DE10224513A1

DE10224513A1 - Verfahren und Ventil zum Erzeugen eines Strompulses

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Publication number: DE10224513A1
Application number: DE10224513A
Authority: DE
Original assignee: Tuchenhagen GmbH
Current assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-11

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Strompulses in einem in einer Strömungsrichtung fließenden Fluids (2, 24), insbesondere für die Reinigung einer Filtermembran (1), wobei das Fluid (2, 24) durch einen Strömungskanal (8) geführt wird, der einen entlang eines bestimmten Weges hin und her bewegbaren Verdrängungskörper (4) aufweist, umfasst folgende Merkmale: Der Verdrängungskörper (4) wird mittels eines Antriebs (7) zunächst so bewegt, dass er den Strömungskanal (8) zumindest teilweise verschließt, der Verdrängungskörper (4) wird weiterhin in Strömungskanal (8) hineinbewegt, so dass er daraus Fluids (2, 24) verdrängt und so einen Strompuls erzeugt, der Verdrängungskörper (4) wird ab einem vorgegebenen Umkehrpunkt wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt, so dass die Strömung wieder in der ursprünglichen Strömungsrichtung fließt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass auf einfache Art und Weise sehr genau vorgebbare Strompulse erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Ventil zum Erzeugen eines Strompulses in einem in einer Strömungsrichtung fließenden Fluid, insbesondere für die Reinigung einer Filtermembran.
Aus der EP 0 879 635 ist ein Verfahren bekannt, mit dem fermentierte Flüssigkeiten, welche Schwebepartikel wie Hefezellen oder Bakterien in großen Mengen aufweisen, gefiltert werden können. Durch Verwendung von lithografisch geätzten Siliziummembranen als Filtermembranen werden Nachteile andere Filtrationsmethoden überwunden: beispielsweise ist ein Nachteil von Methoden, bei denen eine Flüssigkeit in ihrer Gesamtheit durch einen Filter geführt wird, dass ein ständiges Erneuern des Filtermaterials notwendig ist; der Nachteil von Methoden mit einem Kieselguhrbett ist, dass diese nur vergleichsweise geringe Durchflussraten aufweisen, erheblichen Platz beanspruchen und teuer sind. Bei dem Verfahren mit einer lithografisch geätzten Filtermembran wird die Membran parallel zur Hauptströmungsrichtung der zu filtrierenden Flüssigkeit angeordnet. Diese sogenannte Kreuzflussfiltrationsmethode hat den entscheidenden Vorteil, dass die Filtermembran nicht so schnell mit Verunreinigungen zugesetzt wird, da sie durch die vorbeiströmende zu filtrierende Flüssigkeit gereinigt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass derartige Filtermembranen in ihrer Geometrie exakt vorgebar sind, womit ein Festhaften von Schwebepartikeln an der Filtermembran reduziert wird. Sollten dennoch mit der Zeit Schwebepartikel die Filtermembran zusetzen, wird die Filtermembran durch einen kurzen Rückstrompuls des Filtrates, also mit der bereits gereinigten Flüssigkeit, freigespült. Mit dieser Filtrationsmethode werden sehr viel größere Durchflussraten erzielt als mit anderen Methoden möglich ist.
Das Reinigen von lithographisch geätzten Filtermembranen mit Hilfe eines Rückstrompulses ist jedoch heikel, da derartige Filtermembranen extrem dünn sind und nur eine geringe mechanische Stabilität aufweisen. Bei einem ruckartigen Rückstrompuls undefinierter Größe besteht die Gefahr einer Fraktur der Membran, welches ein aufwendiges Auswechseln der Membran und ein erneutes Filtern der bereits gefilterten Flüssigkeit notwendig macht, so dass in der Folge erhebliche Kosten entstehen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zu dem genannten Problem zu finden und ein Verfahren sowie ein Ventil anzugeben, mit dem ein exakt vorgebbarer Strompuls erzeugt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, die jeweils einzeln angewandt oder beliebig miteinander kombiniert werden können, sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Strompulses in einem in einer Strömungsrichtung fließenden Fluid, insbesondere für die Reinigung einer Filtermembran, wobei das Fluid durch einen Strömungskanal geführt wird, weist einen entlang eines bestimmten Weges hin und her bewegbaren Verdrängungskörper auf und umfasst folgende Merkmale: Zunächst wird der Verdrängungskörper mittels eines Antriebes so bewegt, dass er den Strömungskanal zumindest teilweise verschließt. Anschließend wird der Verdrängungskörper weiter in den