DE19927267A1 - Filtervorrichtung zum Filtrieren von Fluiden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Filtrieren von Fluiden, mit mindestens einem Filterelement, das einen von einer Seitenwand und einem Boden begrenzten Innenraum zur Aufnahme eines Filterkuchens, eine Zuleitung zum Zuführen des zu filtrierenden Fluids und eine Ableitung zum Ableiten des filtrierten Fluids umfasst. DOLLAR A Dadurch, dass das Filterelement einen den Innenraum beaufschlagenden Druckstempel zur Veränderung des Volumens des Filterkuchens umfasst, können eindeutige und reproduzierbare Betriebsverhältnisse bei hohen Durchlaufleistungen geschffen werden und insbesondere ist auch eine einfache Automatisierung und eine vielseitige Verwendung der Vorrichtung in verschiedenen Anwendungsgebieten möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Filtrieren von Fluiden, mit mindestens ei­ nem Filterelement, das einen von einer Seitenwand und von einem Boden begrenzten In­ nenraum zur Aufnahme eines Filterkuchens, eine Zuleitung zum Zuführen des zu filtrieren­ den Fluids und eine Ableitung zum Ableiten des filtrierten Fluids umfasst.

Solche Filtervorrichtungen sind vielfach, z. B. auch aus der PCT/EP 92/01436, bekannt. Sie werden beispielsweise zur sterilen Filtration in der Getränkeindustrie verwendet. Zum Aufbau eines Filterturmes werden dabei mehrere Filterelemente (Filterträger) derart aufeinander gestapelt, dass eine am Boden ausgebildete Anpressplatte eines oberen Filte­ relementes in den Filterraum eines darunterliegenden Filterelementes zum Verpressen des dort befindlichen Filterkuchens eingreift.

Zwar erlauben diese bekannten Filtervorrichtungen ein genaues und einfaches Einstellen der Verpresskraft des Filterkuchens, allerdings kann es sich in manchen Fällen wegen der Stapelung der einzelnen Filterelemente in vertikaler Richtung als Nachteil herausstellen, dass die Gewichtskraft der oberen auf die unteren Filterelemente wirkt, so dass es eventuell zu geringfügigen Abweichungen in der Verpresskraft im untersten Element kommen könn­ te.

Weiterhin ist es bei diesen bekannten Vorrichtungen nicht ohne weiteres möglich, den Ver­ pressdruck in den einzelnen übereinandergestapelten Filterelementen individuell und ins­ besondere auch abweichend voneinander einzustellen und eine Automatisierung der be­ kannten Vorrichtungen ist auch eher schwer durchführbar.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Filtervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die vielseitig verwendbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Dadurch, dass das Filterelement einen den Innenraum beaufschlagenden Druckstempel aufweist, der z. B. zur Veränderung des Volumens, d. h. Verpressung eines in ihm liegenden Filterkuchens dienen kann, kann in einem einzelnen Filterelement, je nach Problemstellung, die dort gewünschte Anpresskraft gewählt werden. Der Druckstempel muss allerdings nicht unbedingt zur tatsächlichen Druckausübung auf einen Filterkuchen oder dgl. verwendet werden, sondern kann je nach Einsatz auch lediglich zur Begrenzung bzw. Einstellung des darunter liegenden Raumvolumens eingesetzt werden, was z. B. bei einer Verwendung als Bioreaktor nützlich sein kann.

Dieses Volumen oder die Anpresskraft ist damit insbesondere unabhängig von dem Vor­ handensein darüberliegender Filterelemente wählbar. Es kann deshalb an sich auch mit nur einem einzigen erfindungsgemäßen Filterelement ein funktionsfähiges Filtersystem reali­ siert werden, das darüber hinaus auch noch verschiedenste andere Einsatzmöglichkeiten bietet.

Im Gegensatz dazu müssen bei den bekannten Vorrichtungen mehrere Filterelemente übereinandergestapelt werden, weil zum Verpressen eines Filterkuchens ein oberes Filtere­ lement in den Filterraum eines darunterliegenden Filterelementes eingreifen muss.

Weiterhin ist es möglich, wesentlich genauer die Kraft einzustellen, mit der die Filterkuchen in den einzelnen Filterelementen verpresst werden, da in jedem einzelnen Filterelement ein zugehöriger Druckstempel vorhanden ist, so dass die Kraft des Zusammenpressens in je­ dem einzelnen Filterelement individuell und insbesondere auch abweichend voneinander mit großer Genauigkeit eingestellt werden kann.

Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Filtervorrichtungen besteht darin, dass sie außerdem einfach automatisiert werden kann, indem die einzelnen Vorgänge wie Anschwemmung - wenn nicht ohnehin mit vorgepressten Filterkuchen gearbeitet wird - Fil­ tration, Reinigung und Austrag elektronisch oder hydraulisch gesteuert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sehr vielseitig je nach Problemstellung für den Bereich der Getränkeherstellung, aber auch für andere Bereiche in der Lebensmittelindu­ strie, aber auch in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie eingesetzt werden.

Somit soll mit dem Begriff der "Filtervorrichtung" nicht nur ein wie oben beim Stand der Technik beschriebener Filter zur Filtration eines Unfiltrats gemeint sein, sondern beispiels­ weise auch ein in der chemischen Industrie verwendeter "Reaktor", in dem kein Ausfiltrieren eines Unfiltrats stattfindet, sondern in dem ein chemischer Stoff (entsprechend dem zu fil­ trierenden Fluid) in den vom Druckstempel begrenzten Innenraum und eine dort vorgelegte Masse (entsprechend dem Filterkuchen) fließt und mit dieser chemisch oder biologisch reagiert.

Auch die Verwendung als Bioreaktor, z. B. bestehend aus Einlaufschicht, Aktivkohleschicht, Auslaufschicht, ist denkbar.

