DE112019004448T5 - Vorrichtung zum Filtern - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung (100) einen Behälter (110), eine Filtereinheit (120) und ein Filtermedium (130) umfasst. Der Behälter (110) hält die Flüssigkeit (10), die eine feste Substanz (10a) enthält, und die Filtereinheit (120) ist in dem Behälter (110) verschiebbar. Das Filtermedium (130) ist für die feste Substanz (10a) in der Flüssigkeit (10) nicht durchlässig.

Description

  • BEREICH DER OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft die Flüssigkeitsfiltration, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit und zum getrennten Halten des Filtrats.
  • HINTERGRUND
  • In der modernen medizinischen Welt ist es zunehmend wichtig geworden, ein physiologischen Fluid, z.B. Blut, Urin und dergleichen, zu analysieren. Zu diesem Zweck ist es notwendig, eine oder mehrere feste Substanzen von dem Fluid abzutrennen oder zu filtern.
  • Zwei verschiedene herkömmliche Anordnungen zum Filtern der Flüssigkeit sind in den 7a - 7b gezeigt. In 7a wird ein typischer Filtrationsansatz erläutert, wobei die Flüssigkeit in einem oberen Behälter (20) gehalten wird, welcher ein Filtermedium (40) und einen Kolben (50) aufweist. Der Kolben (50) übt einen Druck auf die Flüssigkeit aus. Da das Filtermedium (40) nur für eine Flüssigkeit (10) durchlässig ist, wird eine in der Flüssigkeit (10) enthaltene feste Substanz (10a) im oberen Behälter (20) zurückgehalten, während die Flüssigkeit (10) durch das Filtermedium (40) fließt und in einem unteren Behälter (30) gesammelt wird. Es besteht jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die feste Substanz (10a) eine Blockierungsschicht auf dem Filtermedium (40) bildet. Daher muss der Kolben (50) einen äußeren Druck ausüben, um die Flüssigkeit (10) zu zwingen, durch die feste Substanz (10a) und das Filtermedium (40) zu fließen.
  • In 7b wird ein Umkehrfiltrationsansatz erläutert, bei dem ein unterer Behälter (30) die Flüssigkeit hält und ein oberer Behälter (20) als Spritze mit einem Kolben (50) und einem Filtermedium (40) in einem Auslass an einem offenen Boden des oberen Behälters (20) konfiguriert ist. Während der Filtration wird der Auslass in die Flüssigkeit im unteren Behälter (30) getaucht. Wenn der Kolben (50) angehoben wird, fließt eine Flüssigkeit (10) durch das Filtermedium und wird im oberen Behälter (20) gesammelt, während sich eine feste Substanz (10a) an einem Boden des unteren Behälters (30) absetzt. Obwohl diese Anordnung das Verstopfen wirksam minimiert, ist die Übertragung der gesammelten Flüssigkeit (10) vom oberen Behälter (20) in einen anderen Behälter schwierig und erfordert dafür daher spezielle Anordnungen. Ferner besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Flüssigkeit (10) im unteren Behälter (30) zurückgehalten wird.
  • Zahlreiche moderne Systeme wurden entwickelt, um die Komponenten in der Flüssigkeit zu trennen. Zum Beispiel ist die Zentrifugation eine Technik, um Komponenten von einer Lösung zu trennen, indem eine Zentrifugalkraft entsprechend ihrer Größe, Form, Dichte, Viskosität des Mediums und der Rotordrehzahl angewendet wird. Bei dieser Methode können zwei mischbare Substanzen getrennt werden und die hydrodynamischen Eigenschaften von Makromolekülen können analysiert werden.
  • Das US-Patent Nr.: US 4,154,690 A offenbart eine Vorrichtung zur Verwendung bei der zentrifugalen Trennung von Komponenten einer Flüssigkeit. Die Vorrichtung umfasst ein Trennelement, das in einen zylindrischen Behälter geschoben werden kann, der die Flüssigkeit enthält. Während der Behälter einer Zentrifugation unterzogen wird, biegt sich ein Bereich des Behälters, der mit dem Trennelement in Kontakt steht, um die Flüssigkeit durch einen Raum zwischen dem Trennelement und dem gebogenen Bereich fließen zu lassen, und um zu ermöglichen, dass das Trennelement zu einem Boden des Behälters gleitet.
  • Die PCT-Patentanmeldung Nr.: PCT/DK2010/050056 offenbart eine Vorrichtung zum Extrahieren einer Probe aus einem Sammelmedium mit einer im Vergleich zur Zentrifugationstechnik erhöhten Ausbeute. Nach der Zentrifugation wird eine Lösung zwei oder mehr Filterprozessen unterzogen, um die Probe vom Sammelmedium zu trennen. Es besteht jedoch weiterhin ein Interesse daran, verbesserte und alternative Vorrichtungen zu den derzeit allgemein verfügbaren bereitzustellen.
