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Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Einbau in einen Druckfilterbehälter, das einen länglichen Stützkörper mit einer Mehrzahl von sich in Längsrichtung des Stützkörpers erstreckenden Hohlkammern und einen über den Stützkörper gespannten Filtermediumschlauch umfasst.
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Ein derartiges Filterelement ist beispielsweise aus der
EP 0 066 921 A2 bekannt. Das bekannte Filterelement ist aus einer Mehrzahl von separat hergestellten Rohren gebildet, die üblicherweise durch Schweißen miteinander verbunden sind.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filterelement der eingangs genannten Art anzugeben, das einfacher herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filterelement der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem der Stützkörper einstückig ausgebildet ist. Aufgrund der einstückigen Ausbildung des Stützkörpers entfällt das Verschweißen der Mehrzahl von Rohren des Rohrbündels, was die Herstellung deutlich vereinfacht. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße einstückige Ausbildung des Stützkörpers verglichen mit dem gattungsgemäßen aus einem Rohrbündel gebildeten Stützkörper einen deutlich reduzierten Materialverbrauch, da Doppelwandungen vermieden werden.
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Die einstückige Ausbildung des Stützkörpers kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Stützkörper durch Extrusion oder durch ein additives Fertigungsverfahren, beispielsweise ein 3D-Druckverfahren, hergestellt ist.
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Die Fertigung durch Extrusion bietet sich insbesondere dann an, wenn der Stützkörper aus Kunststoff gefertigt ist, beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polypropylen (PP). PVDF kann dabei insbesondere bei höheren thermischen und/oder mechanischen Anforderungen, aber auch bei chemisch aggressiven Filtraten, mit Vorteil eingesetzt werden. PP hat demgegenüber den Vorteil, kostengünstiger zu sein.
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Es ist jedoch auch denkbar, den Stützkörper aus Metall zu fertigen, beispielsweise durch ein additives 3D-Sinterverfahren.
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Durch die einstückige Fertigung ist es zudem möglich, dass die den Stützkörper bildenden Wandungsabschnitte unterschiedliche Wandstärken aufweisen. Dies erlaubt die Einsparung von Wandstärke und somit Material an Stellen die geringeren Belastungen ausgesetzt sind. Dies ist insbesondere bei Einsatz von teuren Ausgangsmaterialien, beispielsweise PVDF, von Vorteil. Die dünnere Ausbildung der inneren Wandungsabschnitte wird durch die Erkenntnis ermöglicht, dass der größte Druckabfall beim Filtrieren bereits am Filtermediumschlauch stattfindet, so dass die Belastung der inneren Wandungsabschnitte deutlich geringer ist als die der das Filtertuch stützenden äußeren Wandungsabschnitte.
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Um sicherstellen zu können, dass der Filtermediumschlauch beim Rückspülen zum Zwecke des Abwerfens des Filterkuchens, der sich beim Filtrieren auf dem Filtermedium bildet, in ausreichendem Maße vom Stützkörper abgehoben wird, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Umfangsfläche eine Mehrzahl von radial vorspringenden Abschnitten und eine Mehrzahl von radial rückspringenden Abschnitten aufweist, welche alternierend angeordnet sind. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der sich beim Filtrieren vollflächig an den Stützkörper anlegende Filtermediumschlauch einen größeren Umfang aufweist als eine fiktive Hüllkurve, die die Spitzen der radial vorspringenden Abschnitte miteinander verbindet.
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Zum Zwecke der Filtration kann der Stützkörper an seiner äußeren Umfangsfläche eine Mehrzahl von Durchbrechungen aufweisen, welche den Durchtritt von Filtrat in den Innenraum wenigstens einer der Hohlkammern ermöglichen.
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Diese Durchbrechungen können in besonders einfacher Weise hergestellt werden, wenn wenigstens ein Teil der Durchbrechungen von in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitzen gebildet ist. In diesem Fall können die Durchbrechungen nämlich beispielsweise einfach durch ein spanabhebendes Verfahren, bspw. Drehen, in den Stützkörper eingebracht werden. Für den Fall, dass der Stützkörper durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird, können die Durchbrechungen direkt während der Herstellung des Stützkörpers erzeugt und aufwändige Nachbearbeitungen vermieden werden.
