkel für das einströmende Spülmedium mit Restpartikeln ausbildet, der in einem Bereich von etwa 15% bis etwa 75°, vorzugsweise von etwa 20° bis etwa 70° und am meisten bevorzugt von etwa 25° bis etwa 65° ausbildet. Die Verteilmittel sind hier integriert in den Membran- oder Filterhalter ausgebildet. Durch eine geeignete Wahl des Öffnungswinkels der Wandungen wird verhindert, dass das verunreinigte Spülmedium überwiegend entlang der Wandung zu dem Filter gelangt und so die Restverschmutzung sich überwiegend an dem Rand der Filtereinheit ablagert. Ein geeigneter Öffnungswinkel und/oder eine Abrissstelle wie eine Abrisskante im Bereich der Zuflussöffnung zu dem Inneren bewirkt, dass der Filter gleichmäßig mit dem verunreinigten Spülmittel bzw. Spülmedium beaufschlagt wird und so die Restverschmutzung gleichmäßiger verteilt auf dem Filter angeordnet ist.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verteilmittel alleine oder in Kombination mit weiteren Verteilmitteln eine Zu-Abflussregelung umfassen, mit welcher das zugeführte Spülmedium mit den Restpartikeln über der Filtereinheit staubar ist, sodass sich die Restpartikel verteilt auf der Membraneinheit absetzen können, wobei die Filtereinheit in einem geschlossenen Raum im Inneren des Membranhalters angeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Zu-Abflussregelung wird das zugeführte Spülmedium samt Restverschmutzung in Richtung Zufluss über dem Filter aufgestaut, sodass eine Spülmediumsäule oder Reinigungsmittelsäule daraus resultiert. In dem verunreinigten Teil der Spülmediumsäule wird dieses durch das Aufstauen beruhigt. Dadurch kann sich die Restverschmutzung in dem aufgestauten Teil gleichmäßig verteilen und sich gleichmäßiger verteilt auf dem Filter ablagern. Vorzugsweise kann die Zu-Abflussregelung so ausgebildet sein, dass sich die Spülmediumsäule oder auch Reinigungsmittel- oder Spülmittelsäule bis in den Sammelbehälter hinein aufstaut, sodass eine Beruhigung des verunreinigten Spülmediums nicht nur im Inneren des Membranhalters / Filterhalters erfolgt, sondern schon in dem Zufluss.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zu-Abflussregelung in und/oder an dem Ablauf mindestens ein Ventil umfasst, welches einen Abfluss von Spülmedium verhindert und/oder freigibt und/oder vorgeschaltet zu der Filtereinheit, insbesondere an der Membranfiltereinheit oder dem Membranhalter und/oder dem Zufluss, mindestens einen Füllstandsensor umfasst, sodass ein Abfluss des Spülmediums in Abhängigkeit von einem Füllstand und/oder unabhängig von einem Füllstand, insbesondere zeitgesteuert, durchführbar ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine steuerungstechnische Anpassung der Absaugleistung in Abhängigkeit vom Füllstand im Ablaufrohr bzw. Membranhalter als Verteilungsmittel realisiert ist.
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Um eine Spülmedium- oder Spülmittelsäule zu erzeugen, weist die Zu-Abflussregelung ein Ventil, vorzugsweise ein Sperr- und/oder Proportionalventil auf. Dieses ist vorzugsweise in dem Abfluss angeordnet, um diesen zumindest teilweise zu sperren oder freizugeben. Zeitgesteuert lässt ich dieses Ventil öffnen oder schließen, sodass daraus eine Spülmediumsäule einstellbar ist. In einer Ausführungsform lässt sich die Spülmediumsäule ergänzend oder alternativ in Abhängigkeit von einem Füllstand einstellen. Hierzu ist ein Füllstandsensor vorgesehen. Der Füllstandsensor kann im Inneren des Membranhalters angeordnet sein.
