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"Vorrichtung zum Filtern von Flüssigkeit" Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Filtern von Flüssigkeit mit einem mindestens ein Filterelement
aufweisenden Filter mit einer umkehrbaren Pumpe, die eine mit einem Flüssigkeitsbehälter
verbundene Druckleitung und eine ebenfalls mit'dem Flüssigkeitsbehälter verbundene
und mit einem in Richtung zum Flüssigkeitsbehälter schließenden Rückschlagventil
versehene Saugleitung hat, mit einer zwischen Pumpe und Rückschlagventil von der
Saugleitung abgezweigten und außerhalb des Flüssigkeitsbehälters mündenden Ablaufleitung
und mit einem die Ablaufleitung steuernden Ablaufventil, welches die Ablaufleitung
schließt, wenn die Pumpe Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter ansaugt und die
Ablaufleitung offnety wenn der Filter durch Rückspülen gereinigt wird.
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Bei einer bekannten Filteranlage ist der Filter einer umkehrbaren
Pumpe vorgeschaltet. Die Filteranlage hat eine von einem Ablaufventil 2berwacht
Ablaufleitung. Wegen der Anordnung des Filters auf der Saugseite der-Pumpe darf
in diesem nur ein geringer Druckverlust entstehen, so daß nur ein Filter mit geringer
Filterwirkung verwendet werden kann.
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Bei einer bekannten Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der.
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Mengenleistung von Anschwemm-, Schichten-und Massefiltern ist der
Filter auf der Druckseite der Pumpe angeordnet. Hier ist
der-Druckverlust
im Filter von geringerer Bedeutung und es kann daher ein Filter mit einem hohen
Filterungsgrad verwendet werden.
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Ferner ist bekannt, auf der Saugseite der Pumpe ein wie ein Sieb
wirkendes Rückhalteorgan vorzusehen, welches rückgespUlt werden kann. Die rückgespülte
Flüssigkeit fließt hier zur Ansaugseite zurück.
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Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zum Filtern von Flüssigkeit
zur Aufgabe, bei welcher Vorrichtung für das Ändern der Durchflussrichtung der Flüssigkeit
zum Zwecke des erforderlichen Rückspülens keine von Hand zu betätigenden oder durch
eine besondere Vorrichtung zu steuernden Ventile erforderlich sind. Diese Aufgabe
wird gemäß der Erfindung daduxch gelost, daß in die mit dem Flüssigkeitsbehälter
verbundene Druckleitung der Pumpe der Filter und in die Saugleitung der Pumpe zwischen
dieser und der Abzweigung der Ablaufleitung ein Sieb eingeschaltet ist und daß das
die Ablaufleitung überwachende Ablaufventil vom Unterschied zwischen den in der
Saugleitung-und der Druckleitung herrschenden Drücken selbsttätig zu betätigen ist.
Durch das Filter auf der Druckseite der Pumpe wird die durch die Druckleitung fließende
Flüssigkeit gefiltert, wobei der Widerstand des Bilters in weiten Grenzen schwanken
kann und nicht auf einen niederen Wert. begrenzt sein muß, wie bei auf der Saugseite
der Pumpe angeordneten Filtern. Das Sieb auf der Saugseite der Pumpe dient zum Ausscheiden
von Kdrpern, die von der Plüssigkeit in der Saugleitung mitgerissen werden. Werden
diese Körper nicht ausgeschieden, so bilden sie eine ständige Gefahr für die Beschädigung
der Pumpe. Die Ablaufleitung mdndet außerhalb des Behälters und ist mit der Saugleitung
an einer Stelle verbunden, i die zwischen dem Sieb und dem Behälter liegt. Durch
die Ablaufleitung
wird Rückwaschflüssigkeit aus dem Kreislauf ausgeschieden,
welche vor dem Ausscheiden nicht nur durch den Filter sondern auch durch das Sieb
hindurchfließt Das Rückschlagventil in der Saugleitung zwischen dem Behälter und
der Stelle, wo die Ablaufleitung mit der Saugleitung verbunden ist, erlaubt einen
Durchfluss durch die Ansaugleitung in Richtung vom Behälter zur Pumpe, verhindert
aber einen Durchfluss in Gegenrichtung. Das Ablaufventil dient zum Offnen und Schließen
der Ablaufleitung und wird durch die beim Umkehren der Förderrrichtung der Pumpe
auftretende Druckdifferenz in der Saugleitung selbsttätig gesteuert.