Strömungskanal hineinbewegt, so dass er daraus Fluid verdrängt und so einen Strompuls erzeugt. Schließlich wird der Verdrängungskörper ab einem vorgegebenen Umkehrpunkt wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt, so dass die Strömung wieder in die ursprüngliche Richtung fließt. Mit Hilfe dieses Verfahrens wird vorteilhafterweise die Pulscharakteristik des Strompulses präzise vorgegeben. Mit Hilfe des Strompulses wird beispielsweise eine Filtermembran durch Spülung mit dem Filtrat gereinigt. Der Verdrängungskörper hat zum einen Spülung mit dem Filtrat gereinigt. Der Verdrängungskörper hat zum einen die Aufgabe, wie ein Ventil zu wirken, welches den Strömungskanal zumindest teilweise verschließt; zum anderen aber auch wie eine Pumpe zu wirken, welche die Strömungsrichtung des Fluids umkehrt. Der Antrieb ist derart gestaltet, dass die Bewegung des Verdrängungskörpers präzise vorgebbar ist. Hierbei wird zwischen zwei prinzipiell verschiedenen Varianten unterschieden: bei der ersten wird der Verdrängungskörper mit einem vorgebbaren Geschwindigkeitsprofil angesteuert, so dass ein exakt vorgebbarer Strom des Strompulses des Fluids erzeugt wird; bei der zweiten wird über eine Kraftkopplung zwischen Verdrängungskörper und Antrieb eine exakt vorgebbare Kraft auf den Verdrängungskörper gegeben, so dass ein exakt vorgebbarer Druck des Rückstroms erzielt wird. Je nach Verwendung des Strompulses wird die erste Variante, welche einem Stromgenerator entspricht, oder die zweite Variante, welche einem Druckgenerator entspricht, oder eine Zwischenform zwischen den beiden Varianten gewählt. Die Zurückbewegung des Verdrängungskörpers zurück zur Ausgangslage kann entweder aktiv über den Antrieb erfolgen, kann aber auch durch das fließende Fluid selbst bewerkstelligt werden. Besonders bevorzugt sind elektromagnetische Antriebe, die den Verdrängungskörper berührungsfrei, nur unter Einwirkung (elektro)magnetischer Kräfte, auf präzise Weise bewegen. Hierdurch werden Durchführungen bzw. Dichtungen vermieden.
Die Erzeugung eines Strompulses kann an verschiedenen Stellen bei einer Kreuzflussmethode erfolgen, insbesondere auf der Seite der Filtermembran mit dem Filtrat, als auch auf der Seite der Filtermembran mit der zu filtrierenden Flüssigkeit.
In einer Ausgestaltung der Erfindung bewegt der Antrieb den Verdrängungskörper kontaktlos unter Einwirkung von magnetischen Kräften. Durch die Verwendung von magnetischen Kräften ist eine kontaktlose Kopplung zwischen Verdrängungskörper und Antrieb möglich, so dass der Verdrängungskörper als ganzer im Strömungskanal angeordnet werden kann. Diese Ausgestaltung macht Dichtungselemente überflüssig.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen die Frequenzanteile des Strompulses im wesentlichen im Bereich zwischen 0,0001 und 100 Hz, insbesondere zwischen 0,01 und 10 Hz, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 Hz. Die Frequenzanteile des Strompulses beschreiben zum einen den zeitlichen Verlauf des einzelnen Strompulses, insbesondere die Form und die Steilheit der Anstiegsflanke des Strompulses, zum anderen aber auch die Repetitionsrate bei einer Folge von Strompulsen. Bevorzugt ist ein Bereich zwischen 0,1 und 5 Hz ist, wobei der Strompuls eine Halbwelle eines im wesentlichen sinusförmigen Wechselstroms ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die vom Strompuls induzierten Druckschwankungen kleiner als 500 mbar, insbesondere kleiner als 100 mbar, vorzugsweise kleiner als 20 mbar. Durch die Vorgabe von maximalen Druckwerten werden durch den Strompuls bedingte Beschädigungen beispielsweise einer Filtermembran vermieden.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Wechselstrom des Fluids erzeugt. Hierzu muss die Amplitude des Wechselstroms größer sein als die Größe des Gleichstromanteils, damit ein Strom des Fluids erzeugt wird. Vorteilhaft ist ein Rückstrom von zwischen 1 rund 20% des fließenden Fluids. Unter dem Rückstrom ist der durch den Strompuls bewirkte zurückströmende Volumenstrom zu verstehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine definierte Pulscharakteristik für den Strompuls vorgebbar ist.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bewegung des Fluids, insbesondere der Strompuls, von der Bewegung des Verdrängungskörpers entkoppelt werden. Vorteilhafterweise wird der Kopplungsgrad zwischen der Bewegung des Verdrängungskörpers und der Bewegung des Fluids verändert.