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Um das Filtrieren auch dann fortsetzen zu können, wenn das Filterelement nicht mehr auf seiner vollen Höhe von zu filtrierender Suspension bedeckt ist, wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Hohlkammern eine geschlossene Umfangswandung aufweist. Die wenigstens eine Hohlkammer kann in diesem Fall aufgrund ihrer geschlossenen Umfangswandung nämlich als Steigrohr dienen.
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Vorteilhafterweise kann am Außenumfang der wenigstens einen Hohlkammer mit geschlossener Umfangswandung eine Mehrzahl der mit den Durchbrechungen versehenen Hohlkammern angeordnet sein.
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Um dem Stützkörper eine ausreichende strukturelle Festigkeit verleihen zu können, wird ferner vorgeschlagen, dass ein sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckender Wandungsabschnitt, der der Umfangswand zweier aneinander angrenzender Hohlkammern angehört, eine Länge aufweist, die wenigstens 5%, vorzugsweise wenigstens 7,5%, noch bevorzugter wenigstens 10%, des Durchmessers einer fiktiven Hüllkurve entspricht, die die Mehrzahl von radial vorspringenden Abschnitten verbindet.
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Nachzutragen ist noch, dass der Filtermediumschlauch beispielsweise von einem Filtergewebe gebildet sein kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es stellt dar:
- 1 zeigt eine längs der Linie I-I aus 2 teilweise geschnittene Längsansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements.
- 2 zeigt einen längs der Linie II-II aus 1 genommenen Querschnitt des Stützkörpers des Filterelement der 1.
- 3 zeigt analog zu 2 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Stützkörpers.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Filterelement ganz allgemein mit 100 bezeichnet. Das Filterelement 100 ist für den Einbau in einen (nicht dargestellten) Druckfilterbehälter geeignet und bestimmt. Das Filterelement 100 umfasst einen länglichen Stützkörper 102 mit einer Längsachse L, an dessen einem Längsende 102a, nämlich dem in der üblichen Gebrauchsstellung des Filterelements 100 oberen Längsende, ein Kopfabschnitt 104 flüssigkeitsdicht angebracht ist und an dessen anderem Längsende 102b, nämlich dem in der üblichen Gebrauchsstellung des Filterelements 100 unteren Längsende, ein Bodenabschnitt 106 flüssigkeitsdicht angebracht ist. Erfindungsgemäß ist der Stützkörper 102 einstückig ausgebildet, beispielsweise durch Extrudieren oder durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere ein 3D-Druckverfahren.
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Über den Stützkörper 102 ist ein Filtermediumschlauch 108 gespannt. Hierzu kann der schlauchförmige Filtermediumschlauch 108 beispielsweise mit einem Ende in eine kopfseitige Nut 104a, die an dem Kopfabschnitt 104 vorgesehen ist, und mit einem anderen Ende in eine bodenseitige Nut 106a, welche an dem Bodenabschnitt 106 vorgesehen ist, eingeführt und in Längsrichtung L gespannt sein.
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Der Filtermediumschlauch 108 ist aus einem Filtertuch, beispielsweise aus einem Filtergewebe, gebildet. Das Filtertuch kann bereits in einer schlauchförmigen Form hergestellt worden sein, so dass es lediglich entsprechend einer Länge der zu überdeckenden Fläche des Filterelements 100 zu kürzen ist. Alternativ kann auch ein flaches Filtertuch verwendet werden, dessen Enden beispielsweise mittels Nähen oder Schweißen miteinander verbunden sind, um den Filtermediumschlauch 108 zu bilden.
