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Filterelement für Flüssigkeiten und Verfahren zum Zusammenbauen dieses
Filterelementes Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement für Flüssigkeiten,
insbesondere einen Absdhneider zum Trennen von sich nicht mischenden Flüssigkeiten,
wie z. B. Wasser von Kohlenwasserstoffen. Die Erfindung macht dabei Gebrauch von
einer für das Filtrat durchlässigen, in sich geschlossenen Wandung, die in axial
verlaufende Falten gelegt ist, wie sie an sich für ähnliche Filterzwecke bekannt
ist. Bei den bekannten Filterelementen mit einer solchen gefalteten Wandung umgibt
diese ein zentrales, mit Löchern versehenes und vorzugsweise durch einen spiraligen
Draht abgestütztes Rohr.
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Bei den bekannten Filtervorrichtungen bildet diese sternförmig gefaltete
Filterwandung selbst die eigentliche und einzige Filterwandung, z. B. aus Filz,
und ist mit ihren Stirnkanten in je eine Kappe aus gießbarem Werkstoff eingebettet.
Sie dient dabei nicht zum Trennen von sich nicht mischenden Flüssigkeiten, sondern
zur Abscheidung von festen Verunreinigungen, wie Staub, aus Gasen oder Flüssigkeiten.
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Demgegenüber kommt es bei der Erfindung für das Trennen von sich
nicht mischenden Flüssigkeiten auf die Verwendung eines an sich zu diesem Zwecke
üblichen Filterwerkstoffes, vorzugsweise ungeordneten Faserstoffes, z. B. Glasfäden,
an. Gemäß der Erfindung ist dann die in Falten gelegte Wandung als verhältnismäßig
steife Stützwandung für einen aus weichem Fasermaterial bestehenden Trenn- und Filterwerkstoff
ausgebildet, der mindestens in einen Teil der äußeren Faltenräume eingedrückt ist.
Dabei ist dieser Filterwerkstoff stirnseitig gegen die senkrecht zur Stützwandung
verlaufenden starren Verschlußplatten des Filterelementes durch je eine zwisohengelegte
ringförmige Packung aus solchem nachgiebigen Filterwerkstoff abgedichtet, daß die
Endkanten der Falten der steifen Stützwandung sich in diesen Filterwerkstoff eindrücken.
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In diesem Zusammenhang muß die z. B. aus Papier bestehende gefaltete
Wandung zwar auch für das Filtrat durchlässig sein, dient aber bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung nicht als eigentliche Filterwandung, sondern vorwiegend
als Stützwandung für den eigentliohen Filterwerkstoff, der bei dieser Ausführungsform,
z. B. aus Glasfäden bestehend, radial weitgehend in die äußeren Faltenräume der
gefalteten Stützwandung eingefaltet und um deren axiale Faltenkanten herumgefaltet
wird. Bei dieser Ausführungsform ist die gefaltete Wandung zentral gegen ein gelochtes
Rohr in an sich bekannter Weise abgestützt.
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Bei einer anderen Ausführungsform bildet die gefaltete Wandung in
an sich bekannter Weise die eigentliche Filterwandung und ist lediglich an den Stirnenden
in die Faltenräume dieser Filterwandung
ein Filterwerkstoff aus weichem Fasermaterial
eingedrückt, der die Abdichtpackung gegen die Verschlußplatten bildet. Bei dieser
Ausführungsform ist die in Falten gelegte Wandung in an sich bekannter Weise gegen
ein äußeres, mit Löchern versehenes Rohr angelegt und zentral, vorzugsweise dadurch
einen schraubenlinienförmig gewickelten Draht, abgestützt.
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Bei beiden Ausführungsformen dient das mit Löchern versehene Rohr
in an sich bekannter Weise nicht nur als radial abstützendes Glied, sondern insbesondere
auch dazu, die starren Verschlußplatten axial gegen die zugehörige Abdichtpackung
anzudrücken und diese hierdurch in die Faltenräume einzudrücken.
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Bei beiden Ausführungsformen ist das weiche Fasermaterial an den
Stirnenden der gefalteten Wandung eine weiche, ungeformte Masse, die sich nicht
durch Eingießen mit den stirnseitigen Verschlußplatten verbinden läßt. Durch dieses
Material schafft indessen die Erfindung eine nachgiebige stirnseitige Abdichtung
der gefalteten Wandung und gegebenenfalls des radial in die Faltenräume eingefalteten
Filterwerkstoffes aus Fasermaterial. Zufolge dieser Abdichtpackung können die zu
trennenden oder zu filternden Flüssigkeiten an den Stirnkanten der gefalteten Wandung
nicht vorbeitreten, oihne die Abdichtpackung zu durchdringen, d. h. ohne die gewünschte
Trennung oder Filterung zu erfahren. Diese
Abdichtung hat gegenüber
dem Eingießen der Stirnkanten in sprödes Kunstharz den Vorteil einfacherer Herstellung
und der Sicherheit gegen Ablösung von der gefalteten Wandung infolge von beim Transport
oder beim Einsetzen auftretenden Stößen. Gegenüber zwischen die Verschlußplatten
und die Stirnkanten der gefalteten Wandung sonst eingelegten geformten Dichtungsscheiben
mit glatter Oberfläche, z. B. aus Filz, hat die erfindungsgemäße Abdichtpackung
den Vorteil, daß Leckstellen infolge von Unebenheiten der abzudichtenden Stirnkanten
oder Flächen der Verschlußplatten nicht auftreten.