Die Entkopplung bzw. das Vorgeben einer weichen Kopplung kann zeitabhängig, insbesondere in Abhängigkeit des momentanen Bewegungszustandes, d. h. die Position des Verdrängungskörpers, erfolgen. Durch die Entkopplung des Strompulses von der Bewegung des Verdrängungskörpers kann sich beispielsweise das von dem Verdrängungskörper in Bewegung gesetzte Fluid auch dann fortbewegen, wenn der Verdrängungskörper als solcher sich in seiner Endlage befindet und sich nicht mehr weiter fortbewegt. Die Bewegung des Fluids und die Bewegung des Verdrängungskörper können somit zumindest zeitweise unabhängig voneinander erfolgen. Beispielsweise gibt der Verdrängungskörper durch eine beschleunigende Bewegung dem Fluid einen Schwung, so dass ein Strom- bzw. Druckpuls des Fluids gebildet wird, anschließend breitet sich der Strom- bzw. Druckpuls im wesentlichen frei aus obwohl Verdrängungskörper abgebremst wird. Hierdurch werden zum einen unerwünschte Druckpulse vermieden, die die Filtermembran schädigen könnten, zum anderen wird hiermit eine größere Menge an Fluid bereitgestellt, welches die Filtermembran reinigt. Durch die Entkopplung ist es möglich, dass der Verdrängungskörper dem Fluid, welches zur Reinigung der Filtermembran verwendet wird, einen Stoß versetzt und dass nach Vollendung des Stoßes das Fluid frei entsprechend seiner Trägheit fließen kann.
Darüber hinaus wird durch die Entkopplung bewirkt, dass bei der Zurückbewegung des Verdrängungskörpers in seine Ausgangslage übermäßige Druck- beziehungsweise Strompulse im Fluid erzeugt werden, die sonst ein Festsetzen von Partikeln in der Filtermembran bewirken könnten. Mit Hilfe der Entkopplung kann sich der Verdrängungskörper schneller in seine Ausgangslage zurückbegeben als es die Strömungsgeschwindigkeit des reinigenden Fluids vorgibt. Durch Variation des Entkopplungsgrades, insbesondere durch ein phasenrichtiges Koppeln/Entkoppeln, kann das Fluid gezielt und vorgebbar in seiner Bewegung gesteuert werden, insbesondere kann das Fluid in die eine oder andere Richtung gepumpt werden, wobei unerwünschte Strompulse beziehungsweise Druckpulse im Fluid, die entweder eine Schädigung der Filtermembran oder ein Zusetzen der Filtermembran bewirken könnten, vermieden werden.
Die Entkoppelung bewirkt darüber hinaus, dass eine Bildung von Gasbläschen im Fluid verhindert wird, wodurch eine Verstopfung der Filtermembran durch die Gasbläschen vermieden wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung fließt das Fluid durch einen Bypass um bzw. durch den Verdrängungskörper, dessen Strömungswiderstand verändert werden kann. Der Bypass kann beispielsweise im Verdrängungskörper oder um den Verdrängungskörper herum angeordnet sein. Mit Hilfe der Veränderung des Strömungswiderstandes kann der Kopplungsgrad zwischen der Bewegung des Verdrängungskörpers und der Bewegung des Fluids eingestellt werden. Insbesondere wird durch Vorgabe eines von der Bewegungsrichtung des Verdrängungskörpers und/oder der Bewegungsrichtung des Fluids abhängigen Strömungswiderstandes eine besonders präzise Steuerung der Strömung des Fluids erzielt. Vorteilhafterweise ist der Bypass im Verdrängungskörper vorgesehen und der Bypass kann mit Hilfe eines Bypassventils, insbesondere mit Hilfe einer Ventilkugel, verschlossen werden. Durch Verwendung einer Ventilkugel im Verdrängungskörper kann sowohl die Bewegung des Verdrängungskörpers als auch die Bewegung des Fluids benutzt werden, um den Strömungswiderstand zu verändern.
Durch diese Maßnahmen wird insbesondere ein Nachfließen des Fluids nach Vollendung der Bewegung des Verdrängungskörpers in seine Endlage ermöglicht, wie auch ein schnelles Zurückziehen des Verdrängungskörpers in seine Ausgangslage bewirkt, ohne dass das Fluid als solches übermäßig schnell bewegt wird. Auf diese Weise wird die Filtermembran vor übermäßigen Druckpulsen und Strompulsen geschützt.