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Die Pumpe weist in vorteilhafter Weise eine Mehrzahl von in Reihe
hintereinander angeordneter Propellerblätter auf, die durch ortsfeste Leitschaufeln
voneinander getrennt und in einem rohrformigen Gehäuse untergebracht sind, das über
seine Länge im wesentlichen gleichen Durchmesser aufweist. Diese Pumpe ist für das
Ansaugen und Fördern von schmutziger Flüssigkeit besonders brauchbar, wobei die
Schmutzflüssigkeit auch Körper mitführen kann, welche vom Sieb nicht zuruckgehalten
werden und durch die Pumpe hindurchgehen, ehe sie zum Filter gelangen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung weist. die Filterkammer eine
Mehrzahl an Filterelementen auf,'die mit einem austauschbaren Belag eines Filtermittels
belegt sind. Neues Filtermittel ist in den Ansaugstrom der Flüssigkeit abhängig
vom Augenblick der Rückkehr der Pumpe in ihre für den Filterbetrieb übliche Drehrichtung
selbsttätig einzuführen. Das neue Filtermittel wird in vorteilhafter Weise in Form
eines Schlamms aufbereitet, der aus aus komprimiertem Filtermittel bestehenden lösbaren
Tabletten hergestellt ist. Das Filtermittel geht durch das Sieb hindurch und wird
von diesem nicht zurückgehalten, wenn es in die Saugleitung eingeführt wird. Filtermittel
kann auch nach dem Sieb der Saugleitung zugeführt werden. Bei entsprechender Ausbildung
ist
auch ein Einspeisen in die Druckleitung denkbar.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß das als Siebkorb ausgebildete
Sieb von einem Ablaufrohr durchsetzt ist, dessen offene Seite als Ventilsitz ausgebildet
ist, der mit einem an einer Membran angebrachten Ventilglied zusammenarbeitet, wobei
die dem Ablaufrohr zugewandte Seite der Membran vom Druck auf der Saugseite und
die andere Seite der Membran vom Druck auf der Druckseite der Pumpe beaufschlagt
ist.
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Durch Umkehr der Förderrichtung der Pumpe wird das Ventilglied von
seinem Sitz abgehoben und damit wird das Sieb in gleicher Weise wie das Filter zugleich
selbsttätig gereinigt, ohne daß eine zusätzliche MaBnahme erforderlich ist.
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Mit dem vorliegenden System ist ein Rückspülvorgang durchführbarRder
erstens durch Betätigen eines Handschalters eingeleitet oder beendet werden kann,
zweitens durch einen entsprechenden Schalter eingeleitet und am Ende eines vorbestimmten
Zeitabschnittes automatisch beendet werden kann oder drittens entweder zu einem
vorbestimmten Zeitpunkt oder auf Grund der Tatsache, daß sich innerhalb des Systems
ein vorbestimmter die Notwendigkeit für eine Rückspülung des Filters anzeigender
Druck entwickelt hat, automatisch eingeleitet und dann am Ende eines vorgegebenen
Zeitabschnittes selbsttätig beendet werden kann.
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Die Erfindung wird nun an Hand eines Beispiels und mit Bezug auf die
beigefügte Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische
Darstellung eines Rückspülsteuersystems gemäß-einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung, Fig. 2 eine ähnliche schematische Darstellung eines zweiten Ausfuhrungsbeispieles
mit einer Vorrichtung zum selbsttatigen Wiederbelegen des Filters, bei welchem das.
Filtermaterial
nach dem. Rückspülen nicht wieder zu gebrauchen
ist, Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht mit Einzelheiten eines Teiles der in Fig.
2 gezeigten Steuereinrichtung für die Wiederbelegung des Filters, Fig. 4. ein vergrößertes
Teilstück, teilweise im Längsschnitt und teilweise in Ansicht, mit Einzelheiten
einer vorteilhaften im vorliegenden System benutzten Pumpe, Fig. 5'und 6 Schnitte
längs der Lindien 5-5 bzw. 6-6 in Fig. 4, Fig. 7 einen vergröBerten senkrechten
Schnitt mit Einzelheiten eines im vorliegenden System benutzten Haarfängers und
Fig. 8 und 9 schematische Darstellungen der Nockenanordnung und der Schalterkontrolle,
die entweder für Handbetätigung, automatische oder halbautomatische Betätigung des
Systems benutzt wird.