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In dieser Art der Abdichtung unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand
auch von einer anderen bekannten Filtervorrichtung, bei der die Randteile eines
gegebenenfalls in axial verlaufende Falten gelegten Filtergewebes in ein plastisches
Material versenkt und dadurch vollständig abgedichtet werden, wobei wiederum das
Filtergewebe nicht zum Trennen sich nicht mischender Flüssigkeiten, sondern zu sonstigen
Filterzwecken dient und mindestens bis zum endgültigen Zusammenbau des Filters durch
einen eingelegten starren Rahmen gehalten werden muß.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann zwischen
jede Verschlußplatte und die ringförmige Packung noch ein Dichtungsring eingelegt
sein, gegen den sich etwa durch den Packungswerkstoff hindurohgedrückte Endkanten
der gefalteten Stützwandung anlegen. Als Werkstoff für diesen Dichtungsring dient
vorzugsweise ein elastischer Werkstoff, wie Gummi, und für die Packung verfilzte
Baumwolle. Jedoch können die vorgenannten Dichtungsringe in gleicher Weise wie die
Stützwandung auch für das Filtrat durchlässig sein, vorausgesetzt, daß sie den Durchgang
der von den Flüssigkeiten abzutrennenden Bestandteile verhindern.
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Das Filterelement gemäß der Erfindung ist zwar in erster Linie zum
Trennen von sich nicht mischenden Flüssigkeiten bestimmt, kann aber mit Vorteil
auch für die üblichen Filterzwecke, d. h. die Absoheidung von Verunreinigungen aus
einer Flüssigkeit oder einem Gas, verwendet werden.
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In der Zeichnung sind die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 ein Schaubild des Abscheide- und
Filterelementes, Fig. 2 einen Achsschnitt durch das obere Ende des Filterelementes
nach Fig. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt im rechten Winkel zur Achse des Teilelementes
nach Fig. 2, Fig. 4 einen Teilschnitt im wesentlichen nach der Linie 4-4 der Fig.
2, Fig. 5 ein Schaubild des als abdichtende Wandung dienenden Dichtungsringes vor
dem Einsetzen in das Filterelement, Fig. 6 teilweise im Schnitt eine Ansicht einer
abgeänderten Ausführungsform des Filterelementes, Fig. 7 in größerem Maßstab einen
Teilschnitt zur Darstellung der Abdichtung am Ende der gefalteten Papierwandung
bei der Ausfülhrungsform nach Fig. 6, Fig. 8 eine Draufsicht auf die Innenseite
einer der Stirnwandungen des Filterelementes nach Fig. 6 und Fig. 9 ein Schaubild
des gefalteten Papiers, das bei der Ausführungsform nach Fig. 6 die Filterwandung
bildet.
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Mit 10 ist ein mit Loahungen 11 versehenes Rohr aus dünnem Metallblech
bezeichnet, das mittels eines schraubenförmig gewundenen Drahtes 12 in der in Fig.
2 gezeigten Weise verstärkt ist. Eine in Falten 14
gelegte Stützwandung 13 erstreckt
sich in Ringform um das zylindrische Rohr 10 herum und besteht aus Papier, das für
den Durdhtritt der zu behandelnden Flüssigkeit durchlässig ist. Die durchschnittlich
radial verlaufenden Faltenstege 14 der Wandung 13 sind dadurch hergestellt, daß
das Papier an in gleichen Abständen voneinander befindlidhen Stellen 15 und 16 umgefaltet,
dann auseinandergezogen und so in Ringform gelegt wird, daß es sich nach innen gegen
die Wandung 10 abstützt. Eine Schicht 17 aus filterndem oder abscheidendem Werkstoff,
die im allgemeinen aus Glasfäden besteht, wird in Falten gelegt angebracht, wobei
diese Falten im wesentlichen der Faltung der Stützwandung 13 folgen; d. h., diese
Schicht wird an den Stellen 18 umgefaltet. an denen sie sich zwischen die Falten
der Wandung 13 erstreckt, und außerdem an den Stellen 19 an denen sie über die Kanten
der Außenfalten der Wandung 13 hinweggeht.