Diese Entkopplung bzw. die Änderung des Grades der Kopplung der Bewegung des Verdrängungskörpers vom Strompuls kann sowohl im Zusammenhang mit elektromagnetisch angetriebenen Backpulsern wie auch im Zusammenhang mit anderen Antrieben wie zum Beispiel mechanischen oder hydrodynamischen Antrieben verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Ventil zum Erzeugen eines Strompulses in einem mit einer Strömungsrichtung fließenden Fluid, insbesondere für die Reinigung einer Filtermembran, weist einen Strömungskanal, einen Verdrängungskörper und einen Antrieb auf, wobei mit Hilfe des Antriebs der Strömungskanal durch den Verdrängungskörper zumindest teilweise verschließbar ist und der Verdrängungskörper entgegen die Strömungsrichtung des Fluids bewegbar ist. Mit Hilfe des Verdrängungskörpers wird der Strömungskanal zunächst verschlossen, wobei der Verdrängungskörper die Funktion eines Ventils übernimmt, anschließend übernimmt der Verdrängungskörper die Funktion einer Pumpe, wobei er in die entgegengesetzte Richtung als die Strömungsrichtung des fließenden Fluids bewegt wird und somit ein Strompuls des Fluids bewirkt.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils weist der Verdrängungskörper einen Magnet auf und um den Strömungskanal ist eine elektrisch ansteuerbare Spule angeordnet. Mit Hilfe der elektrisch ansteuerbaren Spule wird der Magnet magnetischen Kräften ausgesetzt, welche eine Bewegung des Verdrängungskörpers bewirken. Die Einwirkung von magnetischen Kräften macht aufgrund des nicht erforderlichen äußeren Kontaktes eine Verwendung von Dichtungen überflüssig.
Der Verdrängungskörper und der Strömungskanal zeichnen sich vorteilhafterweise durch eine große Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und chemische Einwirkungen, insbesondere durch eine hohe Verträglichkeit für die Gesundheit von Mensch und Tier, durch Hygiene und durch eine geringe Temperaturausdehnung aus.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils ist der Verdrängungskörper hydrodynamisch geformt und weist insbesondere Abrundungen auf. Mit diesen Abrundungen bzw. die hydrodynamische Formung des Verdrängungskörpers werden willkürliche Strom- bzw. Druckpulse aufgrund von Verwirbelungen vermieden, so dass die Wahrscheinlichkeit einer willkürliche Erzeugung eines Strompulses geringer ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils weist der Verdrängungskörper Öffnungen zur Glättung des zeitlichen Verlaufs des Strompulses auf. Ebenso wie die hydrodynamische Formung des Verdrängungskörpers bewirken diese Öffnungen eine Reduzierung von Turbulenzen und Verringerung der damit verbundenen Druckschwankungen des Strompulses.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Strömungskanal zusätzliche Querschnittsverbreitungen und/oder Leitungen zur Führung der Strömung bzw. zur Glättung des zeitlichen Verlaufs des Strompulses auf. Mit Hilfe von Querschnittsverbreitungen wird die Funktion des Verdrängungskörpers als dichtendes Ventil bzw. Pumpe unterstützt. Zusätzliche Leitungen glätten den zeitlichen Verlauf des Strompulses.
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung steht eine Steuerung mit dem Antrieb in Verbindung. Mit der Steuerung und den Antrieb wird ein Strompuls mit definierter Pulscharakteristik vorgegeben. Vorteilhafter Weise steht eine Messsonde zur Erfassung des Verschmutzungsgrades der Filtermembran mit der Steuerung in Verbindung, damit je Verschmutzungsgrad ein Strompuls geeigneter Größe oder eine Folge von Strompulse geeigneter Frequenz vorgegeben werden.
Es ist von Vorteil, mindestens eine Partikelfalle für magnetische Teilchen im Fluid vorzusehen, welche vor und/oder nach dem Ventil angeordnet ist. Hiermit wird verhindert, dass sich magnetische Teilchen an dem magnetischen Verdrängungskörper anhaftenden können. Eine derartige Partikelfalle kann entweder einen mechanischen Filter oder einen externen Magneten aufweisen.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils ist das Ventil durch ein Mittel zum Entkoppeln der Bewegung des Verdrängungskörpers von der Bewegung des Fluids, insbesondere vom Strompuls, ausgestattet. Hiermit wird insbesondere bewirkt, dass der Verdrängungskörper zwar das Fluid für den reinigenden Strompuls in Bewegung setzt, anschließend die Bewegung des Fluids jedoch nicht von dem Verdrängungskörper mehr beeinflusst wird, so dass ein Nachfließen des Fluids zugelassen wird. Hierdurch wird eine größere Menge an reinigendem Fluid zur Reinigung der Filtermembran zur Verfügung gestellt. Außerdem ist mit Hilfe des Mittels zum Entkoppeln ein schnelles Zurückziehen des Verdrängungskörpers in seine Ausgangsposition möglich, ohne dass in entsprechender Weise das Fluid durch die Filtermembran gezwungen wird. Hiermit werden Verunreinigungen in bzw. an der Filtermembran vermieden.