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Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist der Gebrauch einer umkehrbaren
Pumpe, die unter üblichen Druck-und Volume--verhältnissen für eine normale Filtrierung
arbeitet, wenn sie in der üblichen Drehrichtung läuft, und die den normalen Druck-und
Volumenverhältnissen für die Rückspülung genügt, wenn sie in der entgegengesetzten
Drehrichtung lCuft. Eine für diese Zwecke geeignete Propellerpumpe ist in Fig. 4
bis 6 einschließlich im Einzelnen dargestellt..
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Die Pumpe hat ein rohrförmiges Gehäuse 10, das zwischen zwei endseitigen
Öffnungen 11 und 12 einen gleichmäßigen Durchmesser hat. Jede dieser Öffnungen kann
Saugseite (Niederdruck) oder Druckseite (Hochdruck) der Pumpe sein.
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Eine durch einen elektrischen Notor 14 angetriebene Welle Berstreckt
sich in der Mitte eines länglichen geraden Teiles des Gehäuses. Ein Propeller oder
eine Reihe von Propellern 15 ist an der Pumpenwelle angebraaht, wobei jederso-gebautundausge-.
richtet ist, daß in beiden Drehrichtungen nj jeweils ungdfähr die
gleiche
Wassermenge unter ungefähr identischen Druckverhält- o nissen gefördert wird. Die
Propeller sind in gleichmäßig weiten Abständen voneinander angeordnet, und eine
Leitschaufeleinheit ist in dem Raum dazwischen und an jedem Ende der Propellerreihen
angeordnet. Jede Leitschaufeleinheit hat eine Reihe von Leitschaufeln 16, die sich
radial von der Welle aus erstrecken und die an einer Nabe 17 befestigt sind, welche
die Welle mit Abstand umgibt. Zylindrische Zwischenstucke 18 umgeben die Propeller
und ruhen auf den Leitschaufeln, um die letzteren still zu halten. in~in Fig. 7
gezeigter Haarfänger hat ein Gehäuse 21 mit einem schnell lösbaren Deckel 22, der
den Rand einer Membrane 23 einklemmt. Die Membrane) die das Innere des Gehäuses
in eine untere Fangkammer 24 und in eine obere Steuerkammer 25 teilt, weis. t auf
ihrer Unterseite ein Kugelventilglied 26 auf, das seinen Sitz auf einem abgerundeten
oberen Ende 27 28 eines lotrecht stehenden, zentral angeordneten Auslassrohres/hat,
das zu einem Ablaufrohr.
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30 fuhrt.
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Ein Siebkorb 31 umgibt das Ablaufrohr, wodurch ein siebendes Treunglied
zwischen einer oberen Sinlassöffnung 32 und einer unteren Auslassöffnung 33 vorhanden
ist. Eine Feder 34 zwingt das Ventilglied 26 nachgiebig auf seinen Sitz 27.
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Aus Fig : 1'und 2 ist ersichtlich, daß ein Verbindungsrohr 35 die
Wirkung der Feder 34 erganzt und je nach,, dem die Kraftbelastung des Ventiles vergröBert,
oder verringert. Dieses Rohr ver-' bindet das Innere der Steuerkammer mit einem
Druckrohr 36. Dieses Druckrohr erstreckt sich zwischen der normalen Hochdruckseite
der umkehrbaren Pumpe 10 und dem Filterbehälter 29 und fördert sowohlwas in den
n Behälter hinein, als auch was aus dem Behälter herausfließt, je nachdem ob im
Filterbehälter die normale Filtertätig--keit vor sich geht oder rückgesptilt wird.
Die andere Seite der in ihrer Förderrichtung umkehrbaren Pumpe, gewohnlich. die.