  • Es besteht daher im Stand der Technik ein Bedarf an einer Vorrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit und zum Halten des Filtrats auf einfache, effiziente und kostengünstige Weise. Es besteht auch ein Bedarf an einer Vorrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit, ohne dass ein angetriebener Aktuator zum Anlegen eines Drucks zum Filtern erforderlich ist, während das Verstopfen eines Filtermediums minimiert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung schlägt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit und zum Halten des Filtrats auf einfache, effiziente und kostengünstige Weise vor. Die Vorrichtung führt eine Umkehrfiltration durch, ohne dass ein angetriebener Aktuator zum Anlegen eines Drucks zum Filtern verwendet wird, während das Verstopfen eines Filtermediums minimiert wird.
  • Die Vorrichtung umfasst einen Behälter, eine Filtereinheit und ein Filtermedium. Der Behälter enthält die Flüssigkeit, die mindestens eine feste Substanz enthält. Die Filtereinheit ist im Behälter axial verschiebbar. Das Filtermedium ist an einem unteren Bereich der Filtereinheit vorgesehen und ist für die feste Substanz in der Flüssigkeit nicht durchlässig.
  • Gemäß einer Ausführungsform fließt die Flüssigkeit, wenn der Behälter in die Filtereinheit geschoben wird, durch das Filtermedium und tritt in die Filtereinheit ein. Der Behälter ist mit einem ersten Befestigungsteil ausgebildet, und die Filtereinheit ist mit einem zweiten Befestigungsteil ausgebildet, das mit dem ersten Befestigungsteil übereinstimmt. Wenn der Behälter und die Filtereinheit aneinander befestigt werden, fließt die Flüssigkeit durch das Filtermedium und wird in der Filtereinheit gehalten.
  • Gemäß einer Ausführungsform bilden die Befestigungsteile zusammen ein mechanisches Befestigungselement wie ein Gewindebefestigungselement und ein Schnappverschlussbefestigungselement.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Filtermedium entfernbar an einem Boden der Filtereinheit angebracht.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens ein Bereich einer inneren Seitenfläche des Behälters so konfiguriert, dass mindestens ein Bereich einer äußeren Seitenfläche der Filtereinheit reibschlüssig axial über die innere Seitenfläche des Behälters gleitet, um eine luftdichte Abdichtung mit der inneren Seitenfläche des Behälters zu bilden, wenn die Filtereinheit in den Behälter geschoben wird. Ferner ist die feste Substanz in der Flüssigkeit zwischen einer Bodenfläche des Filtermediums und einer inneren Bodenfläche des Behälters angeordnet, wenn der Behälter und die Filtereinheit aneinander befestigt sind.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform beinhaltet die Filtereinheit einen oberen Bereich und einen unteren Bereich, wobei das Filtermedium in eine Seitenwand des unteren Bereichs eingebettet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der untere Bereich der Filtereinheit axial verschiebbar an dem oberen Bereich der Filtereinheit befestigt.
  • Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Gegenstands werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.
  • Figurenliste
  • In den Figuren können ähnliche Komponenten und/oder Merkmale dieselben Bezugsziffern haben. Ferner können verschiedene Komponenten des gleichen Typs unterschieden werden, indem den Bezugsziffern eine zweite Ziffer folgt, die zwischen den ähnlichen Komponenten unterscheidet. Wenn in der Beschreibung nur die erste Bezugsziffer verwendet wird, gilt die Beschreibung für jede der ähnlichen Komponenten mit derselben ersten Bezugsziffer, unabhängig von der zweiten Bezugsziffer.
    • 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 zeigt eine Längsschnitt-Explosionsansicht der Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung während der Verwendung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung während der Verwendung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung während der Verwendung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7a - 7b zeigen Längsschnittansichten von zwei verschiedenen herkömmlichen Anordnungen zum Filtern einer Flüssigkeit.
    • 8 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung während der Verwendung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung mit einem unteren Bereich einer Filtereinheit in einer ausgefahrenen Position gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung mit einem unteren Bereich einer Filtereinheit in einer zusammengeklappten Position gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung mit einer Stange in einer oberen Position gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 12 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung mit der Stange in einer unteren Position gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit bereitgestellt, die nun unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschrieben wird. Die Ausführungsformen beschränken den Umfang und den Anwendungsbereich der Offenbarung nicht. Die Beschreibung bezieht sich lediglich auf die Ausführungsformen und deren vorgeschlagene Anwendungen.
  • Die Ausführungsformen hierin und die verschiedenen Merkmale und vorteilhaften Details davon werden unter Bezugnahme auf die nicht einschränkende Ausführungsform in der folgenden Beschreibung erläutert. Beschreibungen bekannter Komponenten und Prozesse werden weggelassen, um die hierin enthaltenen Ausführungsformen nicht unnötig zu verschleiern. Die hier verwendeten Beispiele sollen lediglich das Verständnis der Art und Weise erleichtern, in der die Ausführungsformen hierin praktiziert werden können, und den Fachleuten ferner ermöglichen, die Ausführungsform hierin zu praktizieren. Dementsprechend sollte die Beschreibung nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der hierin enthaltenen Ausführungsform einschränkt.