Dieses Mittel zum Entkoppeln der Bewegung des Verdrängungskörpers vom Strompuls kann sowohl für elektromagnetische Antriebe wie auch für andere Antriebe wie zum Beispiel mechanische oder hydrodynamische Antriebe verwendet werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Mittel zum Entkoppeln einen Bypass, insbesondere einen verschließbaren Bypass, um bzw. durch den Verdrängungskörper, dessen Strömungswiderstand veränderbar ist. Mit Hilfe eines veränderbaren Strömungswiderstandes kann die Pulsform des Strompulses beziehungsweise des Druckpulses präzise vorgegeben werden. Dabei ist vorteilhafterweise der Bypass im Verdrängungskörper vorgesehen. Der Strömungswiderstand kann vorteilhafterweise mit Hilfe eines Bypassventils, insbesondere einer Ventilkugel gesteuert werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen bzw. vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung beschriebenen Merkmale sollen die Erfindung illustrieren und sind nicht als den Geist und die Bedeutung der Erfindung einschränkend aufzufassen. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ventil zur Erzeugung eines Strompulses mit einer Filtermembran;
Fig. 2a bis Fig. 2c drei Momentanaufnahmen der Bewegung des Verdrängungskörpers beim erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 3 bis Fig. 5 alternative Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventils zum Erzeugen eines Strompulses;
Fig. 6 einen Verdrängungskörpers eines erfindungsgemäßen Ventils nach Fig. 1 mit einem Mittel zum Entkoppeln im Längsschnitt; und
Fig. 7 den Verdrängungskörper nach Fig. 6 im Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil zum Erzeugen eines Strompulses, welches in unmittelbarer Nähe einer Filtermembran 1 angeordnet ist. Die zu filtrierende Flüssigkeit fließt entlang der Pfeilrichtung parallel zur Filtermembran 1. Das erfindungsgemäße Ventil weist ein Gehäuse 11 auf mit einem Strömungskanal 8, der einen Einlass 19 für ein Fluid 2 und ein Auslass 20 enthält. In dem Strömungskanal 8 ist ein Verdrängungskörper 4 angeordnet, der im Inneren ein Magnet 6 aufweist und der Öffnungen 22 sowie eine Abrundung 12 zur Vermeidung von Turbulenzen bei seiner Bewegung im Fluid 2 enthält. Das Fluid 2 fließt in Strömungsrichtung 10 am Verdrängungskörper 4 vorbei. Das Vorbeifließen des Fluids 2 am Verdrängungskörper 4 wird durch eine Querschnittsverbreiterung 13 des Strömungskanals 8 ermöglicht bzw. erleichtert. Der Verdrängungskörper 4 mit dem Magnet 6 wird unter Einwirkung eines Magnetfeldes einer Spule 5 bewegt. Die Spule 5 ist einer Steuerung 16 verbunden, welche einen Strom in der Spule 5 vorgibt, sobald eine Messsonde 17 einen unerwünscht hohen Verschmutzungsgrad der Filtermembran 1 feststellt. Die Spule 5 mit dem Magnet 6 stellt einen Antrieb 7 für den Verdrängungskörper 4 dar.
Fig. 2a bis 2c zeigen unterschiedliche Zwischenzustände der Bewegung des Verdrängungskörpers 4 im Strömungskanal 8 mit der Spule 5. Zunächst (s. Fig. 2a) strömt das Fluid 2 durch den Einlass 19 durch den Strömungskanal 8 und tritt durch den Auslass 20 aus dem Ventil heraus. Das Fluid 2 strömt entlang der Strömungsrichtung 10 am Verdrängungskörper 4, welcher den Magnet 6 enthält, vorbei. Dieses Vorbeiströmen wird durch die Querschnittverbreiterung 13 erleichtert. In Fig. 2b wird der Verdrängungskörper 4 durch Einwirkung des von der Spule 5 erzeugten Magnetfeldes auf den Magnet 6 in den Strömungskanal 8 hineingezogen, so dass der Strömungskanal 8 zumindest teilweise von dem Verdrängungskörper 4 geschlossen wird. In Fig. 2c ist der Verdrängungskörper 4 vollständig von der Spule 5 umschlossen, wobei das in diesem Raum vorhandene Fluid 2 entgegen die ursprüngliche Strömungsrichtung 10 in Richtung zum Einlass 19 hin verdrängt wurde.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils, bei dem die Bewegung des Verdrängungskörpers 4 mit Hilfe eines Kolbens als Antrieb 7 bewirkt wird. Der Verdrängungskörper 4 weist Dichtungen 18 auf, mit denen eine Abdichtung zwischen dem Strömungskanal 8 und außen bewirkt wird. Der Verdrängungskörper 4 wird mit Hilfe eines externen Motors (nicht abgebildet) angetrieben.
Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils, bei dem der Antrieb 7 durch eine Membran 3 gebildet wird, wobei die Membran mit Druckluft über den Druckstutzen 21 beaufschlagt wird, so dass der Strömungskanal 8, der eine Auswölbung 9 aufweist, zunächst teilweise verschlossen wird. Anschließend verdrängt die Membran 3 das Fluid 2 in Richtung zum Einlass 19 hin und erzeugt somit ein Strompuls. Eine Leitung 14 ermöglicht ein weiteres Strömen des Fluids 2 durch das Ventil.