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In einer anderen Ausführungsform ist der Füllstandsensor außerhalb des Membranhalters angeordnet, beispielsweise im Bereich des Zuflusses und/oder des Sammelbehälters. Der Füllstandsensor ist in einer Ausführungsform als optischer Füllstandsensor ausgebildet. In anderen Ausführungsformen sind andere Ausführungen vorgesehen, beispielsweise ein Schwimmschalter oder dergleichen. In einer Ausführungsform sind mehrere gleiche oder zumindest teilweise unterschiedliche Füllstandsensoren vorgesehen, vorzugsweise an unterschiedlichen Bereichen der Filtereinrichtung. Bei einer optischen Ausführungsform des Füllstandsensors sind die entsprechenden zu überwachenden Bereiche zumindest teilweise transparent ausgebildet, beispielsweise ein transparenter Zuflussabschnitt, ein transparenter Membranhalterabschnitt und dergleichen. Der Füllstandsensor übermittelt entsprechende Daten an die Zu-Abflussregelung, welche die übermittelten Daten entsprechend auswertet und den Zu- und/oder Abfluss des Spülmediums einstellt / regelt.
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Entsprechend ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass in und/oder an dem Ablauf Sperrmittel vorgesehen sind, welche den Durchfluss des ablaufenden, gereinigten Spülmediums regeln, welche als Sperrventil, insbesondere als Proportionalventil ausgebildet sind, wobei das Ventil über eine Füllstandsüberwachung gesteuert ist.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Zu-Abflussregelung mindestens einen Füllstandsensor umfasst, sodass ein Abfluss des Spülmediums in Abhängigkeit von einem Füllstand durchführbar ist.
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Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Füllstandssensor außerhalb des Membranhalters angeordnet ist.
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Nicht zuletzt sieht eine andere Ausführungsform vor, dass mehrere Filtereinheiten hintereinander geschaltet sind, um eine Kaskaden-Filterung zu realisieren.
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Auch schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass bei einer Filtervorrichtung zum Filtern von bei spanender Bearbeitung anfallenden Restpartikeln für eine optische Reinheitsprüfung zum Nachweis einer Technischen Sauberkeit, wobei ein spanend bearbeitetes Bauteil mit einem Spülmedium gespült wird und das gesamte Spülmedium mit vorhandenen Restpartikeln oder Restverschmutzung eine Filtereinrichtung mit mindestens einer Filtereinheit zugeführt wird, mindestens eine hier beschriebene Filtereinrichtung vorgesehen ist, wobei eine regelbare Abführeinrichtung, insbesondere eine regelbare Pumpe fluidisch mit einem Ablauf der Filtereinrichtung verbunden ist. Auch die Abführeinrichtung stellt eine Art der Verteilmittel dar. Über die Abführleistung der Abführeinrichtung lässt sich ein Zufluss / Abfluss des Spülmediums steuern. Das Verfahren und die Einrichtung bzw. die Vorrichtung lassen sich für ein wiederholtes Durchführen der Filtrierung ausbilden, beispielsweise für ein mehrstufiges Filtrieren. Hierbei kann das abgeführte Spülmedium wieder dem Filtriervorgang zuführen, sodass dieses ein zweites Mal das Verfahren bzw. die Einrichtung/Vorrichtung durchläuft. Es muss sichergestellt sein, dass keine ungewollten Entnahmen des Spülmediums bzw. des Spülmittels und/oder der Restverschmutzung erfolgt. Erst nach Beendigung wird der Filterhalter oder Membranhalter geöffnet und die Filtereinheit mit der Restverschmutzung entnommen und dem Auswertungsverfahren zugeführt.
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Das Spülmedium mit den Restpartikeln kann vollständig oder aber zumindest teilweise durch die Filtereinrichtung geleitet werden. Vorzugsweise wird das gesamte Spülmedium mit den Restpartikeln durch die Filtereinrichtung geleitet. Die zu analysierenden Bauteile sind bearbeitete Bauteile, vorzugsweise spanend bearbeitete Bauteile. Die Auswertung der auf und/oder in der Filtereinheit verbleibenden Restpartikel erfolgt beliebig, vorzugsweise optisch und/oder gravimetrisch.
