DE202004001955U1

DE202004001955U1 - Filtermittelpaket und Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE202004001955U1
Application number: DE200420001955
Authority: DE
Original assignee: Rudolf, Erhard
Current assignee: IP AG, CH
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2014-02-10

Abstract

Filtermittelpaket (1), bei dem auf einem Dorn (3) mehrere scheibenförmige Filtermittel (2) hintereinander angeordnet und verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsmittel (7) vorgesehen ist, das Ausdehnungen des Filtermittelpaketes kompensiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermittelpaket gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Filtervorrichtung, in der das erfindungsgemäße Filtermittelpaket angeordnet ist.
Mit dem Begriff Filtermittelpaket wird eine Anordnung scheibenförmiger Filtermittel auf einem gemeinsamen Dorn bezeichnet. Es sind hierbei mehrere Filtermittel hintereinander angeordnet und gegenseitig verspannt, so dass die Filtermittel in ihrer vorbestimmten Lage gehalten werden. Mit der Bezeichnung scheibenförmige Filtermittel werden die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Filtermittel von anderen bekannten Filtermitteln abgegrenzt, beispielsweise von stabförmigen Filtermitteln, den so genannten Filterkerzen, oder von Filterbeuteln. Die scheibenförmigen Filtermittel können jedoch jede beliebige Form annehmen und aus beliebigem Material gefertigt sein. Die Anzahl der hintereinander angeordneten Filtermittel ist dabei beliebig und wird von dem Einsatzgebiet des Filtermittelpaketes und der damit aufgebauten Filtervorrichtung abhängen. Als Dorn wird ein rohrförmiges Element bezeichnet, das ebenfalls mit dem Begriff Welle, Bolzen oder Achse umschrieben werden könnte, über dem die Filtermittel aufgereiht sind. Solche Filtermittelpakete sind im Stand der Technik bekannt und werden vielfältig eingesetzt. Vor allem der Einsatz keramischer Filtermittel oder von Filtermitteln auf der Basis von gesintertem Glas bringt jedoch oftmals Probleme mit sich. Sehr häufig ist ein Bruch dieser Keramikfilterscheiben zu verzeichnen. Dies bedeutet, dass einzelne oder gar sämtliche keramischen Filtermittel eines Filtermittelpaketes während der Anwendung der Vorrichtung zu Bruch gehen. Dies bringt nicht nur eine Erhöhung der Kosten insofern mit sich, als diese zerstörten Filtermittel ausgetauscht und durch neue ersetzt werden müssen, sondern erhöht die Standzeit der Filtervorrichtung und reduziert deren Zuverlässigkeit. Dadurch bleiben die Einsatzmöglichkeiten dieser Filtermittelpakete und damit der Filtervorrichtungen beschränkt. Besonders empfindlich reagieren die bekannten Filtermittelpakete auf Temperaturschwankungen, wie sie beispielsweise bei Spül- oder Rückspülvorgängen vorkommen.
Ein weiterer Nachteil bekannter Filtermittelpakete liegt darin, dass diese verspannt werden müssen. Dies wird im Stand der Technik dadurch erzielt, dass in der Regel mit Hilfe einer Verschraubung die Filtermittel fixiert und eingespannt werden. Dabei kann eine definierte Vorspannung angelegt werden. Werden die Filtermittel zu stark verspannt, so kann dies wiederum zu Bruch, insbesondere der druckempfindlichen Keramikfiltermittel führen. Werden die Filtermittel jedoch mit zu geringer Vorspannung verspannt, so können sich diese während des Betriebes lockern. Dies wiederum ist äußerst nachteilig, da hierdurch die Filtrationsleistung zumindest herabgesetzt wird, wenn nicht die Filtration sogar unmöglich gemacht wird. Ferner neigen auch gelockerte Filtermittel wiederum dazu, zu Bruch zu gehen, z. B. indem benachbarte Filtermittel aneinander stoßen oder auch durch turbulente Strömungen in der Filtervorrichtung. Montagefehler sind folglich vergleichsweise häufig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Filtermittelpaket bereitzustellen, bei dem die Gefahr des Bruchs der Filtermittel reduziert wird. Es soll ferner die Temperaturstabilität verbessert und das Verspannen der Filtermittel erleichtert werden. Insbesondere die Gefahr des Zerberstens keramischer Filtermittel soll reduziert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Filtermittel nach Anspruch 1 und eine Filtervorrichtung nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Filtermittelpaket sind auf einem Dorn mehrere scheibenförmige Filtermittel hintereinander angeordnet und miteinander verspannt. Erfindungsgemäß ist ein Ausgleichsmittel vorgesehen, das Ausdehnungen des Filtermittelpaketes kompensiert.