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Niederdruckseite, ist mit der Auslassöffnung 33 des Haarfähgers 21
verbunden. Die Rohre 37 und 38 vervollständigen den Teil, der beiden dargestellten
Systemen gemein ist. Das erstere System fuhrt'von der Quelle der zu filtrierenden
Flüssigkeit zur Einlassöffnung 32 und ist mit einem Steuerventil 40 versehen-, und
das letztere erstreckt sich von der normalen Auslassöffnung des Filterbehblters
zur Quelle. Das System enthält einen Schalter 39 (Fig. 9), der entweder der Steuerung
von Hand, halb-automatisch oder automatisch zum Zwecke der Vervollständigung eines
den Umkehrmotor für die Pumpe aufweisenden elektrischen Kreises unterworfen ist.
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Verfolgt man die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Systems
und betrachtet zunächst eine Einrichtung, in welcher der Schalter 39 von Hand gesteuert
ist, dann fließt in normaler Drehrichtung der Pumpe die zu'filternde Flüssigkeit
durch den Haarfänger und zwingt sie von dort durch das Rohr 36 zum Filterbehälter,
wobei sie durch die Filtermasse hindurchgeht und von dort durch das Rohr 38 zu der
Quelle zurückkehrtXvon der die Flüssigkeit stammt. Ein innerhalb des Rohres 36 vorhandener
Druck wird über das Rohr 35 zur Steuerkammer 25 des Haarfängers weitergeleite wodurch
der Federdruck erhöht wird,-der das Ventilglied 26 auf seinem Sitz hält.
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Wenn ein Druck-oder. Vakuummesser oder ein anderes Anzeigeinstrument
anzeigt, daß der Filter-rückgespült werden muß, betätigt der Bedienungemann den
Steuerschalter von Hand, indem er ihn zunächst in die"AUS"-Stellung bringt, wodurch
die Pumpe angehalten wird und dann den Schalter in die"RUCKWARTS"-Stellung bewegt.
Da die Pumpe, die sich. daraufhin im umgekehrten Sinne dreht, gegen den statischen
Druck des Steuerventils 40 arbeitet, entwickelt sich. ein hoher Druck in der Fangkammer
24,
der das Ventilglied 26 von seinem Sitzsdrückt und rückspülende
Flüssigkeit fließt nun in umgekehrter Richtung von dem Rohr 38 in den Filterbehälter,
von dort durch das Rohr 36 und die Pumpe in das untere. Ende der Fangkammer 24,
verursacht dort einen. umgekehrten Fluss durch den Siebkorb, um dort irgendwelche
Körper zu losen, die sich an den'inneren Wänden des Siebkorbes befinden und fördert
diese Teile in das offene Kopfende des Auslassrohres 28 und von dort durch das Rohr
30 nach außen. Die von der Pumpe innerhalb des Rohres 36 erzeugte Kraft hat einen
Niederdruck innerhalb der Steuerkammer 25 des lIaarfängers erzeugt, und unterstützt
die Kraft der fließenden Flussigkeit darin, das Ventilglied 26 von seinem Sitz zu
heben. Sobald das Rückspülen beendet ist, wird der Steueschalter in die Stellurg
g zurückgebracht, welche die normale Drehung der Pumpe hervorruft und eine entgegengesetzte
Fliessrichtung tritt ein, wobei sich das. Steuerventil 40 öffnet und das Membranventil,
26 schließt.
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Sollte das Filter von einer Art sein, die auf dem Niederschlag einer
ersetzbaren Lage eines verbrauchbaren Filtermaterials beruht, so kann das Filtermaterial
nach dem Rückspülen mittels eines Oberflächenabstreifers, eines Siebes oder anderer
Mittel von Hand ersetzt werden, oder das Ersetzen des Filtermaterials kann, wie
später beschrieben, selbsttätig ausgeführt werden.
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Eine halbautomatische Arbeitsweise kann durhc die Bentuzung von Nochen,
z.B der Nocken 44, 45, 46 und 47 erzielt werden, die auf einer gemeinsamen, motorisch
angetriebenen Welle 48 angeordnet sind und von denen jede einen Schalter, wie z.
B. die Schalter 50, 51, 52 und 53 betätigt. Drei Schalter ergeben die oben beschriebene
Arbeitsfolge. Ein solcher Nocken, nämlich der Nocken 45, bezieht sich auf das Ersetzen
von Filtermaterial und wird nur benutzt, wenn Ersatz beansprucht wird.