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Nicht zuletzt schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zum Filtern von bei spanender Bearbeitung anfallenden Restpartikeln für eine optische Reinheitsprüfung zum Nachweis einer Technischen Sauberkeit, bei dem ein bearbeitetes Bauteil mit einem Spülmedium gespült wird und das gesamte Spülmedium mit vorhandenen Restpartikeln eine Filtereinrichtung mit mindestens einer Filtereinheit, insbesondere einer Membranfiltereinheit zugeführt wird, vorgesehen ist, dass die (Membran-) Filtereinheit die Restpartikel filtert und das Spülmedium durchlässt, wobei die Restpartikel über die (Membran-)Filtereinheit verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, abgelagert werden, sodass eine Auswertung der auf der (Membran-)Filtereinheit verbliebenen Restpartikel verbessert ist. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Spülmedium ein Spülgas ist. Das Bearbeiten kann jede Art von Bearbeitung darstellen. Bevorzugt ist das Bearbeiten eine spanende Bearbeitung. Die Reinheitsprüfung erfolgt in einer Ausführungsform optisch. In anderen Ausführungsformen sind andere Arten der Reinheitsprüfung, insbesondere eine gravimetrische Reinheitsprüfung vorgesehen. Entsprechend erfolgt die Auswertung bevorzugt optisch, in anderen Ausführungsformen auf andere Art, beispielsweise gravimetrisch. Das Bauteil kann als separates, einzelnes Bauteil oder auch als Baugruppe oder dergleichen vorliegen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Spülmedium eine Spülflüssigkeit ist. Das bearbeitete und gereinigte Bauteil wird mit dem Spülmedium abgespült. Das gesamte Spülmedium mit der von dem Spülmedium aufgenommenen Restverschmutzung wird durch eine Filtereinheit geführt. Hierzu wird das Spülmedium zunächst in einem Sammelbecken oder Sammelbehälter gesammelt. Vorzugsweise ist der Sammelbehälter unter dem zu spülenden Bauteil angeordnet. Vorzugsweise ist der Sammelbehälter als das Bauteil umgebender Raum ausgebildet, sodass kein Spülmedium aus diesem Raum gelangen kann, sodass das gesamte Spülmedium in dem Raum verbleibt. Der Raum weist den Sammelbehälter auf. Dieser ist vorzugsweise trichterförmig ausgebildet und ist an einer tiefsten Stelle mit einem Zulauf zu der Filtereinrichtung fluidisch verbunden. Über den Zulauf wird das Spülmedium mit der Restverschmutzung in der Filtereinrichtung durch eine Filtereinheit geführt. Die Filtereinheit weist eine vorgestimmte Durchlässigkeit auf, sodass Partikel oder eine Restverschmutzung vorbestimmter Größe die Filtereinheit nicht passieren kann. Die Filtereinheit kann als Sieb, als Membrane oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Filtereinheit als Membranfiltereinheit ausgebildet. Die Filtereinheit kann einteilig, das heißt mit einem Filter, oder mehrteilig, mit mehreren Filtern ausgebildet sein. Die mehreren Filter sind parallel und/oder in Reihe schaltbar. Vorzugsweise sind die Filter in Reihe geschaltet. Dabei können die Filter gleich ausgebildet sein oder unterschiedlich. Beispielsweise sind die Filter unterschiedlich hinsichtlich einer Durchlässigkeit ausgebildet, sodass unterschiedliche Partikel einer Restverschmutzung auf unterschiedlichen Filtern abgelagert werden. Damit eine optische Auswertung der auf dem Filter verbleibenden Restverschmutzung erleichtert ist, werden die Partikel über den Filter möglichst gleichmäßig verteilt. Dies erfolgt durch geeignete Verteilmittel. Nachdem die Partikel oder die Restverschmutzung sich verteilt über dem Filter sich auf diesem abgesetzt oder abgelagert hat, wird der entsprechende Filter entnommen und optisch, vorzugsweise mikroskopisch ausgewertet. Anhand der Größe und/oder der Anzahl usw. der Restverschmutzung auf dem Filter kann der Grad einer Technischen Sauberkeit bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß werden die Restpartikel über die Filtereinheit gleichmäßig verteilt abgelagert, sodass eine Auswertung der auf der Filtereinheit verbliebenen Restpartikel verbessert ist, wobei zur Verteilung der Restpartikel über die Filtereinheit eine Zu-Abflussregelung vorgesehen wird, mit welcher das Spülmedium mit den Restpartikeln über der Filtereinheit gestaut wird, sodass sich die Restpartikel verteilt auf der Filtereinheit absetzen, wobei die Filtereinheit in einem