Fig. 5 zeigt eine noch weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils, bei dem der Verdrängungskörper 4 auf einer Membran 3 aufgebracht ist, die ihrerseits über einen Druckstutzen 21 mit Pressluft bewegt wird, womit der Verdrängungskörper 4 im Strömungskanal 8 das Fluid 2 in Richtung zum Einlass 19 hin bewegt.
Fig. 6 zeigt einen Verdrängungskörper 4 eines erfindungsgemäßen Ventils zur Erzeugung eines Strompulses im Längsschnitt mit einem Mittel zum Entkoppeln 40, welches durch eine Ventilkugel 35 und einen Dichtungskonus 38 gebildet wird. Eine Stirnseite 36 des Verdrängungskörpers 4 weist in Richtung der Filtermembran und eine Rückseite 37 des Verdrängungskörpers 4 weist von dieser fort. Der Verdrängungskörper 4 weist einen Magnet 6 auf, der als Ringmagnet ausgestaltet ist. Bei der Bewegung des Verdrängungskörpers 4 in Richtung auf die Filtermembran verschließt die Ventilkugel 35 einen Bypass 34, so dass das Fluid in Richtung der Filtermembran bewegt wird. Gelangt der Verdrängungskörper 4 in seine Endlage kann das Fluid, vorteilhafterweise weitgehend ungehindert, seine Bewegung fortsetzen, indem die Ventilkugel 35 den Bypass 34 öffnet, so dass das Fluid entsprechend seiner Trägheit nachfließen kann. Anschließend kann der Verdrängungskörper 4 mit offenem Bypass 34 zurückgezogen werden, ohne dass das Fluid in entsprechender Weise der Bewegung des Verdrängungskörpers 4 folgen muss. Hiermit kann bewirkt werden, dass das Fluid durch den offenen Bypass 34 weiterhin in Richtung zur Filtermembran fließt während der Verdrängungskörper 4 sich in entgegengesetzter Richtung bewegt. Grundsätzlich kann der Verdrängungskörper, so angeordnet sein, dass er sich in senkrechter Richtung oder in waagerechter Richtung bewegt. Je nach gewünschten besonderen Strömungseigenschaften wird die Kugel mit Hilfe einer Feder in der geschlossenen oder in der geöffneten Stellung vorgespannt. Durch den Fluidstrom durch den Bypass 34 wird eine Verblockung der Filtermembran verhindert, indem die Geschwindigkeit des Fluids hinreichend gering gehalten wird, während sich der Verdrängungskörper 4 in seine Ausgangslage zurückbewegt. Die Ventilkugel 35 kann aus Metall, z. B. Stahl oder aus Kunststoff gefertigt sein. Vorteilhafterweise weist die integrale Dichte der Kugel die Dichte des Fluids auf. Die Kugel wird mit Hilfe eines Dichtungskonus 38 geführt, wodurch unkontrollierte Bewegungen, die entsprechende unkontrollierte Druckschwankung zur Folge hätten, vermieden werden.
Fig. 7 zeigt den Verdrängungskörper 4 nach Fig. 6 entlang der Schnittlinie I-I im Querschnitt. Dabei sind Bohrungen 39 vorgesehen, durch die das Fluid fließen kann. Die zwischen den Bohrungen 39 befindlichen Stege 41 dienen zur sicheren Führung der Ventilkugel 35, wodurch ein sicheres Verschließen gewährleistet und unerwünschte Druckpulse vermieden werden. Vorteilhafterweise ist der in der Summe effektiv wirksame Querschnitt der Bohrungen gleich dem Querschnitt des Bypasses 34.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Strompulses in einem in einer Strömungsrichtung fließenden Fluids 2, insbesondere für die Reinigung einer Filtermembran 1, wobei das Fluid 2 durch einen Strömungskanal 8 geführt wird, der einen entlang eines bestimmten Weges hin und her bewegbaren Verdrängungskörper 4 aufweist, umfasst folgende Merkmale: Der Verdrängungskörper 4 wird mittels eines Antriebs 7 zunächst so bewegt, dass er den Strömungskanal 8 zumindest teilweise verschließt, der Verdrängungskörper 4 wird weiterhin in Strömungskanal 8 hineinbewegt, so dass er daraus Fluids 2 verdrängt und so einen Strompuls erzeugt, der Verdrängungskörper 4 wird ab einem vorgegebenen Umkehrpunkt wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt, so dass die Strömung wieder in der ursprünglichen Strömungsrichtung fließt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass auf eine einfache Art und Weise sehr genau vorgebbare Strompulse erzeugt werden. Bezugszeichenliste 1 Filtermembran
2 gereinigtes Fluid
3 Membran
4 Verdrängungskörper
5 Spule
6 Magnet
7 Antrieb
8 Strömungskanal
9 Auswölbung
10 Strömungsrichtung
11 Gehäuse
12 Abrundung
13 Querschnittsverbreiterung
14 Leitung
16 Steuerung
17 Messsonde
18 Dichtung
19 Einlass
20 Auslass
21 Druckstutzen
22 Öffnung
23 Filter
24 verunreinigtes Fluid
25 Sensor
26 Zustromseite
27 Abstromseite
33 Druckübersetzungsmittel
34 Bypass
35 Ventilkugel
36 Stirnseite
37 Rückseite
38 Dichtungskonus
39 Bohrung
40 Mittel zum Entkoppeln
41 Steg

