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Die
Erfindung betrifft einen Filterstrumpf zur Filterung von Schmutzpartikeln
aus einem Fluid, umfassend eine erste schlauchförmige Filterlage aus einem
gestrickten Gewebe.
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Filterstrümpfe diese
Art sind bekannt. So beschreibet beispielsweise die
DE 38 02 037 A1 ein solches
Filtergestrick, welches insbesondere für den Bereich der Lebensmitteltechnik,
beispielsweise für Fruchtsaftgewinnungsanlagen
einzusetzen ist.
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Ein
wesentlicher Vorteil der bekannten Filterstrümpfe liegt darin, dass durch
die Stricktechnik und die verwendbaren Fasermaterialien eine hohe
Elastizität
des Gewebes erzielt wird, wodurch im Einsatz als Filter eine Selbstreinigungswirkung
erreicht wird. Filterstrümpfe
der vorgenannten Art können
daher in vielen Anwendungen mit geringem Wartungsaufwand eingesetzt
werden.
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Ein
Nachteil der hohen Flexibilität
ist, dass der Filterstrumpf dazu neigt, zu kollabieren und folglich
der Volumendurchsatz durch den Filter nachteilhaft beeinflusst wird
oder gänzlich
verhindert wird. Als Maßnahme
gegen diesen Nachteil ist es bekannt, Filterstrümpfe mit Stützgerüsten zu verbinden. Dies hat
jedoch regelmäßig den
Nachteil, dass im Bereich der Kontaktstellen zwischen Stützgerüst und Filterstrumpf
ein Verschleiß aufgrund
der Bewegung des Filterstrumpfs relativ zum Gerüst auftritt und zudem ein erheblicher
konstruktiver Mehraufwand erforderlich ist. Dies ist in einer Reihe
von Anwendungen, insbesondere im Bereich der Trinkwasserreinigung
in Drittweltändern
oder im Bereich der landschaftlichen Entwässerung, landwirtschaftlichen
Bewässerung oder ähnlichem
erheblich nachteilhaft.
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Aus
der vorgenannten
DE 38 02 037 ist
es bekannt, ein Filtergestrick aus einem mono- und multifilen Strang
zu stricken, bei dem das Filtergestrick aus einer Mischung aus mono-
und multifilen Strängen
hergestellt wird. Diese Anordnung kann zwar das Problem des Kollabierens
des Filters im gewissen Ausmaß begrenzen,
jedoch tritt der Nachteil auf, dass die vorteilhafte Elastizität gestrickter
Filter durch die flächig
eingebrachten monofilen Stränge
weitestgehend reduziert wird und somit die vorteilhafte Selbstreinigungswirkung
nicht mehr auftritt.
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Der
Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Filterstrumpf bereitzustellen,
der eine gute Selbstreinigungswirkung aufweist und zudem einen erhöhten Widerstand
gegen Kollabieren aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
eingangs genannten Filterstrumpf gelöst, der eine mit der ersten
Filterlage verbundene Drahtverstärkung
aufweist.
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Der
erfindungsgemäße Filterstrumpf
hat gegenüber
bekannten Filterstrümpfen
den Vorteil, dass die Verstärkung
nicht durch Einstricken von steifen Fasern erzielt wird, sondern
eine zusätzlich
Drahtverstärkungslage
bereitgestellt ist, deren Geometrie und Steifigkeit unabhängig vom
Strickgewebe der ersten Filterlage gestaltet werden kann. Auf diese
Weise ist es möglich,
die Drahtverstärkung
so auszubilden, dass zwischen der Drahtverstärkung Abschnitte der ersten
Filterlage angeordnet sind, die zwar durch die erzielte Spannwirkung
der Drahtverstärkung
am Kollabieren gehindert werden, jedoch ihre Eigenelastizität in vollem
Umfang behalten und folglich die vorteilhafte Selbstreinigungswirkung
weiterhin aufweisen.
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Dabei
soll unter einer Drahtverstärkung
eine Verstärkung
aus einem Draht verstanden werden, der einen kreisförmigen,
eckigen oder in anderer Weise profilierten Querschnitt aufweisen
kann. Der Draht ist vorzugsweise im Querschnitt größer als
die Fasern, aus denen die erste Filterlage gestrickt ist. Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass der Draht der Drahtverstärkung Querschnittsabmessungen
abweist, die um den Faktor 5–10
größer sind
als die Querschnittsabmessungen der Fasern der ersten Filterlage.
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Die
Verbindung zwischen der Drahtverstärkung und der ersten Filterlage
kann vorzugsweise durch mehrere lokale Verschlaufungen des Drahtes mit
der ersten Filterlage erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann
der Draht der Drahtverstärkung
so angeordnet sein, dass er teilweise innerhalb und teilweise außerhalb
der ersten Filterlage angeordnet ist und mittels Durchdringungsstellen
mit der ersten Filterlage verbunden ist. Schließlich kann der Draht auch auf andere
Weisen, beispielsweise durch Verklebung oder Verklammerung mit der
ersten Filterlage verbunden sein.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass die erste Filterlage aus einer Kunststofffaser
besteht, insbesondere einer Polymerfaser, vorzugsweise Polypropylenfaser
oder Aramidfaser. Diese Materialien weisen einerseits eine hohe
Beständigkeit
gegen eine Reihe von Chemikalien auf und zeichnen sich weiterhin
dadurch aus, dass sie gängige
Normen im Bereich der Lebensmitteltechnologie erfüllen und
folglich im Trinkwasserbereich und im Bereich der Nahrungsmittelindustrie
eingesetzt werden können.