Der Erfinder erkannte, dass die Problematik des Zerbrechens von Filtermitteln, insbesondere keramischer Filtermittel, aus den unterschiedlichen Längenausdehnungen der verschiedenen Elemente des Filtermittelpaketes resultiert. So weisen die Filtermittel einen anderen Dehnungskoeffizienten auf als zwischen den Filtermitteln angeordnete Distanzelemente, die auch als Distanzscheiben bezeichnet werden, und der Dorn. Tritt nun eine Temperaturänderung in der Filtervorrichtung auf, so erfahren die gegenseitig verspannten Elemente des Filtermittelpaketes eine unterschiedliche Ausdehnung. Die keramischen Filtermittel werden sich in der Regel nur sehr wenig ausdehnen, wohingegen die Distanzelemente, die zwischen den Filtermitteln angeordnet sind, wenn sie beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sind, eine vergleichsweise starke Längenänderung erfahren. Da jedoch insbesondere keramische Filtermittel auf Druck sehr empfindlich sind, führt eine Ausdehnung der Distanzscheiben sehr häufig zu einem Bruch der keramischen Filtermittel. Es wurde nun erkannt, dass bedingt durch das Verspannen der einzelnen Elemente zu dem Filtermittelpaket, welches für den Betrieb der Filtervorrichtung unabdingbar ist, wie oben angedeutet, diese Ausdehnung der Distanzscheiben bei hohen Temperaturen nicht kompensiert werden kann. Die Folge ist der Bruch der druckempfindlichen Filtermittel.
Demgegenüber ist bei dem erfindungsgemäßen Filtermittelpaket ein Ausgleichsmittel vorgesehen, welches die Ausdehnungen des Filtermittelpakets kompensiert. Damit werden Größenzunahmen der einzelnen Elemente des Filtermittelpaketes, beispielsweise der Distanzscheiben, abgefangen. Infolgedessen wird die Bruchhäufigkeit der Filtermittel, insbesondere der keramischen Filtermittel sehr stark reduziert bzw. ein Bruch vermieden.
In vorteilhafter Weise kann nun eine definierte Vorspannung an dem Filtermittelpaket vorgenommen werden, die unabhängig von den Bedingungen in der Filtervorrichtung, beispielsweise unabhängig von der Temperatur, bedingt durch das Vorsehen des Ausgleichsmittels beibehalten wird. Somit sind die einzelnen Filtermittel stets optimal miteinander verspannt. Dieses Verspannen ist außerdem unabhängig von den verwendeten Materialien. So brauchen keinerlei Dehnungskoeffizienten der einzelnen Materialien berücksichtigt zu werden, sondern es wird die gewünschte Vorspannung eingestellt und durch das Ausgleichsmittel gewahrt. Das Verspannen der Filtermittel zu dem Filtermittelpaket ist nun unproblematisch möglich.
Ferner ergibt sich ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung daraus, dass das Ausgleichsmittel in ein Schnellspannsystem integriert werden kann, so dass die einzelnen Filtermittel und die eventuell vorgesehenen Distanzelemente auf den Dorn aufgefädelt und miteinander verspannt werden.
Durch die vorliegende Erfindung ergibt sich somit vorteilhaft eine konstante Vorspannung über einen weiten Temperaturbereich. Druck- und Zugspitzen werden abgefangen. Die Standzeit der Filtervorrichtung und der oft empfindlichen Filtermittel, beispielsweise beim Einsatz von keramischen Filtermitteln, wird durch die Erfindung stark verlängert. Es wird ein störungsfreier Betrieb ermöglicht und Bedienungsfehler werden reduziert, insbesondere durch die problemlose Anordnung der Filtermittel und das Verspannen der Filtermittel zum Filtermittelpaket. Ein Bruch der Filtermittel bedingt durch ein zu starkes Verspannen der Filtermittel wird vermieden. Insgesamt ergibt sich im Betrieb und während thermischer Behandlung, beispielsweise bei der Sterilisation oder bei Spülvorgängen, eine erhöhte Sicherheit.