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Eine starre Stirnwandung 20 aus Metall erstreckt sich von der gelochten
Wandung 10 aus radial nach außen und besitzt einen Bund 21, der dicht anschließend
um die zylindrische Wandung 10 herumführt.
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Zwischen der inneren Oberfläche der Wandung 20 und den Stirnenden
der vorgenannten Faltungen ist eine ringförmige Dichtung oder Packung 22 aus zusammenpreßbarem
Filtermaterial vorgesehen, die im Zeitpunkt ihrer Anbringung die in Fig. 5 gezeigte
Ringform besitzt und eine in Fig. 2 mit 22 bezeichnete Wandung oberhalb der Enden
der Faltenstege des Filterwerkstoffes 17 bildet. Außerdem ist ein elastischer Dichtungsring
23 längs der inneren Oberfläche der Wandung 20 vorgesehen, der aus elastischem Gummi
oder irgendeinem elastischen synthetischen gummiartigen Werkstoff bestehen kann.
Nach dem Zusammenbau wird auf die Stirnwandung 20 Druck ausgeübt, der gegen den
gefalteten Werkstoff 17 und die seine Unterlage bildende Stützwandung 13 aus Papier
drückt; das Papier dieser Wandung ist so steif und fest ausgebildet, daß es in den
Dichtungsring22 einschneidet und diesen durchdringt, so daß einzelne Segmente gebildet
werden, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind und die genau die Form des Zwischenraumes
zwischen den Faltenstegen erhalten, während der Druck gegen den schon gefalteten
Filterwerkstoff 17 ausgeübt wird. Die gefaltete Stützwandung aus Papier ist jedoch
gegen den Dichtungsring 23 aus Gummi oder gummiartigem Werkstoff abgedichtet (wie
am besten aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht), so daß eine gute Abdichtung an dieser
Stelle gegen Flüssigkeitsdurchtritt gebildet wird.
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An der äußeren Oberflädhe des Filterelementes kann ein anderer Dichtungsring
24 aus Gummi oder gummiartigem Werkstoff vorgesehen sein, der eine Abdichtung schafft,
wenn das Filterelement in seine Gebrauchsstellung eingebaut ist. In manchen Fällen
kann eine Hülse an der Außenseite des in Fig. 1 gezeigten Filterelementes angebracht
werden. die sich in Ausnehmungen 27 des äußeren Randes der Platte 20 einfügt.
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Die zu behandelnde Flüssigkeit kommt mit der äußeren Oberfläche des
gefalteten Abscheide- oder Filterwerkstoffes 17 in Berührung und geht durch diesen
hindurch. Die Flüssigkeit kann um die Enden des gefalteten Werkstoffes 17 nicht
herumströmen, ohne durch den Packungsring 22 hindurchzugehen, der an diesen Enden
angebracht ist; auf diese Weise wird daher verhindert, daß Flüssigkeit durchtritt,
die noch nicht durch den dafür vorgesehenen Filterwerkstoff hindurchgegangen ist.
Nachdem die Flüssigkeit durch den Filterwerkstoff 17 hindurchgegangen ist,
strömt
sie durch die durchlässige Stützwandung 13 aus Papier und kann nicht an den Enden
dieser Wandung vorbeitreten. weil diese Enden sich abdichtend an den Dichtungsring
23 anschließen. Die Flüssigkeit strömt dann durch die Öffnungen 11 in die Mitte
des Rdhres 10 und von da zu der Auslaßöffnung des Filterelementes.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der elastische Dichtungsring
23 eine einfache und billige Abdichtung am Ende der steifen. gefalteten Wandung
13 schafft; dieser Ring bildet aber keine gute Dichtung für das Ende des in Falten
gelegten Abscheide-und Filterwerkstoffes 17. Um zu verhindern, daß Flüssigkeit um
und durch die Stirnenden des Werkstoffes 17 strömt, ohne dabei die gewünschte Filterung
oder Abscheidung zu verfahren, ist, wie gesagt, je eine der ringförmigen Packunscheiben
22 aus zusammendrückbarem Filterwerkstoff in Berührung mit je einem Ende des Filterwerkstoffes
17 angebracht, so daß die zu filternde Flüssigkeit durch beide Fi lterwerkstoffe
auch an diesen Stellen Ihindurchströmen muß.
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Gemäß Fig. 6 bis 9 ist mit 110 als Ganzes ein Körper aus gefaltetem
Papier bezeichnet, bei dem die Ebene jeder der Faltenstege praktisch radial in bezug
auf die durch das gefaltete Papier gebildete Ringform verläuft. Die oberen Kanten
111 und die unteren Kanten 112 dieses gefalteten Papiers stehen im Eingriff mit
je einem weichen Dichtungs- oder Packungsring 113 aus Baumwolle in verfilzter Form
oder einem ähnlichen, vorzugsweise nicht gewobenen Werkstoff, der nachgiehig ist
und gemäß Fig. 7 durch die Kanten 111 des gefalteten Papiers eingekerbt werden kann,
aber bestrebt ist, elastisch in seine nicht eingekerbte Stellung zurückzukehren.