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Der Stützkörper 102 weist eine Mehrzahl von Hohlkammern auf, welche sich in Längsrichtung L des Stützkörpers 102 erstrecken, nämlich mehrere äußere Hohlkammern 110, die um eine zentrale Hohlkammer 112 herum angeordnet sind. Die Hohlkammern 110, 112 werden durch eine Mehrzahl von äußeren Wandungsabschnitten 114, eine Mehrzahl von ersten inneren Wandungsabschnitten 116 und eine Mehrzahl von zweiten inneren Wandungsabschnitten 118 begrenzt. Dabei sind die äußeren Wandungsabschnitte 114 jeweils nur einer einzigen äußeren Hohlkammer 110 zugeordnet. Die inneren Wandungsabschnitte 116, 118 sind hingegen jeweils zwei Hohlkammern zugeordnet. Und zwar sind die ersten inneren Wandungsabschnitte 116 jeweils zwei äußeren Hohlkammern 110 und die zweiten inneren Wandungsabschnitte 118 jeweils einer äußeren Hohlkammer 110 und der zentralen Hohlkammer 112 zugeordnet.
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Auf diese Weise wird die Umfangswand einer äußeren Hohlkammer 110 durch einen äußeren Wandungsabschnitt 114, zwei erste innere Wandungsabschnitte 116 und einen zweiten inneren Wandungsabschnitt 118 gebildet, und wird die Umfangswand 112a der zentralen Hohlkammer 112 von den zweiten inneren Wandungsabschnitten 112 gebildet. Ferner bilden die äußeren Wandungsabschnitten 114 zusammen die äußere Umfangsfläche 102c des Stützkörpers 102.
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Die äußeren Hohlkammern 110 weisen in ihren äußeren Wandungsabschnitten 114 eine Mehrzahl von Durchbrechungen 120 auf, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als sich in Umfangsrichtung erstreckende Schlitze ausgebildet und über die Länge des Stützkörpers 102 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Durchbrechungen 120 können beispielsweise durch ein spanabhebendes Fertigungsverfahren, wie Drehen oder Fräsen, in den Stützkörper 102 eingebracht werden.
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Im Unterschied dazu ist die von den Wandungsabschnitten 118 gebildete Umfangswand 112a der zentralen Hohlkammer 112 als geschlossene Umfangswandung ohne Durchbrechungen ausgebildet.
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Die Umfangsfläche 102c des Stützkörpers 102 weist eine Mehrzahl von radial vorspringenden Abschnitten 122 auf, in denen die Durchbrechungen 120 vorgesehen sind, sowie eine Mehrzahl von radial rückspringenden Abschnitten 124. Die vorspringenden Abschnitte 122 und die rückspringenden Abschnitte 124 sind alternierend zueinander angeordnet. Um die Spitzen der radial vorspringenden Abschnitte 122 kann eine fiktive Hüllkurve 126 (in 2 mittels einer gestrichelten Linie dargestellt) gelegt werden, welche die Spitzen der Mehrzahl von radial vorspringenden Abschnitten 122 verbindet.
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Um den Stützkörper 102 ist ein Filtermediumschlauch 108 (in 2 mit einer gepunkteten Linie 108a angedeutet) gespannt, der sich während des Filtrierens vollflächig an die Umfangsfläche 102c des Stützkörpers 102 anlegt und somit innerhalb der Hüllkurve 126 angeordnet ist.
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Zum Filtrieren wird mindestens ein Filterelement 100, vorzugsweise eine Mehrzahl von Filterelementen 102, in einen Druckfilterbehälter eingesetzt. Die in den Druckfilterbehälter eingeleitete zu filternde Suspension strömt zum Filtermediumschlauch 108, der sie in den auf dem Filtermediumschlauch 108 zurückbleibenden Filterkuchen und das durch ihn hindurchtretende Filtrat trennt. Das Filtrat strömt dann weiter durch die Durchbrechungen 120 in den Innenraum 110a der äußeren Hohlkammern 110. Von dort strömt das Filtrat zum Bodenabschnitt 106, wo es in die zentrale Hohlkammer 112 übertritt. In der zentralen Hohlkammer 112 strömt das Filtrat zum Kopfabschnitt 104, von wo aus es aus dem Druckbehälter ausgeleitet wird.