Das erfindungsgemäße Ausgleichsmittel kann beispielsweise eine Zug- oder Druckfeder sein. Es können ferner Elastomerpakete, beispielsweise in der Form von Gummipuffern, vorgesehen sein. Auch sind Gaspufferspeicher, hydraulische oder pneumatische Spannelemente vorgesehen. Schließlich kann auch ein Ausgleichsgewicht eingesetzt werden.
Das Ausgleichsmittel kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Behälters einer Filtervorrichtung angeordnet sein. Dies bedeutet, es kann in der Suspension liegen und ist dann nur zugänglich, wenn der Behälter der Filtervorrichtung geöffnet ist. Es kann jedoch auch außerhalb des Behälters angeordnet sein, so dass es jederzeit auch während des Betriebes der Filtervorrichtung zugänglich ist. Nachjustierungen der Vorspannung, sofern nötig, sind damit einfach möglich.
Das Ausgleichsmittel und damit das erfindungsgemäße Filtermittelpaket findet bei sämtlichen Formen und Ausführungen aufeinander gestapelter Filtermittel seine Anwendung. Das Filtermittelpaket kann sowohl statisch als auch dynamisch eingesetzt werden. Die Filtermittel können folglich in der Suspension bewegt werden oder aber fest angeordnet sein. Auch der Einsatz bei dynamischen Rotationsfiltern ist problemlos möglich. Ferner können auch mehrere Filtermittelpakete nebeneinander, im Bedarfsfall auch überlappend, in einer Filtervorrichtung angeordnet werden. Mögliche Anwendungsgebiete sind beispielsweise der MSDS-Filter (Multi-Shaft-Disk-Separator), der CD-Filter (Centrifugal-Disk-Filter) und der TRF-Filter (Turbo-Rotation-Filter).
Die zum Filtermittelpaket angeordneten scheibenförmigen Filtermittel können beispielsweise Keramikfilterscheiben, Kunststofffilterscheiben, nanobeschichtete Filtermittel, Filtermittel auf der Basis von gesintertem Glas, Metallfilterscheiben oder Mischformen davon sein. Die Vorteile der schnellen Montage und Druck- und Temperaturunempfindlichkeit der Anordnung auf Grund des Ausgleichsmittels ergeben sich vorteilhaft bei sämtlichen bekannten scheibenförmigen Filtermitteln, unabhängig von der Materialwahl. Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung jedoch bei Keramikfilterscheiben, da diese vergleichsweise druckempfindlich sind.
Als scheibenförmig wird jedes Filtermittel bezeichnet, das eine geringere Höhe aufweist im Vergleich zu seinem Durchmesser. Es ist sozusagen flach. Die Kontur kann dabei beliebig sein, insbesondere kreisrund oder rechteckig. Auch gewölbte Filtermittel sind davon umfasst.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Filtermittelpaket; und
2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung.