  • Die nachfolgende Beschreibung der spezifischen Ausführungsform wird die allgemeine Natur der Ausführungsformen hierin so vollständig offenbaren, dass Andere durch Anwenden des aktuellen Wissens beides für verschiedene Anwendungen dieser spezifischen Ausführungsform leicht modifizieren oder anpassen oder ausführen können, ohne vom generischen Konzept abzuweichen, und daher sollten und sollen solche Anpassungen und Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs von Äquivalenten der offenbarten Ausführungsformen verstanden werden. Es versteht sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise oder Terminologie dem Zweck der Beschreibung und nicht der Einschränkung dient.
  • Verschiedene hier verwendete Begriffe sind nachstehend definiert. Soweit ein in einem Anspruch verwendeter Begriff nachstehend nicht definiert ist, sollte er die breiteste Definition erhalten, die Personen im einschlägigen Stand diesen Begriff gegeben haben, wie er sich in gedruckten Veröffentlichungen und erteilten Patenten zum Zeitpunkt der Einreichung widerspiegelt.
  • Definitionen:
  • Filtern: Ein Prozess des Trennens einer Komponente von einer anderen Komponente oder von einer Mischung mehrerer Komponenten.
  • Umkehrfiltration: Ein Prozess, bei dem ein Filtrat gezwungen wird, sich in eine andere Richtung als die Richtung der Schwerkraft zu bewegen.
  • Feste Substanz: Jede natürliche oder synthetische Substanz in fester oder Pulverform. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung. Fachleute würden es zu schätzen wissen, dass verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen. Ausführungsformen hierin ermöglichen das Filtern der Flüssigkeit und das Halten des Filtrats auf einfache, effiziente und kostengünstige Weise, ohne dass ein angetriebener Aktuator, z.B. eine Pumpe, zum Anlegen eines Filterdrucks bei gleichzeitiger Minimierung des Verstopfens eines Filtermediums notwendig ist.
  • Die vorliegende Erfindung führt eine Umkehrfiltration durch, wobei das Filtrat dazu gebracht wird, durch das Filtermedium in einer anderen Richtung als der Schwerkraftrichtung zu fließen, während der Rückstand in die entgegengesetzte Richtung gedrückt wird, und daher die Wahrscheinlichkeit eines Verstopfens im Filtermedium minimiert wird, ohne die Filtratqualität zu gefährden. Ferner wird der zum Filtern der Flüssigkeit erforderliche Druck von der Befestigungswirkung ausgeübt, wodurch das Filtrat gleichzeitig in der Filtereinheit gefiltert und gesammelt wird, während ein erneutes Mischen des Filtrats mit dem zwischen dem Behälter und der Filtereinheit befindlichen Rückstand verhindert wird.
  • Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen zeigt 1 eine perspektivische Explosionsansicht der Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung (100) umfasst einen Behälter (110) und eine Filtereinheit (120), die axial in dem Behälter (110) verschiebbar ist. Die zwei Behälter (110) und die Filtereinheit (120) sind aus einem festen Material gebildet, z.B. Kunststoff, Metall, Keramik, Cellulosefasern und dergleichen.
  • Wie in 2 gezeigt, enthält der Behälter (110) die Flüssigkeit (10), die mindestens eine feste Substanz (10a, in 3 gezeigt) enthält. Die Flüssigkeit (10) kann eine beliebige Körperflüssigkeit wie Blut, Urin, Milch, Tränen, Schleim, Speichel, Sperma, Schweiß, Eiter usw. sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Flüssigkeit Wasser, ein Getränk, Öl, eine chemische Zusammensetzung, ein Lebensmittel, ein Arzneimittel und dergleichen sein. Das Getränk beinhaltet, ohne darauf beschränkt zu sein, Kaffee, Tee, Saft, Suppe, alkoholische Getränke, kohlensäurehaltige Getränke usw.
  • Ein Filtermedium (130) ist an einem Boden der Filtereinheit (120) vorgesehen, wobei das Filtermedium (130) für die feste Substanz (10a, in 3 gezeigt) in der Flüssigkeit (10) nicht durchlässig ist. Das Filtermedium kann ein einschichtiges Filtermedium wie ein Sieb, eine poröse Membran usw., ein mehrschichtiges poröses Filterpaket wie ein Filtermedium, das im US-Patent US 8,679,218 B2 offenbart ist, oder irgendein anderes im Handel erhältliches Filtermedium sein. In einem mehrschichtigen Filterpaket hat jede Schicht mindestens eine Pore oder ein Loch, und die Schichten sind so angeordnet, dass die Poren oder Löcher jeder Schicht kleiner sind als die einer unmittelbaren unteren Schicht. Das Filtermedium (130).