Es kann jedes beliebige Filterhilfsmittel verwendet werden und der Filterkuchen muß auch nicht extra angeschwemmt werden, sondern könnte bereits vorgefertigt eingesetzt werden. Auch ist die Verwendung von Membranen denkbar.

Der erfindungsgemäße Filter ist ferner rückspülbar bzw. regenerierbar. Da der Filterkuchen fest eingeschlossen ist, ist das Rückspülen mit hohem zulässigen Durchsatz möglich.

Zusammenfassend ermöglicht eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung eindeutige und reproduzierbare Betriebsverhältnisse bei hohen Durchlaufleistungen, wobei eine einfache Automatisierung und eine vielseitige Verwendung in verschiedenen Anwendungsgebieten möglich ist.

Vorteilhafterweise umfasst das Filterelement ein Druckkissen zum Beaufschlagen des Druckstempels und eine Zuleitung zum Einleiten eines Treibmittels in das Druckkissen, um eine Druckkraft auf den Druckstempel auszuüben.

Dies ermöglicht es, einen definierten Druck auf den im Filterelement verschiebbaren Druckstempel auszuüben, indem beispielsweise bevorzugt Wasser als Treibmittel in das oberhalb des Druckstempels und diesen beaufschlagende Druckkissen unter Druck einge­ speist wird. Durch einfaches Zu- und Ableiten bzw. Absaugen des Wassers kann somit auf einfache und genaue Weise der vom Druckstempel auf den Filterkuchen ausgeübte Druck eingestellt werden. Alternativ kann insbesondere bei kleineren Filtervorrichtungen auch Luft als Treibmittel verwendet werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest eine seitliche Wandung des Druckkis­ sens im Wesentlichen aus einem elastischen Material gebildet. Aufgrund der Elastizität des Materials kann das ins Druckkissen zu füllende Treibmittel in unterschiedlich großen Men­ gen aufgenommen werden, um dadurch den zu erzeugenden Druck in weiten Grenzen einstellen zu können.

Bevorzugt ist die seitliche Wandung des Druckkissens zwischen dem Druckstempel und einem Deckel des zugehörigen Filterelementes eingespannt. Dies kann beispielsweise da­ durch realisiert werden, dass mindestens eine Bahn aus dem Wandungsmaterial etwa zy­ linder- oder kegelstumpfförmig einen inneren Bereich zwischen Deckel und Druckstempel vollständig ummantelt und dabei so am Druckstempel und am Deckel wie z. B. an einem am Deckel angeschweißten oberen Klemmelement oder an einem Leckagering befestigt ist, dass das Druckkissen zum darunterliegenden Druckstempel hin abgedichtet ist, damit kein Treibwasser auslaufen und sich mit dem Filtrat bzw. Unfiltrat mischen kann. Das Druckkis­ sen ist in diesem Fall also durch die Seitenwand, an dessen oberem Ende ein Deckelver­ bindungsstück angeschweißt bzw. lösbar angebracht sein kann, durch die Druckplatte und den Deckel begrenzt.

Um das Druckkissen in hohem Masse funktionssicher zu verwirklichen, ist die seitliche Wandung des Druckkissens vorteilhafterweise doppelwandig, d. h., mit Innen- und Außen­ wand ausgestaltet. In diesem Fall kann ein großer Verpressweg des Druckkissens realisiert werden, wobei gleichzeitig besonders effizient die Festigkeit und Dichtigkeit des Druckkis­ sens gesichert werden kann. In diesem Fall kann die Innenwand an einem obereren am Deckel befestigten Klemmring bzw. die Außenwand der seitlichen Wandung (30, 31) des Druckkissens (32) an einem Leckagering eingeklemmt sein.

Durch Unterdruck, kann der Druckstempel in eine oberste Position gelangen, in der das Druckkissen vollständig eingefahren ist, um z. B. ein Anschwemmen eines Filtrierhilfsmittels in den Innenraum zur Herstellung des Filterkuchens zu ermöglichen. Wenn z. B. eine der beiden seitlichen Wandungen des Druckkissens elastisch dehnbar ist, kann anschließend Treibwasser in das Druckkissen eingefüllt werden, um den Druckstempel in eine Filtrati­ onsposition zu bewegen, in der das zu filtrierende Fluid (Unfiltrat) durch den Filterkuchen geleitet wird. In dieser Ausführungsform kann schließlich besonders einfach durch Ableiten bzw. Absaugen des Treibwassers aus dem Druckkissen, dieses wieder definiert in eine oberste Position zurückzubewegt werden.

Insbesondere, wenn die Aussenwand elastisch und die Innenwand unelastisch ist, ist es weiterhin einfach und sicher möglich, den bei beginnender Filtration ansteigenden Druck im Filterkuchen durch ein Verschieben des Druckstempels vom Druckkissen aufzunehmen, ohne dass die Verpresskraft auf den Filterkuchen sich ändert. Außerdem kann die unelasti­ sche Seitenwandung des Druckkissens auch störende Druckstösse aufnehmen und garan­ tiert dadurch eindeutig definierte Filtrierverhältnisse. D. h., obwohl die Aussenwand elastisch verformbar verwirklicht ist, bewirkt die unelastische Innenwand, dass sich der Druckstempel wie ein harter, unelastischer, in unterschiedliche Stellungen bewegbarer Kolben verhält.

Als Material, aus dem die Außenwand gebildet wird, kommt z. B. elastisches Silikon in Fra­ ge. Die Innenwand kann mit einem beschichteten Gewebe bzw. Gestrick, wie z. B., je nach Festigkeitsbedarf, Polyestergestrick oder Kevlargestrick, verwirklicht werden.