1 zeigt einen Schnitt durch ein Filtermittelpaket 1. Dieses ist aufgebaut aus mehreren hintereinander angeordneten Filtermitteln 2. In der Darstellung der 1 sind fünf Filtermittel 2 zum Filtermittelpaket 1 angeordnet. Die Filtermittel sind auf einem Dorn 3 angeordnet, insbesondere einem hohl gebohrten Dorn 3. Zwischen den einzelnen Filtermitteln 2 sind Abstandselemente 4 angeordnet. Dichtungen 5 verhindern das Eindringen von Suspension im Bereich um den Dorn 3. Die Abstandselemente 4 sind insbesondere aus Kunststoff, Edelstahl oder Keramik gefertigt. Aus der Darstellung der 1 ergibt sich deutlich die Anordnung der Filtermittel 2 in Abwechslung mit den Abstandselementen 4. Über den Filtermitteln 2 ist eine Spannnabe 6 angeordnet. Diese ist über dem Dorn 3 beweglich, das heißt sie ist in Axialrichtung des Dornes 3 verschiebbar, angedeutet durch den Pfeil 10. Die Spannnabe 6 dient überwiegend dem Übertragen und Verteilen der Spannung auf die Filtermittel 2. Über der Spannnabe 6 ist eine Feder 7 vorgesehen. Diese Feder 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ausgleichsmittels, mit dem die konstante Vorspannung gehalten werden kann. Diese konstante Vorspannung wird mit Hilfe der Druckmutter 8 eingestellt. Beim Aufbau des Filtermittelpaketes 1 werden folglich zunächst abwechselnd Distanzelemente 4 und Filtermittel 2 aufgefädelt. Über dieser Anordnung wird die Spannnabe 6 angeordnet, gefolgt von der Feder 7. Den Abschluss bildet die Druckmutter 8, mit deren Hilfe die Vorspannung durchgeführt wird. Bevorzugt ist auf dem Dorn 3 ein Vorsprung 11 angeordnet. Die Druckmutter 8 kann angezogen werden, bis sie mit ihrer Unterkante 12 auf den Vorsprung 11 trifft. Die Vorspannung, die auf die Filtermittel 2 wirkt wird dabei konstant bleiben und nur von der Federstärke der Feder 7 abhängen. Montagefehler, wie das Ausüben eines zu hohen Druckes auf die Filtermittel durch das Verspannen, werden dadurch beseitigt. Die Wahl der Federstärke bestimmt die Vorspannung und nicht die Weglänge, über die die Druckmutter 8 eingetrieben wird. Die Filtermittel 2 sind folglich auf einfache Weise fest und definiert miteinander verspannt. Dieses Filtermittelpaket kann Bestandteil einer Filtervorrichtung sein und in eine Filtervorrichtung eingesetzt werden.
Es wird offensichtlich, dass die Vorspannung unabhängig von gewissen Ausdehnungen der einzelnen Elemente stets konstant bleiben wird. Dehnen sich beispielsweise die Distanzelemente 4 auf Grund einer Temperaturänderung aus, beispielsweise beim Rückspülen oder Sterilisieren der Filtervorrichtung, so folgt die Spannnabe 6 dieser Ausdehnung, indem sie sich in Richtung zur Druckmutter 8 bewegt und damit eine Kompression der Feder 7 bewirkt. Umgekehrt wird auch, wenn beispielsweise die Filtervorrichtung bei hohen Temperaturen betrieben wurde und nun einem Spülvorgang mit kaltem Medium ausgesetzt wird, eine negative Längenänderung, das heißt eine Schrumpfung der Abstandselemente 4 dazu führen, dass sich die Spannnabe 6 in Richtung zu den Filtermitteln 2 bewegt. Die Vorspannung wird dabei jedoch aufrecht erhalten durch die Feder 7. Es wird offensichtlich, dass die Filtermittel 2 stets optimal miteinander verspannt sind, ohne dass Druckspitzen auftreten, die zu einem Bruch der Filtermittel führen könnten. Ausdehnungen des Filtermittelpaketes zumindest in axialer Richtung werden kompensiert.
2 zeigt einen Schnitt durch eine Filtervorrichtung 50. In einem Behälter, gebildet durch Boden 52, Deckel 51 und Seitenwand 53 wird das erfindungsgemäße Filtermittelpaket 1a angeordnet. Die Filtervorrichtung 50 weist eine Suspensionszuleitung 55 eine Suspensionsableitung 57 und eine Filtratableitung 59 auf. Die zu filternde Suspension wird folglich über die Suspensionszuleitung 55 in die Filtervorrichtung 50 eingespeist, angedeutet durch den Pfeil 70. Überschüssige Suspension wird über die Suspensionsableitung 57 abgeführt, angedeutet durch den Pfeil 71, und der Filtervorrichtung über die Suspensionszuleitung erneut zugeführt. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind ferner für jedes Filtermittel 2a eine gesonderte Einströmöffnung 56 und Abströmöffnung 58 vorgesehen. Die Suspension kann dadurch tangential eingeströmt werden, wodurch ein vorteilhafter Cross-Flow über den Filtermittel erzielt wird, der die Oberfläche der Filtermittel von Sedimenten freihält. Das Filtrat wird zentral abgeführt mit Hilfe einer Bohrung im Dorn 3a über die Filtratableitung 59, angedeutet durch den Pfeil 72.