  • In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Filtermedium (130) als Bodenwand der Filtereinheit (120) ausgebildet. In jeder anderen Ausführungsform kann das Filtermedium (130) jedoch entfernbar an einer Bodenwand der Filtereinheit (120) befestigt sein. Ferner kann das Filtermedium (130) entfernbar an einer Ober- oder Unterseite der Bodenwand der Filtereinheit (120) befestigt sein.
  • Der Behälter (110) beinhaltet ein erstes Befestigungsteil (110a), und die Filtereinheit (120) enthält ein zweites Befestigungsteil (120a), das mit dem ersten Befestigungsteil (110a) zusammenpasst. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Befestigungsteile (110a, 120a) Schraubengewinde, und der Behälter (110) und die Filtereinheit (120) können durch einen Schraubvorgang aneinander befestigt werden. In anderen Ausführungsformen können die Befestigungsteile (110a, 120a) auch als andere mechanische Befestigungselemente, z.B. Schnappverschluss, Einpressverschluss, Klettverschluss und dergleichen ausgebildet sein.
  • In der ersten Ausführungsform ist das erste Befestigungsteil (110a) auf einer inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) ausgebildet, und das zweite Befestigungsteil (120a) ist auf einer äußeren Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120) ausgebildet. Es können jedoch auch beide Befestigungsteile (110a, 120a) an den äußeren Seitenflächen des Behälters (110) und der Filtereinheit (120) ausgebildet sein, wie in 4 gezeigt ist, mit einem umgedrehten Lippenbereich der Filtereinheit (120), so dass die Befestigungsteile (110a, 120a) in Übereinstimmung miteinander ausgerichtet sind, wenn die Filtereinheit (120) in den Behälter (110) geschoben wird.
  • Ferner können das erste Befestigungsteil (110a) und das zweite Befestigungsteil (120a) auch als Vorsprung um einen Lippenbereich des Behälters (110) bzw. zwei oder mehr umgekehrte Vorsprünge um einen Lippenbereich der Filtereinheit (120) ausgebildet sein, wie in den 5 und 6 gezeigt ist. Die Befestigungsteile (110a, 120a) bilden zusammen einen Schnappverschluss, so dass das erste Befestigungsteil (110a) im zweiten Befestigungsteil (120a) einrastet, wenn die Filtereinheit (120) in den Behälter geschoben wird (110).
  • Zurückgehend zu 3 trennt die Vorrichtung (100) die Flüssigkeit (10) und die feste Substanz (10a), wenn der Behälter (110) und die Filtereinheit (120) aneinander befestigt sind. Während der Behälter (110) und die Filtereinheit (120) aneinander befestigt werden, fließt die Flüssigkeit (10) durch das Filtermedium (130) und tritt in die Filtereinheit (120) ein. Ferner ist die feste Substanz (10a) zwischen einer Bodenfläche (130a, gezeigt in 2) des Filtermediums (130) und einer inneren Bodenfläche (110c, in 2 gezeigt) des Behälters (110) angeordnet, wenn der Behälter (110) und die Filtereinheit (120) aneinander befestigt sind. In einer ersten Ausführungsform ist die feste Substanz (10a) ein Pulver.
  • Die innere Seitenfläche (110b) des Behälters (110) und die äußere Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120) sind so konfiguriert, dass die Filtereinheit (120) automatisch in Bezug auf den Behälter (110) ausgerichtet ist, während die Filtereinheit (120) in den Behälter (110) geschoben wird. Ein Querschnitt des Behälters (110) und der Filtereinheit (120) kann kreisförmig, dreieckig, polygonal sein oder eine andere Form haben, die eine ordnungsgemäße Ausrichtung zwischen dem Behälter (110) und der Filtereinheit (120) ermöglicht, wenn die Filtereinheit (120) im Wesentlichen in den Behälter (110) geschoben werden soll.
  • Ferner ermöglicht die Konfiguration der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) und der äußeren Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120), dass ein Teil der äußeren Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120) reibschlüssig axial in die innere Seitenfläche (110b) des Behälters (110) geschoben wird, um eine luftdichte Abdichtung zwischen der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) und der äußeren Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120) zu bilden. Beispielsweise ist die innere Seitenfläche (110b) des Behälters (110) und/oder die äußere Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120) mit einem O-Ring ausgebildet, um einen Dichtungskontakt zwischen der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) und/oder der äußeren Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120) zu bilden.
  • Darüber hinaus wird zwischen der Filtereinheit (120) und dem Behälter (110) ein Unterdruck gebildet, so dass die an einer Unterseite des Filtermediums (130) haftende feste Substanz (10a) gezwungen wird, in den Behälter (110) zu fallen, wenn die Filtereinheit (120) vom Behälter (110) gelöst wird. Somit wird ein Reinigungsprozess des Filtermediums (130) vereinfacht.