Insbesondere dadurch, dass die Wandung das unelastische Gestrick umfasst, kann sicher­ gestellt werden, dass die Wandung sich bei Gegendruck nicht ausdehnt, sondern sich im Wesentlichen nur in eine Richtung bewegen läßt, so dass Druckstöße aufgenommen wer­ den können, ohne dass das Druckkissen zurückfedert. Zudem wird dadurch der Druck über die gesamte Filterkuchenfläche in etwa gleichmäßig verteilt und so eine gleichmäßige Druckverteilung über die gesamte Filterkuchenfläche erzielt.

Die Verwendung von Silikon für die Aussenwandung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil Silikon - wie beim Betrieb und der Reinigung/Wartung der Filtervorrichtung notwendig sein kann - gegen Chemikalien wie Natronlauge, Salpetersäure, H₂O₂ und dergl. beständig ist. Gleichzeitig ist sie lebensmitteltauglich und hält auch Heißdampf und Heißwasser bei hohen Temperaturen aus.

Weiterhin ermöglicht diese doppelwandige Seitenwandung, dass ein weiter Druckbereich mit einem möglichen Innendruck von 20 bar (bei einem Außendruck von 0 bis 10 bar) durch einen großen Verstellweg des Druckstempels von bis zu ca. 100 mm sicher bereitgestellt werden kann, ohne dass Festigkeits- und Dichtigkeitsprobleme bestehen. Selbstverständ­ lich ist eine Steigerung dieser Werte bei Bedarf vorstellbar.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Boden und die Seitenwand des Filterele­ mentes lösbar miteinander verbunden. Dadurch, dass der Boden, auf dem der Filterkuchen im Innenraum des Filterelementes ruht, nach dem Filtervorgang z. B. über entsprechende Befestigungs- und Lösevorrichtungen von dem Rest des Filterelementes und damit auch von der den Filterkuchen begrenzenden Seitenwand gelöst werden kann, ist es möglich, den Filterkuchen auf besonders einfache Weise zu entfernen und trocken zu entsorgen.

Dazu kann, bei gelöster Befestigung zwischen Boden und Seitenwand, das Druckkissen den Druckstempel durch weiteres Einfüllen von Treibmitteln in eine Austrageposition ver­ schieben, in der der Boden aufgedrückt und der Filterkuchen freigelegt wird, so dass dieser ausgeschoben werden kann.

Um hohe Laufleistungen zu erreichen und um ein einfaches und schnelles Austauschen des Filterkuchens in einem Filterelement zu erlauben, kann der Boden und/oder die Sei­ tenwand des mindestens einen Filterelementes in einem Lastrahmengestell führbar ange­ ordnet sein. Sind z. B. sowohl der Boden als auch die Seitenwand jeweils über ein seitlich vorstehendes Laschen- oder Ösenelement oder dergl. mit den Stangen des Rahmenge­ stells verbunden, können der Boden und die Seitenwand separat voneinander entlang die­ ser Stangen einfach geführt und somit der vorhergehend beschriebene Vorgang des Öff­ nens der Filterelemente und des Ausschiebens des Filterkuchens besonders leicht be­ werkstelligt werden.

Um hohe Durchflussleistungen und um eine kompakte Filtervorrichtung bereitzustellen, bei der die Einbauhöhe, das Gewicht und die Kosten gering gehalten sind, können ohne weite­ res mehrere Filterelemente z. B. in dem Rahmengestell gestapelt angeordnet werden. Dies kann z. B. durch Anordnen der einzelnen Filterelemente übereinander (vertikaler Filter) oder nebeneinander (horizontaler Filter) in einem entsprechenden Lastrahmengestell er­ folgen. Die horizontale Anordnung hat den Vorteil, dass sich dabei die einzelnen Filterku­ chen nach der Filtration sehr einfach unter Schwerkrafteinfluss entsorgen lassen.

Vorteilhafterweise umfasst der Druckstempel eine Druckplatte und beabstandet davon ein Lochblech. Um das mit Treibwasser zu füllende Druckkissen zum Filterkuchen hin abzu­ dichten, kann die Druckplatte als dichte Platte auf der dem Druckkissen zugewandten Seite des Druckstempels angebracht sein. Das Lochblech dient unter anderem zur Durchleitung des zu filtrierenden Fluids in den Filterkuchen. Das Lochblech ist dabei im Allgemeinen mit einem Feingewebe versehen, um ein Einschließen des Filterkuchens und gleichzeitig noch ein Durchströmen des Unfiltrats zu ermöglichen.

Wenn im Hohlraum zwischen Druckplatte und Lochblech ein Edelstahlgitter angebracht ist, ist eine Kraftübertragung von der Druckplatte auf das Lochblech und damit auf den darun­ terliegenden Filterkuchen einfach möglich, ohne dass sich der Hohlraum wesentlich ver­ formt, der eine gleichmäßige Verteilung des Unfiltrats über die gesamte Oberfläche des Filterkuchens ermöglicht.

Damit das Treibwasser gleichmäßig verteilt in das Druckkissen zulaufen kann, umfasst die Zuleitung zum Einleiten des Treibmittels einen die Seitenwand des Filterelementes umge­ benden Treibmittelringkanal. Auch der Zulauf des zu filtrierende Fluids und der Ablauf des Filtrats kann jeweils über einen Ringkanal erfolgen.

Im Allgemeinen, aber nicht beschränkt darauf, ist der Innenraum und insbesondere auch der Filterkuchen des Filterelementes im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut, so dass über am Umfang der Ringkanäle gleichmäßig verteilte, z. B. radial in den Innenraum des Filterelements gerichtete Zulaufleitungen das Treibmittel bzw. das Unfiltrat von der Seite her gleichmäßig zulaufen können.

Bevorzugt verläuft die Leitung zum Zu- und/oder Ableiten des Treibmittels durch Vertiefun­ gungskanäle in dem Deckel des Filterelementes oder Bohrungen im oberen Klemmring (Gestrick).