Im Ausführungsbeispiel der 2 ist das Ausgleichselement, hier eine Feder 7a, außerhalb des Behälters, genauer auf dem Deckel 51 angeordnet. Die Spannnabe 6a ist in eine Öffnung des Deckels 51 eingelassen und durch eine Dichtung 9a abgedichtet. Sie ist in dieser Öffnung beweglich und überträgt so die Vorspannung von der Feder 7a auf die Filtermittel 2a und ebenso Ausdehnungen der Filtermittel 2a, Distanzelemente 4a oder des Dorns 3a auf das Ausgleichsmittel. Wie oben ausgeführt, wird mit Hilfe der Druckmutter 8a die gewünschte Vorspannung eingestellt.
Anstelle der Feder 7, 7a können auch andere Ausgleichsmittel vorgesehen sein, wie bereits oben erläutert. So kann beispielsweise ein pneumatisches Ausgleichsmittel vorgesehen sein oder ein hydraulisches. Die Vorspannung wird hierdurch beispielsweise durch Druckluft angelegt und definiert. Die Kontrolle erfolgt mit Hilfe eines Manometers. Diese Ausführung wäre z.B. auch als Schnellspanneinheit geeignet. So kann beim Wechseln der Filtermittel der Druck entspannt werden, und nach der Wartung die Filtervorrichtung wieder mit Druck beaufschlagt werden. Ein werkzeugloser Wechsel der Filtermittel wird dadurch möglich.
Weiterhin werden durch die erfindungsgemäße Gestaltung Filtervorrichtung in der Form von Vollkeramikfiltern ermöglicht. Es ist nun möglich, beispielsweise plan geschliffene Filterelemente gegen plan geschliffene Abstandshalter abzustützen, ohne Dichtungen, nur durch beispielsweise die Federvorspannung. Dadurch werden Filtrationen in einem weiten Temperaturbereich, insbesondere bei Temperaturen von über 100°C problemlos möglich. Auch die Sterilisation solcher dichtungsloser Filtervorrichtungen wäre problemlos möglich. Es erschließen sich folglich neue Anwendungsgebiete, die mit den herkömmlichen Filtervorrichtungen nicht zugänglich waren.

Claims

Filtermittelpaket (1), bei dem auf einem Dorn (3) mehrere scheibenförmige Filtermittel (2) hintereinander angeordnet und verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsmittel (7) vorgesehen ist, das Ausdehnungen des Filtermittelpaketes kompensiert.
Filtermittelpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel eine Zug- oder Druckfeder (7) ist.
Filtermittelpaket nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (2) auf einem Dorn (3), insbesondere aus Edelstahl, angeordnet sind, wobei die einzelnen Filtermittel durch Abstandselemente (4), insbesondere aus Kunststoff, voneinander separiert sind.
Filtermittelpaket nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel zwischen einer Druckmutter (8) und einer beweglichen Spannnabe (6) angeordnet ist, wobei eine Vorspannung über die Spannnabe auf die Filtermittel (2) übertragen wird.
Filtermittelpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel ein Elastomerpaket, insbesondere ein Puffer aus einem elastomeren Material ist.
Filtermittelpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel ein Gaspufferspeicher ist.
Filtermittelpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel ein hydraulisches oder pneumatisches Spannelement ist.
Filtermittelpaket nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermittel (2) eine Keramikfilterscheibe, eine Kunststofffilterscheibe, ein nanobeschichtetes Filtermittel, ein Filtermittel auf der Basis von gesintertem Glas, eine Metallfilterscheibe oder eine Mischform davon ist.
Filtermittelpaket nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Dorn (3) ein Vorsprung (11) vorgesehen ist, an dem die Druckmutter (8) abstützbar ist.
Filtervorrichtung (50), aufweisend zumindest je eine Suspensionszuleitung (55), Suspensionsableitung (57) und Filtratableitung (59), insbesondere in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung zumindest ein Filtermittelpaket (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (7) innerhalb des Behälters der Filtervorrichtung (50) angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsmittel (7) außerhalb des Behälters der Filtervorrichtung (50) angeordnet ist, insbesondere auf dem Deckel (51) der Filtervorrichtung.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass plan geschliffene Filtermittel aus Keramik gegen plan geschliffene Abstandselemente (4) aus Keramik und/oder gegen eine plan geschliffene Spannnabe (6) aus Keramik abgestützt sind, so dass die Filtervorrichtung im Wesentlichen elastomerdichtungsfrei ist.