geschlossenen Raum im Inneren des Membranhalters angeordnet wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Abfluss des Spülmediums zeitgesteuert und/oder in Abhängigkeit von einem Füllstand des Spülmediums einschließlich Restpartikeln durchgeführt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere Filtereinheiten hintereinander geschaltet werden, sodass eine Kaskaden-Filterung realisiert wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Verteilung der Restpartikel über die Membraneinheit eine Zu-Abflussregelung vorgesehen wird, mit welcher das Spülmedium - beispielsweise Spülwasser - mit den Restpartikeln über der Membraneinheit gestaut wird, sodass sich die Restpartikel verteilt auf der Membraneinheit absetzen können. Das Aufstauen wird durch ein Sperren oder Reduzieren einer Ablaufmenge bzw. eines Abflusses des Spülmediums von der Filtereinheit weg bewirkt. Die Filtereinheit wird erfindungsgemäß in einem geschlossenen Raum im Inneren eines Membranhalters angeordnet. Das Innere des Membranhalters ist über den Zulauf mit dem Sammelbehälter verbunden. Nach außen gelangt das gereinigte Spülmedium über einen Ablauf. In und/oder an dem Ablauf werden Sperrmittel vorgesehen, welche den Durchfluss des ablaufenden, gereinigten Spülmediums regeln. Vorzugsweise ist hierfür ein Ventil, beispielsweise ein Sperrventil, ausgeführt als Proportionalventil, vorgesehen. Durch das Aufstauen des Spülmediums in Richtung Zulauf bzw. Sammelbehälter wird das Spülmedium mit der Restverschmutzung über der Filtereinheit (kurz Filter) beruhigt. Durch die Beruhigung können sich die Partikel in dem Spülmedium gleichmäßig verteilen und auf dem Filter absetzen. Bei Abfließen des Spülmediums entstehen so keine oder zumindest weniger Agglomerationen von Restverschmutzung auf dem Filter. Für das gezielte Aufstauen des Spülmediums ist die Zu-Abflussregelung vorgesehen. In Abhängigkeit von dem Abfluss des Spülmediums - oder auch unabhängig davon, lässt sich der Zufluss steuern. Vorzugsweise ist der Zufluss festgelegt. Zunächst wird der Abfluss gesperrt. Bei einem Zufluss des verunreinigten Spülmediums staut sich so Spülmedium in dem Inneren der Filtereinrichtung über dem Filter. Nach einem Aufstauen wird der Abfluss zumindest teilweise geöffnet, sodass das gereinigte Spülmedium mit einem vorbestimmten Abfluss durch den Ablauf abfließen kann. Der Abfluss wird dabei so geregelt, dass möglichst keine Verwirbelungen im Bereich des Filters entstehen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Spülmedium mit den Restpartikeln derart gestaut wird, dass das Spülmedium mit den Restpartikeln über den gesamten Zufluss gestaut wird. Vorzugsweise wird das Spülmedium zumindest im Inneren der Filtereinrichtung aufgestaut, sodass eine Spülmediumsäule über dem Filter gebildet wird. Die Spülmediumsäule kann beliebig hoch über dem Filter gebildet werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Spülmediumsäule über ein Inneres des Membranhalters bis in den Zulauf. Vorzugsweise reicht die Spülmediumsäule bis in den Sammelbehälter hinein. Besonders bevorzugt ist in einer Ausführungsform der Boden des Sammelbehälters mit dem Spülmedium überdeckt, sodass auch über dem Sammelbehälterboden eine Spülmediumsäule besteht. Die Höhe der Spülmediumsäule ist über die Zu-Abflussregelung einstellbar.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Abfluss des Spülmediums zeitgesteuert und/oder in Abhängigkeit von einem Füllstand des Spülmediums einschließlich Restpartikeln durchgeführt wird. In einer Ausführungsform wird der Ablauf derart gesperrt, dass eine Spülmediumsäule mit einer vorbestimmten Höhe gebildet wird. Über eine Füllstandüberwachung wird das Ventil in dem Ablauf gesteuert. Erreicht die Spülmediumsäule ein bestimmtes Niveau, wird das Ventil zumindest teilweise geöffnet oder gesperrt. Unabhängigkeit oder in Kombination von einem Füllstand kann das Ventil auch zeitgesteuert geöffnet und gesperrt werden. Beispielsweise kann das Ventil nach letzter Zufuhr von Spülmedium mit einem Zeitversatz zumindest teilweise geöffnet werden. In einer anderen Ausführungsform erfolgt eine Zu-Abflussregelung in Abhängigkeit einer Durchflussgeschwindigkeit des Spülmediums. Hier wird entsprechend ein Durchfluss, d.h. ein Zufluss und/oder ein Abfluss des Spülmediums erfasst.