Um den notwendigen Innendruck von bis zu 20 bar, aber auch den notwendigen Unter­ druck zum vollständigen Einfahren des Druckkissens in die Anschwemmposition zu erzeu­ gen, ist die seitliche Wandung des Druckkissens abdichtend sowohl an der Druckplatte als auch am Deckel befestigt. In diesem Fall kann das Treibmittel über im Deckel erzeugte Ver­ tiefungen in das Druckkissen gelangen oder über Bohrungen im oberen Klemmring (Gestrick).

In einer bevorzugten Ausführungsform führt in den Zwischenraum zwischen Außen- und Innenwand der seitlichen Wandung des Druckkissens mindestens eine Leckageleitung. Wenn aufgrund von Materialermüdung oder dergl. die Dichtigkeit des Druckkissens uner­ wünschterweise doch nachlassen sollte, tritt die in den Zwischenraum gelangte Treibflüs­ sigkeit durch die Leckageleitung aus. Diese läßt sich zum Beispiel in einem Auffangbehälter sammeln, so dass eine undichte Stelle sofort erkannt wird und es trotzdem sichergestellt werden kann, dass das Treibmittel nicht das Filtrat bzw. Unfiltrat kontaminiert. Weiterhin könnte noch ein zweites Leckagerohr zum Spülen des Raumes zwischen den Wandungen angebracht sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine seitliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen vertikalen Schnitt durch einen Teilbereich der Filtervorrichtung nach Fig. 1, wobei die Schnittebene die Längsachse des Leckagerohrs 23 schneidet,

Fig. 3 in schematischer Darstellung einen vertikalen Schnitt durch einen Teilbereich der Filtervorrichtung nach Fig. 1, wobei das Leckagerohr nicht in der Schnittebene liegt,

Fig. 4 einen Schnitt durch den in Fig. 2 dargestellten Teilbereich der erfindungs­ gemäßen Filtervorrichtung, wobei sich der Druckstempel in einer An­ schwemmposition (Fig. 4a), einer Filtrationsposition (Fig. 4b) bzw. in einer Austrageposition (Fig. 4c) befindet.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung insgesamt mit 1 bezeichnet. Die Fil­ tervorrichtung 1 umfasst ein Lastrahmengestell 2, das um eine Mittelachse M' im wesentli­ chen achsialsymmetrisch ist. In dem Rahmengestell 2 sind vier Filterelemente 3 übereinan­ dergestapelt und über nicht dargestellte Führungselemente an über den Umfang verteilten Lastrahmenrohren 49 in dem Lastrahmen 2 vertikal führbar eingesetzt. In dem im Fig. 1 dargestellten Zustand sind die vier Filterelemente 3 zwischen einer oberen und einer unte­ ren Fixierplatte 46a, 46b des Lastrahmens 2 eingefasst und durch Zusammendrücken fi­ xiert.

Die Filterelemente 3 sind im Wesentlichen scheibenförmig und um die senkrechte Achse M in wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Obwohl nicht auf diese Anordnung be­ schränkt, sind die Filterelemente 3 im Lastrahmengestell 2 so angeordnet, dass ihre Achse M etwa mit der Mittelachse M' des Rahmengestells 2 zusammenfällt.

Der besseren Anschaulichkeit halber ist in Fig. 1 der linke Bereich des untersten Filtere­ lementes 3 in einer schematischen Schnittansicht freigelegt, so dass der an sich von außen nicht sichtbare innere Aufbau eines Filterelementes 3 zu erkennen ist. Genauer wird auf den inneren Aufbau im Folgenden noch bei der Beschreibung der Fig. 2 und 3 einge­ gangen.

Am Umfang des Rahmengestells 2, in dem die Filterelemente 3 gestapelt sind, jeweils um 45° in Bezug auf die Mittelachse M des Rahmengestells 2 gedreht, beabstandet voneinan­ der mehrere etwa vertikal verlaufende Leitungsrohre 4, 5, 47 angebracht, die jeweils zu den einzelnen Filterelementen 3 abzweigen und mit diesen verbunden sind.

In Fig. 1 sind am Umfang des Rahmengestells 2 links ein vertikal verlaufendes Zuleitungs­ rohr 4 zur Zuleitung der zu filtrierenden Flüssigkeit (Unfiltrat) in die einzelnen Filterelemente 3 und rechts eine Ableitung 5 zur Ableitung der in den einzelnen Filterelementen 3 filtrierten Flüssigkeit (Filtrat) in einen nicht dargestellten Auffangbehälter dargestellt. Vorne läuft ein vertikales Leitungsrohre 47 zur Zu- und Ableitung des Treibwassers in die und aus den nachfolgend noch genauer beschriebenen Druckkissen 32 der einzelnen Filterelemente 3.

Die Anzahl der Leitungsrohre 4, 5, 47 kann je nach Betriebsanforderung variiert werden, ist allerdings dadurch beschränkt, dass mindestens jeweils ein Zu- und ein Ableitungsrohr für das Filtrat/Unfiltrat bzw. eine Leitung für das Treibwasser vorhanden sein sollte.

Von dem etwa vertikal verlaufenden Zuleitungsrohr 4, das mit einer nicht dargestellten Quelle zur Zulieferung des Unfiltrats verbunden sind, gehen jeweils horizontal beabstandet voneinander vier Abzweigungsrohre 6 ab, die über ein Ventilelement 7 in den nachfolgend noch genauer beschriebenen Einlaufringkanal 8 eines der Filterelemente 3 führen. Wie von den Zuleitungsrohren 4 führen auch vom Ableitungsrohr 5 bzw. vom Treibwasserleitungs­ rohr 47 einzelne Abzweigungsrohre 6 in einen Auslaufringkanal 10 bzw. Treibwasserring­ kanal 22 jeweils eines Filterelementes 3. Der Durchfluss in diesen Abzweigungsrohren 6 kann wiederum durch ein im Verlauf der Abzweigungsrohre 6 angebrachtes Ventilelement 7 geregelt werden.