  • In der ersten Ausführungsform ist die innere Seitenfläche (110b) des Behälters (110) so konturiert, dass ein oberer Bereich (110e, in 2 gezeigt) der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) breiter als ein unterer Bereich (110d, in 2 gezeigt) der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) ist. Ein Innendurchmesser eines unteren Bereichs (110d, gezeigt in 2) des Behälters (110) ist mindestens gleich einem Außendurchmesser des Bodens der Filtereinheit (120), so dass der Boden der Filtereinheit (120) reibschlüssig axial innerhalb der inneren Seitenfläche (110b) des unteren Bereichs (110d, in 2 gezeigt) des Behälters (110) gleitet und die luftdichte Abdichtung mit der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) bildet.
  • Durch diese Konfiguration kann sich ein unteres Ende der Filtereinheit (120) im oberen Bereich (110e, in 2 gezeigt) des Behälters (110) im Wesentlichen frei bewegen und beginnt reibschlüssig axial im unteren Bereich (110d, in 2 gezeigt) der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) zu gleiten. Obwohl in den obigen Ausführungsformen ein Abstand zwischen zwei Enden einer Seitenwand des Behälters (110) und der Filtereinheit (120) als Innendurchmesser bzw. Außendurchmesser erwähnt wird, versteht es sich, dass es sich auch auf eine Breite bezieht, wenn nichtzylindrische oder nicht-konische Behälter und Filtereinheiten verwendet werden.
  • Es versteht sich, dass die Figuren nur zum Verständnis dienen und nicht auf den Maßstab der tatsächlichen Vorrichtung bezogen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der obere Bereich (110e, in 2 gezeigt) des Behälters (110) konisch geformt und der untere Bereich (110d, in 2 gezeigt) des Behälters (110) zylindrisch geformt ist, wobei:
    1. i. ein maximaler Innendurchmesser des konischen Bereichs 43,263 Millimeter (mm) beträgt;
    2. ii. ein minimaler Innendurchmesser des konischen Bereichs 33 mm beträgt;
    3. iii. ein Innendurchmesser des zylindrischen Bereichs 33 mm beträgt;
    4. iv. eine Länge des konischen Bereichs 57,981 mm beträgt; und
    5. v. eine Länge des zylindrischen Bereichs 17,412 mm beträgt.
  • Ferner ist die Filtereinheit (120) in einer Form ähnlich dem Behälter (110) ausgebildet, mit Ausnahme eines zusätzlichen Kronenbereichs, wobei:
    1. a. ein maximaler Außendurchmesser des konischen Bereichs 35,127 mm beträgt;
    2. b. ein minimaler Außendurchmesser des konischen Bereichs 31,124 mm beträgt;
    3. c. ein Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs 31,124 mm beträgt;
    4. d. ein Außendurchmesser des Kronenbereichs 48,5 mm beträgt;
    5. e. eine Länge des konischen Bereichs 53,91 mm beträgt;
    6. f. eine Länge des zylindrischen Bereichs 16,33 mm beträgt; und
    7. g. eine Länge des Kronenbereichs 19 mm beträgt.
  • Ferner kann der untere Bereich (110d, in 2 gezeigt) der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) und/oder der äußeren Seitenfläche (120b) mit einem Material beschichtet sein, das nicht mit der Flüssigkeit (10) reagiert, um Erosion durch wiederholte Gleitbewegungen zwischen dem Behälter (110) und der Filtereinheit (120) zu vermeiden.
  • Der vollständige Filterprozess, der von der Vorrichtung (100) ausgeführt wird, ist wie folgt: Die zu filternde Flüssigkeit (10) wird in dem Behälter (110) gesammelt, wobei die Flüssigkeit (10) die feste Substanz (10a) enthält. Die Flüssigkeit (10) ist durch das Filtermedium (130) durchlässig, und die feste Substanz (10a) in der Flüssigkeit (10) ist durch das Filtermedium (130) nicht durchlässig.
  • Das untere Ende der Filtereinheit (120) wird in ein oberes Ende des Behälters (110) eingeführt. Da der Außendurchmesser des unteren Endes der Filtereinheit (120) mindestens gleich dem Innendurchmesser des unteren Bereichs (110d, in 2 gezeigt) des Behälters (110) ist, wird eine luftdichte Abdichtung zwischen der äußeren Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120) und der inneren Seitenfläche (110b) des unteren Bereichs (110d) des Behälters (110) gebildet, wenn das untere Ende der Filtereinheit (120) in ein oberes Ende des unteren Bereichs (110d, in 2 gezeigt) des Behälters (110) eintritt.
  • Die Filtereinheit (120) wird ferner in dem Behälter (110) durch Drücken der Filtereinheit (120) oder durch die Befestigungswirkung, z.B. Schraubwirkung, herabgesenkt, so dass die Flüssigkeit (10) durch das Filtermedium (130) fließt, während die feste Substanz (10a) in Richtung der inneren Bodenfläche (110c, in 2 gezeigt) des Behälters (110) nach unten gedrückt wird. Der Druck- oder Befestigungsvorgang wird fortgesetzt, bis keine weitere Befestigung mehr möglich ist, um die Flüssigkeit (10) in der Filtereinheit (120) zu halten und die feste Substanz (10a) zwischen der Bodenfläche (130a) des Filtermediums (130) und gleichzeitig der inneren Bodenfläche (110c, in 2 gezeigt) des Behälters (110) einzuschließen.