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Zudem ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass mehrere Filtereinheiten hintereinander geschaltet werden, sodass eine Kaskaden-Filterung realisiert wird. Vorzugsweise werden Filtereinheiten mit einer höheren Durchlässigkeitsrate Filtereinheiten mit einer niedrigeren Durchlässigkeitsrate vorgeschaltet. Die Filtereinheiten bzw. Filter werden entnehmbar im Inneren des Membranhalters angeordnet. Nach Abfluss des kompletten Spülmediums werden die Filter, vorzugsweise die Membranfiltereinheiten oder kurz Membranfilter entnommen und mikroskopisch hinsichtlich der Restverschmutzung ausgewertet.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mindestens einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in den Figuren schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktive Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. In den Figuren werden gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Es zeigen:
- 1 schematisch in einem Fließplan eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung und
- 2 schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung
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Die 1 und 2 zeigen in unterschiedlichen Ansichten und Ausbau- und/oder Detailierungsgraden eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung 100 bzw. deren Bestandteile.
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1 zeigt schematisch in einem Fließplan eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung 100. Die Filtervorrichtung 100 nach 1 umfasst einen Sammelbehälter 101. Über dem Sammelbehälter 101 wird das bearbeitete und gereinigte Bauteil mit einem Spülmedium, Spülmittel, Spülflüssigkeit, Spülwasser, Spülfluid oder dergleichen abgespült. Das Spülmedium samt einer eventuell vorhandenen Restverschmutzung wird in dem Sammelbehälter 101 gesammelt und einer Filtereinrichtung 110 zugeführt. Der Sammelbehälter 101 ist fluidisch mit der Filtereinrichtung 110 über einen Zulauf 120 verbunden. Die Filtereinrichtung 110 umfasst einen Filter- oder Membranhalter 130, der eine Filtereinheit 140 aufweist bzw. hält. Die Filtereinheit 140 ist vorzugsweise als eine Membranfiltereinheit 141 ausgebildet. Der Membranhalter 130 ist über den Zulauf 120 fluidisch mit dem Sammelbehälter 101 verbunden, sodass Spülmedium in ein Inneres des Membranhalters 130 gelangen kann. Über den Sammelbehälter 101 gelangt das Spülmedium oder Reinigungsmedium, mit der Restverschmutzung oder mit Partikeln über den Zulauf 120 in die Filtereinrichtung 110 und dort in den Membranhalter 130. Dort passiert das zugeführte, verunreinigte Spülmedium die Filtereinheit 140, genauer die Membranfiltereinheit oder den Membranfilter 141 - kurz den Filter - wobei die Restverschmutzung bzw. die vor Passieren in dem Spülmedium enthaltenen Partikel sich an der Filtereinheit 140 bzw. der Membranfiltereinheit 141 ablagern, wobei das Ablagern in Abhängigkeit von der gewählten Durchlässigkeit der Filtereinheit 140 / Membranfiltereinheit 141 erfolgt. Nach Passieren der Filtereinheit 140 / Membranfiltereinheit 141 wird das Spülmedium über einen Ablauf 150 aus dem Membranhalter 130 abgeführt. Der Ablauf 150 ist hierzu ebenfalls fluidisch mit dem Membranhalter 130 verbunden, sodass ein Spülmedium aus dem Inneren des Membranhalters 130 durch den Ablauf 150 abfließen kann. Um zumindest den Abfluss des Spülmediums zu steuern, ist in dem Ablauf 150 ein Ventil 160 vorgesehen. Das Ventil 160 sperrt den