Wie durch die Linien 48 in Fig. 1 angedeutet, können die Leitungsrohre 4, 5, 47 trennbar aus einzelnen Leitungsrohrabschnitten zusammengesetzt sein, die ermöglichen, die jeweils zu einer der Filterelemente 3 gehörigen Leitungsabschnitte beim Öffnen oder Schließen der Filterelemente zum Herausnahme der Filterkuchen einzeln entlang der Führungsstangen 49 des Lastrahmens 2 verschieben zu können.

Mit Hilfe von Fig. 2 wird im Folgenden der innere Aufbau der in dem Rahmengestell 2 nach Fig. 1 übereinandergestapelten Filterelemente 3 näher beschrieben.

Ein Filterelement 3 umfasst dabei einen im Wesentlichen durch eine Deckelplatte 12, einen Boden 13 und eine zylinderförmige Seitenwand 14 begrenzten Innenraum 15. Der Boden 13 ist dabei mit einer scheibenförmigen Basisplatte 16 aus Metall versehen, die mit einer Lage Grobgewebe 17, einer Lage Lochblech 18 und einer Lage Feingewebe 19 bedeckt ist. Über den ringförmigen Umfangsbereich des Bodens 13 verteilt sind beabstandet voneinan­ der einzelne radial verlaufende Auslaufbohrungen 20 angebracht, die seitlich von der unte­ ren Lage Grobgewebe (Edelstahlgitter) 17 des Bodens 13 in den Auslaufringkanal 10 füh­ ren, der die Seite des Filterelementes 3 umgibt und zu dem in Fig. 1 dargestellten Ablei­ tungsrohr 5 führt. Der Boden 13 und der Auslaufringkanal 10 mit den am Umfang verteilten, radial angeordneten Auslaufbohrungen 20 sind dabei miteinander fest verbunden.

Während bei der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform der Boden 13 durch Zusammenpressen aller Filterelemente 3 zwischen den Fixierplatten 46a, 46b im Lastrah­ men 2 lösbar mit der Seitenwand 14 des zugehörigen Filterelementes 3 abdichtend ver­ bunden ist, wäre es alternativ auch möglich, über eine Rastverbindungselement oder dergl. den Boden lösbar mit der Seitenwand 14 des Filterelementes 3 zu verbinden, ohne ein Zu­ sammenpressen aller Filterelemente 3 zu erfordern.

In einem oberen Bereich des Filterelementes 3 umläuft der Einlaufringkanal 8 die Seiten­ wand 14. Wie vom Auslaufringkanal 10 führe auch vom Einlaufringkanal 8 wiederum am Umfang verteilt mehrere Zuleitungsöffnungen 21, von denen in dem Schnitt in Fig. 2 eine dargestellt ist, radial in den Innenraum 15 des Filterelementes 3. Direkt oberhalb des Ein­ laufringkanals 8 ist ein ebenfalls die Seitenwand 14 umlaufender Treibwasserringkanal 22 angeordnet. Von diesem Treibwasserringkanal 22 führen ebenfalls wiederum über den Umfang verteilt Öffnungen in den Innenraum 15, allerdings liegen diese Öffnungen, ohne auf diese Anordnung beschränkt zu sein, aus nachfolgend noch genauer beschriebenen Gründen in anderen Schnittebenen als der in Fig. 2 dargestellten.

Etwa senkrecht zur Umlaufrichtung des Treibwasserringkanals 22 im Bereich des in Fig. 2 dargestellten Schnitts ist zudem ein Leckagerohr 23 durch Öffnungen in zwei gegenüber­ liegenden seitlichen Treibwasserringkanalwandungen 24, 25 hindurchgeführt, wobei diese Durchführungsbereiche des Leckagerohres 23 ansonsten nach außen hin abgedichtet sind.

Das in Fig. 2 nicht abgebildete Ende des Leckagerohrs 23 führt dabei nach außen zu ei­ nem nicht dargestellten Auffangbehälter und das andere Ende, wie in Fig. 2 dargestellt, mündet im Innenraum 15 des Filterelements in einen hohlen Durchgangskanal 26, der durch ein von der Seitenwand nach Innen vorstehendes Deckelverbindungsstück 50 hin­ durchläuft.

Das Deckelverbindungsstück 50 ist an der Oberseite der ringförmigen Seitenwand 14 an­ geschweißt und nimmt über eine Vertiefung 51 mit zugehörigem Dichtring 52 auf der Ober­ seite den Deckel 12 auf. Das Klemmelement 27 umläuft ringförmig die Mittelachse M des Filterelementes 3. Der oberer Klemmring 60 des umlaufende Klemmelement 27 ist an meh­ reren Stellen an den Deckel 12 des Filterelementes 3 angeschweißt. Durch den Klemmring 60 gehen die Schrauben der Schraubverbindung 28, mit der der Leckagering 61 ange­ schraubt ist. Obwohl die Schraubverbindungen bevorzugt in einer anderen Ebene als die Durchgangsbohrung 26 liegen, ist der besseren Anschaulichkeit halber eine solche Schraubverbindung 28 im Schnitt der Fig. 2 dargestellt ist.

Die Unterseite des Deckelverbindungsstück 50 bzw. des Klemmelementes 27 wird durch die etwa senkrecht zur Seitenwand 14 sich erstreckende Anschlagfläche 29 gebildet. Ob­ wohl nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, weist das Filterelement 3 am Umfang des Treibwasserringkanals 22 nur eine einzige Leckagerohrleitung 23 auf, so dass das Klemmelement 27 auch nur im Bereich der Mündung dieses Leckagerohrs 23 einen einzi­ gen, also den in Fig. 2 dargestellten Durchgangskanal 26 des Leckagerings 61 für ein Leckagerohr hat. Alternativ wäre, wie vorgehend bereits beschrieben, auch das Anbringen weiterer Leckagerohre zur Reinigung des Raumes zwischen den Wandungen denkbar.