  • Da der zum Filtern oder Trennen der Komponenten (10a, 10b) in der Flüssigkeit (10) erforderliche Druck mittels der Befestigungswirkung ausgeübt wird, beseitigt die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit eines angetriebenen Aktuators und verringert daher die Komplexität und die Kosten der Herstellung und Bedienung der Vorrichtung (10). Die vorliegende Erfindung führt eine Umkehrfiltration durch, wobei der Feststoff (10a) zu einem Boden des Behälters (110) gedrückt wird und die Flüssigkeit (10) gezwungen wird, durch das Filtermedium (130) in vertikaler Aufwärtsrichtung zu fließen, wie in 3 gezeigt. So wird vermieden, dass ein Aktuator das Filtrat zwingen muss, während gleichzeitig ein Verstopfen des Filtermediums verhindert wird. Darüber hinaus sind der Behälter (110) und die Filtereinheit (120) aneinander befestigt, um jeweils die Flüssigkeit (10) und die feste Substanz (10a) in dem Behälter (110) bzw. der Filtereinheit (120) zu sammeln, wodurch die Komponenten (10a, 10b) gleichzeitig getrennt und gesammelt werden, ohne dass ein Aktuator, z.B. ein Kolben, verwendet wird, während ein erneutes Vermischen der Flüssigkeit (10) mit den festen Substanzen (10a) verhindert wird.
  • Obwohl in den obigen Ausführungsformen gezeigt ist, dass das Filtermedium (130) einen Boden der Filtereinheit (120) bildet, ist es auch möglich, das Filtermedium an einer Seitenwand der Filtereinheit (120) bereitzustellen, wie in 8 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das Filtermedium (130) in die Seitenwand der Filtereinheit (120) nahe dem Boden der Filtereinheit (120) eingebettet, so dass der Boden der Filtereinheit (120) in Kontakt mit der inneren Bodenfläche (110c) des Behälters ist, um eine Wahrscheinlichkeit zu minimieren, dass die Flüssigkeit (10) im Behälter (110) verbleibt.
  • 9 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Filtereinheit (120) einen oberen Bereich (120c) und einen unteren Bereich (120d), der axial verschiebbar an einem unteren Ende des oberen Bereichs (120c) angebracht ist. Der untere Bereich (120d) ist zwischen einer ausgefahrenen Position und einer zusammengeklappten Position beweglich (in 10 gezeigt). Diese Konfiguration ermöglicht eine vollständige Trennung der Flüssigkeit (10) und der festen Substanz (10a), selbst wenn eine Menge der in der Flüssigkeit vorhandenen festen Substanz (10a) unbekannt ist.
  • In dieser Ausführungsform ist eine Seitenwand des Bodenbereichs (120d) in das Filtermedium (130) eingebettet, so dass Flüssigkeit (10) in einer Richtung senkrecht zur Schwerkraftrichtung in den Bodenbereich fließt. Da eine Bodenfläche des Bodenbereichs (120d) die innere Bodenfläche (110c, in 2 gezeigt) des Behälters (110) berührt, besteht keine Wahrscheinlichkeit, dass die Flüssigkeit (10) zwischen dem Behälter (110) und der Filtereinheit (120) eingeschlossen wird. Ferner kann der gesamte Bodenbereich (120d), einschließlich der Bodenwand und der Seitenwand des Bodenbereichs (120d), in das Filtermedium (130) eingebettet werden, um einen Fluss der Flüssigkeit (10) sowohl vom Boden als auch von den Seiten des Bodenbereichs (120d) zu ermöglichen. Auf diese Weise ist es möglich, die Komponenten (10a, 10b) vollständig zu trennen und gleichzeitig ein Verstopfen und/oder erneutes Vermischen der Komponenten (10a, 10b) zu verhindern.
  • 11 zeigt eine Längsschnittansicht der Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform umfasst die Filtereinheit (120) ein Befestigungsteil (210), ein Führungsteil (220) und eine Stange (230) mit einem Griff (231). Das Befestigungsteil (210) ist als kreisförmiger Ring ausgebildet, der abnehmbar mit dem Behälter (110) befestigt werden kann. Das Führungsteil (220) ist über einen oder mehrere Verbinder (211) an dem Befestigungsteil (210) befestigt, so dass das Führungsteil (220) einen Mittelpunkt des Befestigungsteils (210) bildet. Das Führungsteil (220) enthält ein Loch (nicht gezeigt), und die Stange (230) verläuft durch das Loch.
  • Die Stange (230) ist mit einem Gewinde ausgebildet, das mit dem in dem Loch des Führungsteils (220) ausgebildeten Gewinde zusammenpasst, und die Stange (230) ist zwischen einer oberen Position und einer unteren Position bewegbar. Ein oberes Ende der Stange (230) ist an einem Griff (231) befestigt, und ein unteres Ende der Stange (230) ist an dem Filtermedium (130) befestigt, so dass das Filtermedium (130) in den Behälter gedrängt wird (110), wenn die Stange (230) in die untere Position bewegt wird, wie in 12 gezeigt.