Ablauf 150 oder gibt diesen frei, wobei dies auch teilweise erfolgen kann. Entsprechend ist das Ventil 160 als Proportionalventil 161 ausgebildet. Statt des Ventils 160 oder in Kombination mit dem Ventil 160 kann das Sperren und/oder Freigeben auch allgemein über eine Abführeinrichtung 170, hier über eine regelbare Pumpe 171, erfolgen. In der vorliegenden 1 sind beide Möglichkeiten der Regelung eingezeichnet, wobei jede der Regeleinheiten - Ventil 160 oder Abführeinrichtung 170 bzw. Pumpe 171 - für sich für eine Regelung ausreichend ist. In 1 befindet sich weiter stromabwärts hinter dem Ventil 160 in und/oder an dem Ablauf 150 eine Abführeinrichtung 170. Die Abführeinrichtung 170 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Pumpe 171 ausgebildet. Weiter stromabwärts hinter der Abführeinrichtung 170 befindet sich am Ende des Ablaufs 150 ein Tank 180, welcher das abgeführte Spülmedium auffängt. Damit eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Restschmutzes bzw. der Partikel an und/oder auf der Filtereinheit 140 / Membranfiltereinheit 141 erzielt wird, sind Verteilmittel 200 vorgesehen. Die Verteilmittel 200 umfassen einen Füllstandsensor 190. Weiter umfassen die Verteilmittel 200 das Ventil 160, sowie eine hier nicht dargestellte Regeleinheit bzw. Zu-Abflussregelung. Auch die Abführeinrichtung 170 ist in 1 von den Verteilmitteln 200 umfasst. Über den Füllstandsensor 190 wird ein Füllstand des mit Restschmutz bzw. Partikeln verunreinigten Spülmediums in dem Membranhalter 130 und/oder in dem Zulauf 120 erfasst. Der Füllstandsensor 190 arbeitet mit der Regeleinheit zusammen. Über die von dem Füllstandsensor 190 erhaltenen Daten regelt die Regeleinheit zumindest den Abfluss des Spülmediums über das Ventil 160 und/oder die Abführeinrichtung 170. Die Regeleinheit kann autonom, d.h. zum Beispiel auch zeitgesteuert arbeiten. Zum Beispiel öffnet die Regeleinheit das Ventil 160 nach Erreichen eines vorbestimmten Füllstands. Dabei kann das Öffnen des Ventils 160 zeitversetzt zu dem Erreichen des vorbestimmten Füllstands erfolgen. Die Ansteuerung des Ventils 160 kann mit der Ansteuerung der Abführeinrichtung 170 erfolgen. Die Verteilmittel 200 umfassen in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel somit neben dem Ventil 160, der Abführeinrichtung 170 auch den Füllstandsensor 190. Weitere Verteilmittel 200 können vorgesehen sein. So weist beispielsweise der in 2 dargestellte Membranhalter 130 weitere Verteilmittel 200 auf.
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2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 110. Die Filtereinrichtung 110 nach 2 umfasst den Zulauf 120, in welchem das mit Restschmutz oder Partikeln verunreinigte Spülmedium dem Membranhalter 130, wie durch den Pfeil Z dargestellt, zugeführt wird. Fluidisch mit dem Zulauf 120 verbunden ist der Membranhalter 130. Dieser weist in einem Übergangsbereich 125 zu dem Zulauf 120 eine trichterförmige bzw. auseinanderlaufende Wandung 132 auf. Die Wandung 132 bildet in diesem Übergangbereich 125 eine Trichter- oder Kegelform aus. Dabei bildet die Trichter- oder Kegelform ein Verteilmittel 200, welches eine gleichmäßigere Verteilung des Restschmutzes über die gesamte Fläche der Filtereinheit 140 bzw. der Membranfiltereinheit 141 unterstützt. Denn durch eine geeignete Wahl eines Öffnungswinkels 220 der Wandungen 125 und somit der Trichter- oder Kegelform wird verhindert, dass das Spülmedium oder Spülfluid mit der Restverschmutzung überwiegend an der Wandung 132 