Weiterhin sind am Klemmring eine innere und am Leckagering eine äußere elastische Sei­ tenwand 30, 31 eines doppelwandigen Druckkissens 32 befestigt. Der Aufbau des Klemme­ lements 27 ist der, dass auf der Oberseite der Anschlagfläche 29 des Deckelverbindungs­ stück 50 der Leckagering 61 angeordnet und dazwischen die äußere Seitenwand 31 ein­ geklemmt ist und weiterhin zwischen Leckagering 61 und dem am Deckel 12 befestigten Klemmring 60 die innere Seitenwand 30 eingeklemmt ist.

Die innere Seitenwand 30 ist dabei aus einem wasserdichten beschichteten Polyester­ gestrick hergestellt, das unelastisch ist und die Innenwand des Druckkissens 32 bildet. Die Seitenwandung 31 ist die Außenwand des Druckkissens 32 und aus elastischem Silikon hergestellt.

Die beiden Wandungen 30 und 31 des Druckkissens 32 sind über den gesamten Umfang­ bereich des ringförmigen Klemmelementes 27 an diesem befestigt und umschließen somit vollständig einen inneren Bereich des Innenraumes 15. Der mit dem Leckagerohr 23 ver­ bundene Durchgangskanal 26 des Leckagerings 61 mündet in den Bereich zwischen den beiden Seitenwandungen 30, 31.

Der dem am Klemmelement 27 befestigten Ende gegenüberliegende Endbereich dieser beiden Seitenwandungen 30, 31 ist zwischen der Oberseite einer ebenen Druckplatte 34 und einem darauf befestigten Klemmring 35 eingespannt. Die beiden Klemmringe 35 sind ringförmig geformt und verlaufen auf der Oberfläche der Druckplatte 34 um die Mittelachse M des Filterelementes 23 herum, wobei sie an verschiedenen Stellen des Ringumlaufes durch Schraubverbindungen in einem abdichtenden Sinne mit der Druckplatte 34 verbun­ den sind. Der Klemmring 35, an der die äußere Wandung 31 des Druckkissens 32 einge­ spannt ist, ist hierbei radial weiter außen gelegen als der Klemmring 35 der Innenwand 30 des Druckkissens 32.

Durch den Verlauf der Innen- und der Aussenwandung 30, 31 zwischen Deckelplatte 12 und Druckplatte 34 ist somit ein etwa kegelstumpfförmig innerer Bereich des Innenraumes 15 gegeben, der im Wesentlichen das Druckkissen 32 bildet.

Die Druckplatte 34 ist dabei ein Teil des Druckstempels 36, der weiterhin noch durch ein Edelstahlgitter 40 beabstandet von der ebenen Druckplatte 34 ein Lochblech mit einer dar­ unterliegenden Feingewebebeschichtung 38 umfasst. Das Edelstahlgitter 40 ist dabei so geformt, dass das durch die Zuleitungsöffnungen eingefüllte Fluid durch zwischen dem Lochblech 37 und der Druckplatte 34 vorhandene Hohlräume über die siebartige Fläche des Druckstempels 36 verteilt gleichmäßig auch in einen mittleren Bereich des Filterele­ mentes 3 fließen und in den darunterliegenden Bereich einströmen kann.

Das Lochblech 37 mit zugeordnetem Feingewebe 38 beaufschlagt als kreisförmige Scheibe über eine einen Fixier- und Abstreifring 39 aus Kunststoff, z. B. aus Lauramid dicht anlie­ gend die Innenseite der Seitenwandung 14 des Filterelementes 3. Der Druckstempel 36 erstreckt sich somit über den gesamten Querschnitt des Innenraumes 15. Der radial gese­ hen äußere Bereich des Lochblechs mit zugehörigem Fixier- und Abstreifring 39 sind dabei so geformt, dass deren Oberseite bei vollständig in die oberste Position eingefahrenem Druckkissen die durch die Anschlagfläche 29 gebildete Unterseite des Deckelverbindungs­ stück 50 dichtanliegend beaufschlagen.

Zur sicheren Fixierung des Druckstempels in der obersten Position könnten zusätzlich noch auf der Oberseite der Druckplatte nicht dargestellte Distanzklötze oder dergl. befestigt sein, die bei vollständig in die oberste Position eingefahrenem Druckkissen den Deckel beauf­ schlagen. Diese haben insbesondere auch die Funktion, bei vollständig eingefahrenem Druckkissen ein Durchbiegen des Druckstempels zu verhindern.

Unterhalb des Druckstempels 36 befindet sich ein Filterkuchen 41, der zwischen dem Fein­ gewebe 19 des Bodens 13, dem Feingewebe 38 des Druckstempels 36 und der umlaufen­ den Seitenwand 14 fest und dicht eingeschlossen ist. Der Filterkuchen 41 kann dabei ent­ weder bereits vorgeformt in den Innenraum 15 des Filterelements 3 eingebracht worden sein, oder vor der Durchführung des Filtervorgangs durch Anschwemmen von Filterhilfsmit­ teln, wie Kieselgur oder dergl. durch den Einlaufringkanal 8 in den Innenraum 15 des Filte­ relementes 3 dort erst hergestellt werden.