  • Eine Kante des Filtermediums (130) ist derart konfiguriert, dass das Filtermedium (130) reibschlüssig axial über die innere Seitenfläche (110b, in 2 gezeigt) des Behälters (110) gleitet und eine luftdichte Abdichtung mit der inneren Seitenfläche (110b, in 2 gezeigt) des Behälters (110) bildet, wenn das Filtermedium (130) in den Behälter (110) gedrängt wird.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform wird das Verfahren zum Filtern der Flüssigkeit unter Verwendung der 2 & 3 erläutert. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Sammeln der Flüssigkeit (10) in dem Behälter (110), wobei die Flüssigkeit (10) die feste Substanz (10a) beinhaltet, und Filtrieren der Flüssigkeit (10) unter Verwendung des Filtermediums (130), das undurchlässig für die feste Substanz (10a) in der Flüssigkeit (10) ist. Zum Filtern wird das Filtermedium (130) über einer oberen Oberfläche der Flüssigkeit (10) positioniert und von der oberen Oberfläche zur inneren Bodenfläche (110c) des Behälters (110) bewegt, so dass feste Substanz (10a) nach unten bewegt wird und die Flüssigkeit (10) durch das Filtermedium (130) fließt.
  • Während das Filtermedium (130) bewegt wird, wird ein Dichtungskontakt zwischen einer Umfangskante des Filtermediums (130) und der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) gebildet. Ferner wird das Filtermedium (130) zur inneren Bodenfläche (110c) des Behälters (110) bewegt, bis die weitere Bewegung durch die feste Substanz (10a) gestoppt und gesperrt wird.
  • Während die feste Substanz (10a) zu einem Boden des Behälters (110) gedrückt wird, wird die Flüssigkeit (10) gezwungen, das Filtermedium (130) in vertikaler Aufwärtsrichtung zu durchfließen. Somit wird ein Verstopfen des Filtermediums (130) verhindert, während gleichzeitig die Flüssigkeit (10) und die feste Substanz (10a) getrennt und gesammelt werden und ein erneutes Vermischen der Flüssigkeit (10) mit der festen Substanz (10a) verhindert wird.
  • Die hier verwendete Terminologie dient nur zum Zweck der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Wie hierin verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes anzeigt.
  • Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „einschließlich“ und „aufweisen“ sind inklusiv und spezifizieren daher das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente oder Komponenten, schließen jedoch das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten oder Gruppen davon nicht aus.
  • Die Verwendung des Ausdrucks „mindestens“ oder „mindestens ein/e“ legt die Verwendung eines oder mehrerer Elemente nahe, da die Verwendung in einer der Ausführungsformen erfolgen kann, um eine/s oder mehrere der gewünschten Aufgaben oder Ergebnisse zu erzielen.
  • Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne von ihrem Grundumfang abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Kenntnissen kombiniert werden, die dem Durchschnittsfachmann zur Verfügung stehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 8679218 B2 [0029]

Claims (25)

  1. Vorrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit, umfassend einen Behälter (110) zum Halten der Flüssigkeit (10), wobei die Flüssigkeit (10) mindestens eine feste Substanz (10a) beinhaltet, eine Filtereinheit (120), die axial in dem Behälter (110) verschiebbar ist, und ein Filtermedium (130), das für die feste Substanz (10a) in der Flüssigkeit (10) nicht durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass: - das Filtermedium (130) mindestens nahe einem unteren Ende der Filtereinheit (120) vorgesehen ist, so dass die Flüssigkeit (10) durch das Filtermedium (130) fließt und in die Filtereinheit (120) eintritt, wenn das Filtermedium (130) in den Behälter (110) gedrängt wird.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Behälter (110) mit einem ersten Befestigungsteil (110a) ausgebildet ist und die Filtereinheit (120) mit einem zweiten Befestigungsteil (120a) ausgebildet ist, das mit dem ersten Befestigungsteil (110a) übereinstimmt.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die feste Substanz (10a) in der Flüssigkeit (10) durch das Filtermedium (130) fließt und in die Filtereinheit (120) eintritt, wenn der Behälter (110) und die Filtereinheit (120) aneinander befestigt werden.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Befestigungsteile (110a, 120a) zusammen ein mechanisches Befestigungselement bilden.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das mechanische Befestigungselement mindestens eines von einem Gewindebefestigungselement und einem Schnappverschlussbefestigungselement ist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Filtermedium (130) entfernbar an dem unteren Ende der Filtereinheit (120) angebracht ist.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Filtermedium (130) als das untere Ende der Filtereinheit (120) ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil einer inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) so konfiguriert ist, dass mindestens ein Bereich einer äußeren Seitenfläche (120b) der Filtereinheit (120) reibschlüssig axial über die innere Seitenfläche (110b) des Behälters (110) gleitet und eine luftdichte Abdichtung mit der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) bildet, wenn die Filtereinheit (120) in den Behälter (110) geschoben wird.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei ein Innendurchmesser eines unteren Bereichs (110d) des Behälters (110) mindestens gleich einem Außendurchmesser des unteren Endes der Filtereinheit (120) ist, so dass das untere Ende der Filtereinheit (120) reibschlüssig axial innerhalb der inneren Seitenfläche (110b) des unteren Bereichs (110d) des Behälters (110) gleitet und mit der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) die luftdichte Abdichtung bildet, wenn die Filtereinheit (120) in den unteren Teil (110d) des Behälters (110) gedrängt wird.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die feste Substanz (10a) zwischen einer Bodenfläche (130a) des Filtermediums (130) und einer inneren Bodenfläche (110c) des Behälters (110) angeordnet ist, wenn der Behälter (110) und die Filtereinheit (120) aneinander befestigt sind.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Filtermedium (130) ein einschichtiges Filtermedium ist.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Filtermedium (130) ein mehrschichtiges Filterpaket ist.