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Im Gegensatz zur halbselbsttätigen Arbeitsweise, bei der ein handbetätigter
Schalter dazu gebraucht wird, den die Nocken
treibenden, nicht
gezeigten Motor anzulassen, erfordert die automatische Arbeitsweise nur die Ergänzung
durch ein Startmittel, das auf Druck, Zeit oder beides anspricht.
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Es wird. nun der Teil.'des Sys-tems beschrieben, der in Fig. 2 dargestellt
ist aber bisher noch nicht betrachtet wurde ; sein Zweck ist, Filtermaterial hinzuzufügen,
nachdem der Filtertyp zurückgespült worden ist, in dem Ersatz eines Überauges notwendig
ist.
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Nach der Rückspülung und Rückführung der Pumpe durch die Kurve 47
in die Drehrichtung, welche den normalen"Filtrierfluß"herstellt, betätigt die Kurve
45 ein Magnetventil 54, um die normalerweise geschlossene Flüssigkeitsleitung 55
zu offnen, welche von einem mit dem Abflussrohr 38 des Filterbehälters 29 verbundenen
Rohr 56 abzweigt. Das Rohr-55 sowie das Rohr 56 führen beide zu einem Schlammbehälter
57, ersteres durch ein Düsenrohr 60, deren Funktion darin besteht, den Schlamm aufzurühren
und letztere durch einen Auslauf mit Ventil 61. Das Ventil 61 für diesen Auslauf
ist durch einen Schwimmer 62 gesteuert, welcher durch Änderung des Flüssigkeitsgpiegels
im Schlammbehälter gehoben oder gesenkt wird und welcher wiederum, wenn er gehoben
. wird-, die Abhebung eines Stopfens 63 von seinem Sitz betätigt, welcher normalerweise
ein durch ein Abzweigrohr 64 zum Einlaufrohr 37 führuenden Ausfluss dcließt. Wenn
der Flüssigkeitsspiegel des Schlammes den abgehobenen Stopfen nicht mehr trägt,
schließt sich letzterer und lässt den Flüssigkeitsspiegel wieder ansteigen bis der
Schwimmer 62 das Ventil61schließt.Während des beschriebenen Kreislaufs legt eine
setkrechte Stange 64, an welcher der Stopfen befestigt istir einen senkrechten Weg
zurück. Bei Erreichenlseiner optimale Höhenlage nimmt ein am Kopfende dieser Stange
angebrachter Magnet 65 eine einen magnetischen Werkstoff enthaltende Nase 66. mit,
welche'amEnde eines um sein Mittelachse schwenkbaren Hebel 67 angebracht ist.
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Das andere Ende des Hebels ist bei 68 mit einem Gewicht ! versehen.
Wenn sich die Stange 64 senktzieht sie jeweils die Nase 66 nach unten ehe das Gegengewicht
die magnetische Anziehungskraft unterbricht. Während dieses Zeitraumes ist ein Sperrzapfen
70 von einer Trommel 71 abgehoben und lässt diese sich aufgrund der durch das exzentrische
Gewicht der Pille-72 erzeugten Schwerkraft drehen, welche sich in den radialen Taschen
73 der Trommel befinden. Die Pillen bestehen aus zusammengepreßtem Filtermittel.
Die radialen Taschen sind über den Umfang in gleichmäßigen Abständen verteilt.
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Bei der ersten Füllung der Trommel werden zwei untere, nebeneinanderliegende
Taschen leer gelasse, damit die Trommel statt von Pillen im Gleichgewicht gehalten
durch ihre Schwerkraft sich drehen kann. DadieTrommel sozusagen um eine Teilung
gedreht wird, damit eine volle Tasche die Stelle einer leeren Tasche unten an der
Trommel einnimmt und dadurch sich unmittelbar oberhalb des oberen offenen Endes
des Schlammbehalters-befindet, fällt-der Inhalt der Taschen in die Kammer. Der Inhalt
einer einzelnenTasche, welche hier drei Pillen aufweist, genügt um den Silterkörper
74 des Filters für die Dauer des Kreislaufes eines Filtriervorgangee ausreichend
zu belegen.