In Fig. 3 ist ein weiterer Schnitt durch das in Fig. 2 dargestellte Filterelement 3 abgebil­ det. Der Schnitt liegt außerhalb des Bereichs des Leckagerohres 23 und veranschaulicht insbesondere, dass von der das Deckelverbindungsstück 50 ummantelnden Treibwasser­ ringleitung 22 mehrere, über den Umfang verteilte Treibwasserzu- und -ableitungsdurchführung 42 ins Innere 15 des Filterelementes 3 führen. Im Speziellen führt eine solche in Fig. 3 abgebildete Treibwasserleitungsdurchführung 42 dabei durch eine Vertiefung bzw. Durchbohrung 43 im Deckel 12. Die durch die Bohrung 43 verlaufende Treibwasserleitungsdurchführung 42 mündet dabei in den Bereich des Druckkissens 32. Über den Treibwasserringkanal 22 kann somit mittels einer nicht dargestellten Pumpquelle über die einzelnen Treibwasserleitungsdurchführungen 42 in das Druckkissen 32 Wasser als Treibmittel mit hohem Überdruck eingefüllt werden, welches sich in dem durch die seitli­ che Innenwand 30 begrenzten Bereich sammelt und oberhalb der Druckplatte 34 etwa gleichmäßig verteilt. Das Gewicht, insbesondere aber der ausgeübte Überdruck der in das Druckkissen 32 eingefüllten Wassermenge führt dazu, dass der darunter befindliche Filter­ kuchen 41 mit einer definierten Kraft durch den Druckstempel 36 verpresst werden kann. Weiterhin kann das sich in dem ansonsten vollständig abgedichteten Druckkissen 32 an­ sammelnde Wasser durch die Treibwasserleitungen 47, 22, 42 mittels Unterdruckerzeu­ gung auch wieder abgesaugt werden.

4 m Folgenden wird der Betrieb einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung 1 mit Hilfe der Fig. 4a bis c weiter erläutert. In den Fig. 4a bis 4c ist jeweils ein Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Filterelement 3 dargestellt, wobei der Schnitt etwa den in Fig. 2 dar­ gestellten Bereich zeigt.

Zu Beginn eines Filtervorganges befindet sich das Filterelement 3 in der in der Fig. 4a dargestellten Anschwemmposition, in der das Druckkissen 32 voll eingefahren ist und sich in seiner obersten Position befindet. Dieses vollständige Einfahren des Druckkissens 32 erfolgt dabei durch Unterdruck mittels einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Pumpquelle wie ein Wasserhydraulik-Aggregat, das z. B. durch die vorhergehend beschrie­ benen Treibwasserleitungen 47, 22, 42 in dem ansonsten vollständig abgedichteten Druckkissen 32 einen Unterdruck erzeugt. Da in dieser Position das Druckkissen 32 die Anschlagfläche 29 des Deckelverbindungsstücks 50 beanschlagt, kann in dieser An­ schwemmposition dann das Filterhilfsmittel zur Erzeugung des Filterkuchens 41 im Innen­ raum 15 durch die Zuleitungsrohre 4, 8, 21 angeschwemmt werden.

Anschließend wird über den Treibwasserringkanal 22 Treibwasser in das Druckkissen 32 eingelassen. Aufgrund des Druckes, mit dem das Wasser eingefüllt wird, verschiebt sich der Druckstempel 36 nach unten und verpresst somit den Filterkuchen 41 mit einer definier­ ten Kraft.

In der in Fig. 4b dargestellten Filtrationsposition kann über den Einlaufringkanal 8 nun das zu filtrierende Fluid in den Innenraum 15 des Filters eingefüllt werden. Dabei verteilt sich das radial von verschiedenen Seiten über die Zuleitungsöffnungen 21 in den Innenraum 15 eingefüllte Unfiltrat etwa gleichmäßig über die gesamte Fläche der zwischen Druckplatte 34 und Lochblech 37 bzw. Feingewebe 38 gegebenen Hohlräume und dringt durch das sie­ bartige Gewebe in den darunter eingeschlossenen Filterkuchen 41 ein, durchläuft diesen und tritt in gefiltertem Zustand im Bereich des Bodens 13 wieder aus dem Filterkuchen 41 heraus. Die filtrierte Flüssigkeit wird über die Auslaufbohrung 20, den Auslaufringkanal 10 und das Ableitungsrohr 5 in einen Auffangbehälter abgeleitet.

Falls z. B. durch Materialermüdung bedingt, Flüssigkeit in den Zwischenraum von Außen­ wandung 31 und Innenwandung 30 des Druckkissens 32 gelangen sollte, kann dieses durch die Leckageleitung 23 abgeleitet und in einem Auffangbehälter aufgesammelt wer­ den, so dass eine unbedingt notwendige Trennung zwischen Treibwasser und Filtrat bzw. Unfiltrat gewährleistet bleibt und gleichzeitig ein undichte Stelle sofort erkannt werden kann.

Nach Beendigung des Filtervorganges wird der Boden in den in Fig. 4c dargestellten Be­ triebszustand gefahren. In dieser Austrageposition ist der Boden 13 mit zugeordnetem Aus­ laufringkanal 10 von der Seitenwand 14 des Filterelementes 13 abgelöst. Um dies zu be­ werkstelligen, wird nach der Filtration die Verbindung zwischen Boden 13 und Seitenwand 14 durch auseinanderschieben der Fixierplatten 46a, 46b gelöst und der Boden 13 des Fil­ terelementes 3 durch weitere Druckerhöhung aufgedrückt. Sobald der Filterkuchen 41 voll­ ständig freiliegt kann er durch die nun vorhandene Öffnung 45 zwischen Boden 13 und der Unterseite der Seitenwand 14 ausgeschoben werden.