Claims

1. Reinigungsverfahren für einen Filter (23), der eine Filtermembran (1) aufweist, die mit einem verunreinigten Fluid (24) beaufschlagt wird und aus der ein gereinigtes Fluid (2) tritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermembran (1) durch Vorgabe einer zeitlichen Änderung der Relativbewegung zwischen der Filtermembran (1) und dem verunreinigten (24) und/oder dem gereinigten (2) Fluid gereinigt wird.

2. Reinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung hinsichtlich ihres Betrages verändert wird.

3. Reinigungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung hinsichtlich ihrer Richtung verändert wird.

4. Reinigungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in dem verunreinigten Fluid (24) und/oder der Stromfluss des verunreinigten Fluids (24) verändert wird.

5. Reinigungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Frequenzanteile der Änderung im wesentlichen im Bereich zwischen 0.0001 und 100 Hz, insbesondere zwischen 0.01 Hz und 10 Hz, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 Hz liegen.

6. Reinigungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in dem gereinigten Fluid (2) und/oder der Stromfluss des gereinigten Fluids (2) verändert wird.

7. Reinigungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Frequenzanteile der Änderung im wesentlichen im Bereich zwischen 1 und 10000 Hz, insbesondere zwischen 10 Hz und 1000 Hz, vorzugsweise zwischen 100 und 200 Hz liegen.

8. Reinigungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermembran (1) bewegt wird.

9. Reinigungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermembran (1) zu Schwingungen angeregt wird.

10. Reinigungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Frequenzanteile der Schwingungen im wesentlichen im Bereich zwischen 10 und 10000 Hz, insbesondere zwischen 100 Hz und 5000 Hz, vorzugsweise zwischen 500 und 2000 Hz liegen.

11. Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermembran (1) gedreht wird.

12. Reinigungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Reinigung in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades des Filters erfolgt.

13. Reinigungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterzustand mit Hilfe eines Sensors (25) erfasst wird.

14. Reinigungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (23) ein Kreuzflussfilter ist.

15. Reinigungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (23) ein Durchflussfilter ist.

16. Verfahren zum Erzeugen eines Strompulses in einem in einer Strömungsrichtung (10) fließenden Fluid (2, 24), insbesondere für ein Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Fluid (2, 24) durch einen Strömungskanal (8) geführt wird, der einen entlang eines bestimmten Weges hin und her bewegbaren Verdrängungskörper (4) aufweist, mit folgenden Merkmalen:

a) der Verdrängungskörper (4) wird mittels eines Antriebs (7) zunächst so bewegt, dass er den Strömungskanal (8) zumindest teilweise verschließt;

b) der Verdrängungskörper (4) wird weiter in den Strömungskanal (8) hinein bewegt, so dass er daraus Fluid (2, 24) verdrängt und so einen Strompuls erzeugt;

c) der Verdrängungskörper (4) wird ab einem vorgegebenen Umkehrpunkt wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt, so dass die Strömung wieder in der ursprünglichen Strömungsrichtung (10) fließt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (7) den Verdrängungskörper (4) kontaktlos unter Einwirkung von magnetischen Kräften bewegt.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass Frequenzanteile des Strompulses im wesentlichen im Bereich zwischen 0,0001 und 100 Hz, insbesondere zwischen 0,01 und 10, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 Hz, liegen.

19. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass vom Strompuls induzierte Druckschwankungen kleiner als 500 mbar, insbesondere kleiner als 100 mbar, vorzugsweise kleiner als 20 mbar sind.

20. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselstrom des Fluids (2, 24) erzeugt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Wechselstroms größer als die Größe des Stroms des fließenden Fluids (2, 24) ist.

22. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulscharakteristik des Strompulses vorgebbar ist.

23. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Fluids, insbesondere der Strompuls, von der Bewegung des Verdrängungskörpers entkoppelt werden kann.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid durch einen Bypass um bzw. durch den Verdrängungskörper fließen kann, wobei der Strömungswiderstand des Bypass verändert werden kann.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass im Verdrängungskörper vorgesehen ist und der Bypass mit Hilfe eines Bypassventils, insbesondere mit Hilfe einer Ventilkugel, verschlossen werden kann.

26. Ventil zum Erzeugen eines Strompulses in einem in einer Strömungsrichtung (10) fließenden Fluid (2, 24), insbesondere für ein Reinigungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einem Strömungskanal (8), einem Verdrängungskörper (4) und einem Antrieb (7), wobei mit Hilfe des Antriebs (7) der Strömungskanal (8) durch den Verdrängungskörper (4) zumindest teilweise verschließbar ist und der Verdrängungskörper (4) entgegen die Strömungsrichtung (10) des Fluids (2, 24) bewegbar ist.

27. Ventil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (4) einen Magnet (6) enthält und um den Strömungskanal (8) eine elektrisch ansteuerbare Spule (5) angeordnet ist.

28. . Ventil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (4) hydrodynamisch geformt ist, insbesondere Abrundungen (12) aufweist.

29. Ventil nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (4) Öffnungen (22) zur Glättung des zeitlichen Verlaufs des Strompulses aufweist.

30. Ventil nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (8) zusätzliche Querschnittsverbreiterungen (13) und/oder Leitungen (14) zur Führung der Strömung (10) bzw. zur Glättung des zeitlichen Verlaufs des Strompulses aufweist.

31. Ventil nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (16) mit dem Antrieb (7) in Verbindung steht.

32. Ventil nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messsonde (17) zur Erfassung des Verschmutzungsgrades der Filtermembran (1) mit der Steuerung (16) in Verbindung steht.

33. Ventil nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (7) ein Druckübersetzungsmittel (33) aufweist.

34. Ventil nach einem der Ansprüche 26 bis 33, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Entkoppeln der Bewegung des Verdrängungskörpers von der Bewegung des Fluids, insbesondere vom Strompuls.

35. Ventil nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Entkoppeln einen Bypass, insbesondere einen verschließbaren Bypass, um bzw. durch den Verdrängungskörper umfasst, wobei der Strömungswiderstand des Bypass veränderbar ist.

36. Ventil nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass im Verdrängungskörper vorgesehen ist.

37. Ventil nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand mit Hilfe eines Bypassventils, insbesondere einer Ventilkugel, gesteuert werden kann.

38. Verwendung eines Verfahrens zum Erzeugen eines Strompulses nach einem der Ansprüche 16 bis 25 und/oder eines Ventils zum Erzeugen eines Strompulses nach einem der Ansprüche 26 bis 37 für ein Reinigungsverfahren für einen Filter (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Strompuls auf einer Zustromseite (26) und auf einer Abstromseite (27) des Filters (23) generiert wird.