Eine Ausführungsform eines filzartigen Dichtungswedstoffes, die sich als günstig
erwiesen hat, ist in der USA.-Patentschrift 2 528 793 vom 7. 11. 50 beschrieben.
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Gemäß Fig. 6 befindet sich der gefaltete Papierring in einer als
Ganzes mit 114 bezeichneten Dose, die eine zylindrische Außenwandung 115 mit Öffnungen
116 besitzt, die sich über ihre ganze Oberfläche verteilen. Die Wandung weist Einrollungen
auf, die Sicken bzw. Rippen 117, 118, 119 bilden, die die Außenkanten des Faltenringes
nach innen hin in Abstand von der zylindrischen Wandung halten. Der Boden 120 bestcht
aus einer Metallwandung, die mittels einer Bördelung bei 121 im Eingriff mit der
Wandung 115 steht und auf diese Weise eine Abdichtung schafft; auf der Innenseite
des Bodens 120 ist der untere Dichtungsring 113 angebracht, dessen Größe und Form
zweckmäßig so gewählt sind, daß er zentrisch auf dem Boden 120 sitzt und einen offenen
Mittelteil aufweist. Der Boden der Dose besitzt die Öffnung 122 mit einem nach außen
stehenden Flansch.
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Der Boden kann fest mit der zylindrischen Wandung 115 verbunden werden,
bevor der Faltenring aus Papier in die Dose eingesetzt wird. Der Deckel 123 der
Dose ist als besonderer Teil ausgebildet und besitzt eine Mittelöffnung 124.
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Das in Ringform gefaltete Papier wird in die Dose eingesetzt. bevor
der Deckel 123 aufgebracht wird, dann wird ein zylindrisches Glied in Form einer
Schraubenwicklung oder Drahtfeder 126 innerhalb des freien Mittelkanals des Faltenringes,
und gegen dessen Kanten 125 anliegend, eingesetzt; die Größe dieses zylindrischen
Gliedes ist so gewählt. daß es an den Kanten 125 der Falten angreift und verhindert,
daß die Faltenstege radial nach innen gedrückt werden.
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Diese Feder trägt auch dazu bei, die Faltenstege gegen die Rippen
117. 118. 119 anzudrücken und den freien
Mittelkanal zu zentrieren, der durch den
Faltenring innerhalb der Dose gebildet wird. Dieser Mittelkanal deckt sich mit den
Öffnungen 122 und 124 der Dosenstirnwandungen. Nachdem die schraubenlinienförmige
Wicklung aus Draht od. dgl. eingesetzt worden ist, wird der obere Dichtungsring
113 aus weichem Werkstoff am oberen Ende der Falten angebracht; hierauf wird die
Dose in ihre Gebrauchsstellung eingesetzt, Druck ausgeübt und der Deckel bei 128
dicht abschließend aufgebördelt. Die auf die Enden der Dose ausgeübten und gegeneinandergerichteten
Druckkräfte sind genügend groß, um eine gute Abdichtung gegen den Durchtritt von
Schmutz an den Enden der Faltenstege zu bilden. Ist die axiale Länge der Dose irgendwie
ungleichmäßig. so ist der ausgeübte Druck groß genug, um die Dose 115 in axialer
Richtung zusammenzudrücken, wobei die Sicken 117, 118, 119 in dem Maße nach innen
bzw. zusammengedrückt werden, daß die Dose gleichmäßig auf die gewünschte Länge
gebracht wird. In manchen Fällen kann der ausgeübte Druck dazu ausreichen, die Dichtungsringe
113 unter einen vorgegebenen Druck zu setzen, der die Abdichtung bei gleichzeitiger
Zusammendrückung der Sicken kerbeifiiihrt.
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Im Betrieb strömt die Flüssigkeit durch die Offnungen 116 der zylindrischen
Wandung 115, von da durch das gefaltete Papier oder möglicherweise durch den abdichtenden
Ring 113 zu dem Mittelkanal, wobei Verunreinigungen auf dem Papier oder auf dem
Dichtungsring abgesetzt werden und zurückbleiben. Auf diese Weise wird eine sehr
billige Abdichtung gegen die Schmutzteilchen an den Stirnenden des gefalteten Papiers
hergestellt. Das gefaltete Papier ist gut sowohl gegen nach innen gerichtete Drücke
als auch nach außen gerichtete Drücke abgestützt, und insgesamt wird ein vorteilhafter
Filtereinsatz gebildet.