Sind mehrere Filterelemente 3 in einem Rahmengestell 2 übereinandergestapelt angeord­ net und sowohl der Boden 13 mit Auslaufringkanal 10 als auch die Seitenwand 14 jedes einzelnen Filterelementes 3 z. B. durch Laschenvorrichtungen mit dem Rahmengestellt je­ weils vertikal verschiebbar verbunden, kann dabei folgendermaßen vorgegangen werden:
Zuerst wird, wie mit Hilfe von Fig. 4c vorgehend beschrieben, der Boden 13 des untersten Filterelementes 3 aufgedrückt und dessen Filterkuchen 41 ausgeschoben. Anschließend kann der Rest dieses untersten Elementes 3 wiederum soweit nach unten geschoben wer­ den, dass er sich mit dem Boden 13 z. B. durch verrasten verbindet. Dies geschieht über den Druckstempel der nun wie zuvor beim untersten, nun beim zweituntersten Element über dessen Filterkuchen den Boden und somit den Rest des unteren Elementes ver­ schiebt. Vom untersten Element gehen Deckel und Seitenwand, vom zweituntersten der Boden und Filterkuchen zusammen nach unten. So kann auch der Filterkuchen dieses zweituntersten Elementes ausgeschoben und evtl. gewechselt werden. Schließlich wird der Vorgang mit den darüberliegenden Filterelementen wiederholt. Da, wie anhand von Fig. 1 beschrieben, die einzelnen zu je einem Filterelement gehörigen Abschnitte der Leitungsroh­ re 4, 5, 47 voneinander getrennt werden können, ist der vorhergehend beschriebene Vor­ gang problemlos möglich.

Somit besteht der Vorteil, dass zum Auswechseln der Filterkuchen in den einzelnen gesta­ pelten Filterelementen 3 aufgrund der entlang einer vertikalen Achse verschiebbar befestig­ ten Filterelementbestandteile nur ein freier Zwischenraum entsprechend etwa der Dicke eines einzigen Filterkuchens 41 bereitgestellt werden muss. Die Einbauhöhe der erfin­ dungsgemäßen Filtervorrichtung kann also gering gehalten werden.

Wenn die einzelnen Filterelemente nicht - wie dargestellt - als Vertikalfilter, sondern als Ho­ rizontalfilter gestapelt sind, ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Entsorgung der Fil­ terkuchen besonders einfach ist.

Wie bereits erwähnt, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr vielseitig einsetzbar. Sie kann nicht nur zur Filterung von Unfiltrat in der Lebensmittelindustrie, sondern kann auch in der chemischen Industrie beispielsweise zur Reaktionsfiltration oder als Bioreaktor verwen­ det werden. So ist zum Beispiel nicht unbedingt notwendig, die einzelnen Filterelemente wie bei der beschriebenen Ausführungsform ausschließlich parallel miteinander zu verbinden. Zusätzlich oder alternativ könnten auch zumindest einige Filterelemente seriell miteinander verbunden werden, so dass der Ausgang des einen Filterelements mit dem Eingang eines anderen Filterelements verbunden ist. Auch ist es möglich, anders als oben beschreiben das Unfiltrat über den Ringkanal 10, der dann zum "Einlaufringkanal" wird, zuzuführen und über den Ringkanal 8 abzuleiten.

Claims (17)

1. Filtervorrichtung (1) zum Filtrieren von Fluiden, mit mindestens einem Filterelement (3), das einen von einer Seitenwand (14) und einem Boden (13) begrenzten Innenraum (15) zur Aufnahme eines Filterkuchens (41), eine Zuleitung (4, 8, 21) zum Zuführen des zu fil­ trierenden Fluids und eine Ableitung (5, 10, 20) zum Ableiten des filtrierten Fluids umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (3) einen den Innenraum (15) beaufschlagenden Druckstempel (36) auf­ weist.

2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (3) ein Druckkissen (32) zum Beaufschlagen des Druckstempels (36) und eine Leitung (47, 22, 42) zum Zu- und/oder Ableiten eines Treibmittels in das Druckkissen (32) umfasst, um eine Druckkraft auf den Druckstempel (36) auszuüben.

3. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel im wesentlichen Wasser oder Luft ist.

4. Filtervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine seitliche Wandung (31) des Druckkissens (32) im wesentlichen aus einem elastischen Material gebildet ist.

5. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Wandung (30, 31) des Druckkissens (32) zwischen dem Druckstempel (36) und einem Deckel (12) des Filterelements (3, 3') eingespannt ist.

6. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Wandung (30, 31) des Druckkissens (32) doppelwandig ausgestaltet ist.

7. Filtervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand bzw. die Außenwand der seitlichen Wandung (30, 31) des Druckkissens (32) an einem obereren Klemmring bzw. an einem Leckagering eingeklemmt sind.

8. Filtervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (31) der seitlichen Wandung (30, 31) des Druckkissens (32) im wesentli­ chen aus Silikon und die Innenwand (30) der seitlichen Wandung (30, 31) des Druckkissens (32) im wesentlichen aus einem beschichteten Gewebe oder beschichteten Gestrick gebil­ det ist.

9. Filtervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (13) und die Seitenwand (14) des Filterelements (3) lösbar miteinander verbun­ den sind.

10. Filtervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Boden (13) und/oder die Seitenwand (14) des mindestens einen Filterelements (3) in einem Lastrahmengestell (2) führbar angeordnet ist.

11. Filtervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Filterelemente (3) übereinander gestapelt oder nebeneinander angeordnet sind.

12. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstempel (36) eine Druckplatte (34) und beabstandet davon ein Lochblech (37) umfasst.

13. Filtervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass 4 der Druckstempel (36) weiterhin einen seitlichen Fixier- und Absteifring (39) umfasst.

14. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite der Seitenwand (14) ein Deckelverbindungsstück (50) angebracht ist.

15. Filtervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (47, 22, 42) zum Zu- und/oder Ableiten des Treibmittels einen das Deckelver­ bindungsstück (50) des Filterelements (3) umgebenden Treibmittelringkanal (22) und/oder die Zuleitung (4, 8, 21) zum Zuführen des zu filtrierenden Fluids einen die Seitenwand (14) des Filterelements (3) umgebenden Einlaufringkanal (8) umfasst.

16. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (47, 22, 42) zum Zu- und/oder Ableiten des Treibmittels durch eine Vertiefung (43) in dem Deckel (12) des Filterelements (3) verläuft oder durch Bohrungen im oberen Klemmring.

17. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenraum der Außen- und der Innenwand (30, 31) der seitlichen Wandung des Druckkissens (32) mindestens eine Leckageleitung (23) führt.