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Um den Filterkuchen vom Filtermediumschlauch 108 zu lösen, wird nach dem Ende des Filtrationsvorgangs rückgeblasen. Hierzu wird Gas, beispielsweise Druckluft, durch die zentrale Hohlkammer 112 und die äußeren Hohlkammern 110 zugeführt, so dass der Filtermediumschlauch 108 von der Umfangsfläche 102c des Stützkörpers 102 abgehoben wird, wodurch der Filterkuchen sich vom Filtermediumschlauch 108 löst und auf den Boden des Druckbehälters fällt. Diese Konfiguration des Filtermediumschlauchs 108 ist in 2 als gepunkteter Kreis 108b außerhalb der Hüllkurve 126 dargestellt.
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Die erfindungsgemäße einstückige Ausbildung des Stützkörpers 102 ermöglicht verglichen mit einem aus einem Rohrbündel gebildeten Stützkörper einen deutlich reduzierten Materialverbrauch. Ein erster Aspekt betrifft die Vermeidung von doppelten Wandungen durch die Tatsache, dass die inneren Wandungsabschnitte 116, 118 jeweils zwei Hohlkammern zugeordnet sind. Ein zweiter Aspekt der Gewichtsreduzierung macht sich die Tatsache zunutze, dass der größte Druckabfall bereits am Filtermediumschlauch 108 stattfindet, so dass die Belastung der inneren Wandungsabschnitte 116, 118 deutlich geringer ist als die der äußeren Wandungsabschnitte 114. Daher können die inneren Wandungsabschnitte 116, 118, insbesondere die zweiten inneren Wandungsabschnitte 118, mit einer Dicke d1 dünner ausgebildet werden als die äußeren Wandungsabschnitte 114, die eine Dicke d2 aufweisen.
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Ein geringer Materialverbrauch ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Filterelement 100 im Hinblick auf hohe thermische und/oder mechanische und/oder chemische Anforderungen aus einem relativ teuren Material, beispielsweise Polyvinylidenfluorid, gefertigt werden muss. Sollte es auf diese Anforderungen nicht ankommen, so kann das Filterelement 100 auch aus kostengünstigeren Materialien gefertigt sein, beispielsweise Polypropylen.
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Um gleichwohl eine ausreichende Stabilität des Stützkörpers 102 gewährleisten zu können, ist es vorteilhaft, wenn die ersten inneren Wandungsabschnitte 116 eine Länge I aufweisen, welche wenigstens 5%, vorzugsweise wenigstens 7,5%, noch bevorzugter wenigstens 10%, des Durchmessers der fiktiven Hüllkurve 126 beträgt.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelements in einer 2 entsprechenden Darstellung gezeigt. In 3 sind analoge Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 2, jedoch vermehrt um die Zahl 100. Darüber hinaus wird das Filterelement 200 nur insoweit beschrieben, als es sich von dem Filterelement 100 der 2 unterscheidet, auf dessen Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.
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Auch der Stützkörper 202 des Filterelements 200 ist einstückig ausgebildet. Er weist eine zentrale Hohlkammer 212 und eine Mehrzahl von diesen umgebenden äußeren Hohlkammern 210 auf. Ferner weist er eine Mehrzahl von äußeren Wandungsabschnitten 214 auf, die jeweils lediglich einer äußeren Hohlkammer 210 zugeordnet sind, eine Mehrzahl von ersten inneren Wandungsabschnitten 216, die jeweils zwei äußeren Hohlkammern 210 zugeordnet sind, sowie eine Mehrzahl von zweiten inneren Wandungsabschnitten 218, die jeweils einer äußeren Hohlkammer 210 und der inneren Hohlkammer 212 zugeordnet sind. Somit kann auch bei der Ausführungsform der 3 der Materialverbrauch durch Vermeidung von Doppelwandungen reduziert werden.
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Analog zur Ausführungsform der 2 sind die äußeren Wandungsabschnitte 214 mit Durchbrechungen 220 versehen, welche den Durchtritt von Filtrat in den Innenraum 210a der äußeren Hohlkammern 210 ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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