  13. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Filtereinheit (120) einen oberen Bereich (120c) und einen unteren Bereich (120d) umfasst, der axial verschiebbar an einem unteren Ende des oberen Bereichs (120c) angebracht ist.
  14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das Filtermedium (130) in eine Seitenwand des Bodenbereichs (120d) der Filtereinheit (120) eingebettet ist.
  15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei der untere Bereich (120d) der Filtereinheit (120) schmaler ist als der obere Bereich (120c) der Filtereinheit (120).
  16. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 9 und 13, wobei ein Innendurchmesser des unteren Bereichs (110d) des Behälters (110) mindestens gleich einem Außendurchmesser eines unteren Endes des oberen Bereichs (120c) der Filtereinheit (120) ist, so dass das untere Ende des oberen Bereichs (120c) der Filtereinheit (120) reibschlüssig axial innerhalb der inneren Seitenfläche (110b) des unteren Bereichs (110d) des Behälters (110) gleitet und die luftdichte Abdichtung mit der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) bildet.
  17. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei mindestens ein Bereich der inneren Seitenfläche (110b) mit einem Material beschichtet ist.
  18. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei das Material gegenüber der Flüssigkeit (10) nicht reaktiv ist.
  19. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Filtermedium (130) durch eine Gleitbewegung der Filtereinheit (120) in den Behälter (110) in den Behälter (110) gedrängt wird.
  20. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Filtereinheit (120) Folgendes umfasst: - mindestens ein Befestigungsteil zur entfernbaren Befestigung mit dem Behälter (110); - mindestens ein am Befestigungsteil befestigtes Führungsteil; - eine Stange, die durch das Führungsteil verläuft und zwischen einer oberen Position und einer unteren Position beweglich ist, wobei ein oberes Ende der Stange an einem Griff und ein unteres Ende der Stange an dem Filtermedium (130) befestigt ist.
  21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei das Filtermedium (130) in den Behälter (110) gedrängt wird, wenn die Stange in die untere Position bewegt wird.
  22. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei eine Umfangskante des Filtermediums (130) so konfiguriert ist, dass das Filtermedium (130) reibschlüssig axial über die innere Seitenfläche (110b) des Behälters (110) gleitet und eine luftdichte Abdichtung mit der inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110) bildet, wenn das Filtermedium (130) in den Behälter (110) gedrängt wird.
  23. Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit, umfassend die Schritte: Sammeln der Flüssigkeit (10) in einem Behälter (110), wobei die Flüssigkeit (10) eine feste Substanz (10a) beinhaltet, und Filtrieren der Flüssigkeit (10) unter Verwendung eines Filtermediums (130), das für die feste Substanz (10a) in der Flüssigkeit (10) nicht durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Filterns der Flüssigkeit (10) Folgendes umfasst: i. Positionieren des Filtermediums (130) über einer oberen Oberfläche der Flüssigkeit (10), die in dem Behälter (110) gesammelt ist; und ii. Bewegen des Filtermediums (130) von der oberen Oberfläche zu einer inneren Bodenfläche (110c) des Behälters (110), so dass die feste Substanz (10a) nach unten bewegt wird und die Flüssigkeit (10) durch das Filtermedium (130) fließt.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Schritt des Bewegens des Filtermediums (130) Folgendes umfasst - Bilden eines Dichtungskontakts zwischen einer Umfangskante des Filtermediums (130) und einer inneren Seitenfläche (110b) des Behälters (110).
  25. Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Schritt des Bewegens des Filtermediums (130) ferner Folgendes umfasst - Bewegen des Filtermediums (130) in Richtung der inneren Bodenfläche (110c) des Behälters (110), bis die weitere Bewegung durch die feste Substanz (10a) gestoppt wird; und - Verriegeln des Filtermediums (130).
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