entlang zu der Filtereinheit 140 gelangt und damit verstärkt am Rand der Filtereinheit 140 abgelagert wird. In der Ausführungsform nach 2 ist der Öffnungswinkel 220 mit etwa 30° ausgebildet. Wie bereits zu 1 erwähnt, gelangt das einströmende Spülmedium mit der Restverschmutzung zu der Filtereinheit 140 / Membranfiltereinheit 141. Dort passiert das Spülmedium die Filtereinheit 140 / Membranfiltereinheit 141 und die Restverschmutzung bzw. die Partikel verbleiben in Abhängigkeit der gewählten Durchlässigkeit der Filtereinheit 140 / Membranfiltereinheit 141 in und/oder an dem Filter 140, 141. Die Filtereinheit 140 in 2 ist als kaskadenförmige Filtereinheit 140 dargestellt, in welcher in Reihe, d.h. hintereinander mehrere Membranfiltereinheiten 141 geschaltet oder angeordnet sind. Die Filtereinheit 140 ist dabei so angeordnet, dass diese einen gesamten Spülmedium- oder Spülmitteldurchtrittsquerschnitt einnimmt, sodass das gesamte Spülmedium die Filtereinheit 140 passieren muss auf dem Weg zum Ablauf 150. Der Filtereinheit 140 stromabwärts nachgeschaltet ist der Ablauf 150. Dieser schließt in einem Übergangsbereich 155 an die Wandung 132 des Membranhalters 130 an und ist so fluidisch mit dessen Innenraum 138, ebenso wie der Zulauf 120, verbunden. Über die weiteren Verteilmittel 200, hier dargestellt durch einen Pfeil, ist der Abfluss in Abflussrichtung A regelbar bzw. steuerbar. Durch eine Regelung der Verteilmittel 200 lässt sich das Spülmedium in dem Membranhalter 130 und dem Zulauf 120 aufstauen. Durch das Aufstauen wird das zugeführte Spülmedium mit der Restverschmutzung bzw. mit den Partikeln stromaufwärts der Filtereinheit 140 in dem Membranhalter 130 beruhigt. Durch diese Beruhigung verteilen sich die Partikel bzw. die Restverschmutzung in dem Spülmedium bzw. der gebildeten Spülmediumsäule homogener oder gleichmäßiger und lagern sich somit auch gleichmäßiger auf der Filtereinheit 140 / Membranfiltereinheit 141 ab. Zu Bewertung der Technischen Sauberkeit wird die Filtereinheit 140 / werden die Membranfiltereinheiten 141 aus dem Membranhalter 130 entnommen und einer optischen Prüfung unterzogen. Aufgrund der gleichmäßigeren Verteilung der Partikel / Restverschmutzung auf der Filtereinheit 140 / Membranfiltereinheit 141 ist die Erfassung der Restverschmutzung weniger fehleranfällig und eine bessere Bestimmbarkeit der Technischen Sauberkeit gewährleistet. Über den Füllstandsensor 190 wird der Füllstand in der Filtereinrichtung 110 überwacht. Der Füllstandsensor 190 ist in 2 als optischer Füllstandsensor 190 ausgebildet, der beispielsweise mittels Lichtstrahlen einen Füllstand L erfasst. Vorzugsweise ist der Membranhalter 130 und/oder der Zulauf für eine Füllstanderfassung in dem entsprechenden Bereich geschlossen ausgebildet. In Abhängigkeit der Signale des Füllstandsensors 190 kann über die Regeleinheit der Füllstand in der Filtereinrichtung 110 über das Ventil 160 und/oder die Abführeinrichtung 170 geregelt werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Filtervorrichtung
- 101
- Sammelbehälter
- 110
- Filtereinrichtung
- 120
- Zulauf
- 125
- Übergangsbereich
- 130
- Membranhalter
- 132
- Wandung
- 138
- Innenraum
- 140
- Filtereinheit
- 141
- Membranfiltereinheit
- 150
- Ablauf
- 155
- Übergangsbereich
- 160
- Ventil
- 161
- Proportionalventil
- 170
- Abführeinrichtung
- 171
- Pumpe
- 180
- Tank
- 190
- Füllstandsensor
- 200
- Verteilmittel
- 220
- Öffnungswinkel
- Z
- Spülmediumzufuhrrichtung
- A
- Spülmediumabführrichtung
- L
- Füllstand