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Alternativ
hierzu ist es bevorzugt, dass die erste Filterlage aus einer anorganischen
Faser besteht, insbesondere einer Glasfaser oder einer Metallfaser,
vorzugsweise einer rostfreien Metallfaser. Anorganische Fasern weisen
typischerweise sehr hochwertige mechanische Eigenschaften auf und eignen
sich daher zur Herstellung von Filterstrümpfen, die für robuste
Einsatzzwecke geeignet sind.
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Die
beiden vorgenannten Fortbildungsformen sind insbesondere in der
Hinsicht auch auszuwählen,
als dass eine Verbindung zwischen der Drahtverstärkung und der ersten Filterlage
in einfacher Weise ausgebildet werden kann. In vielen Anwendungsfällen ist
daher bevorzugt, wenn die erste Filterlage und die Drahtverstärkung aus
dem gleichen oder einem ähnlichen
Material bestehen, um so eine stabile und fertigungstechnisch einfache
Verbindung mittels Verschweißung
oder Verklebung erzielen zu können.
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Es
ist weiterhin insbesondere bevorzugt, wenn die Drahtverstärkung spiralförmig ist.
Diese Ausführungsform
ermöglicht
eine sichere Verstärkung
gegen Kollabieren des Filterstrumpfes und ermöglicht dabei eine an verschiedene
Einsatzzwecke angepasste Steifigkeit des gesamten Filterstrumpfes, indem
die Steigung der spiralförmigen
Drahtverstärkung
für besonders
kollabiersichere Filterstrümpfe sehr
gering gewählt
wird und für
Filterstrümpfe
mit größeren elastischen
Bereichen zwischen den einzelnen Drahtverstärkungen steiler gewählt wird.
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Die
Drahtverstärkung
kann wahlweise auf der Innenseite oder auf der Außenseite
der ersten Filterlage angeordnet sein. Zudem ist es in einigen Anwendungsfällen auch
vorteilhaft, die Drahtverstärkung
beidseits anzuordnen, um auf diese Weise einen besonders stabilen
Filterstrumpf zu erzielen.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass die Drahtverstärkung aus einem metallischen
Werkstoff, insbesondere aus einem rostfreien Edelstahl besteht. Durch
diese Materialwahl wird einerseits eine ausreichende Festigkeit
der Drahtverstärkung
bereitgestellt und andererseits eine insgesamte Elastizität des Filterstrumpfes
erhalten. Die Drahtverstärkung
aus metallischem Werkstoff eignet sich sowohl in der Verwendung
mit einer ersten Filterlage aus Kunststofffaser oder einer anderen
nicht metallischen Faser als auch in der bevorzugten Kombination
mit einer Metallfaser, die besonders vorteilhafte Möglichkeiten
der Befestigung der Drahtverstärkung
an der ersten Filterlage bereitstellt.
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Es
ist insbesondere bevorzugt, dass die Drahtverstärkung an mehreren Stellen an
der ersten Filterlage befestigt ist, insbesondere mittels Gewebeschlaufen
der ersten Filterlage, welche den Draht der Drahtverstärkung umschließen.
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So
kann der Draht an der Filterlage befestigt werden, indem die Filterlage
umgebördelt
wird und den Draht dann von innen und außen überdeckt und nachfolgend an
mehreren, vorzugsweise vier Punkten der Draht mittels durch die
beiden Filterlagen gestochenen und um den Draht geführten Garnschlaufen
befestigt wird. Dieses Befestigungsverfahren eignet sich insbesondere
für die
beiden Enden eines Filterschlauchs, kann aber auch in den übrigen Bereichen
angewendet werden. Bei dieser Ausgestaltung kann eine stoffschlüssige Verbindung
zwischen Drahtverstärkung
und erster Filterlage vermieden werden und auf diese Weise eine
geringfügige
relative Beweglichkeit zwischen Drahtverstärkung und erster Filterlage
ermöglicht
werden. Dies hat in vielen Anwendungsfällen den Vorteil, dass lokale
Spannungsspitzen in der ersten Filterlage verhindert werden können und
eine vorteilhafte Beweglichkeit der ersten Filterlage erhalten bleibt,
die den Selbstreinigungseffekt verstärkt.
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Die
Erfindung kann weiterhin gemäß eines Filterstrumpfes
der eingangs genannten Art oder einem Filterstrumpf der vorbeschriebenen
Art und Weise dadurch fortgebildet werden, dass das Gewebe der ersten
Filterlage mindestens eine, vorzugsweise mehrere oder ausschließlich Fasern
umfasst, die um ihre Faserlängsachse
verdrillt sind. Durch diese Verdrillung der Fasern kann eine vorteilhafte
Eigenspannung in dem Filterstrumpf erzielt werden, die zu einer Geometriestabilisierung
des Filterstrumpfes als Röhre
führt.
Der Filterstrumpf hat daher bereits ohne die Drahtverstärkung eine
gewisse Eigenstabilität,
die für viele
Anwendungsfälle
ausreichend ist. Diese Eigenstabilität kann durch eine Drahtverstärkung weiter
erhöht
werden. Es ist insbesondere vorteilhaft, dass die Faserverdrillung
zu einer Formstabilität
des Filterstrumpfes in allen Bereichen führt, d.h. nicht nur ausgehend
von den Bereichen benachbart zur Drahtverstärkung. Unter Verdrillung ist
in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass entweder ein einzelner Strang
einer Faser (bestehend aus einem monofilen oder multifilen Faserstrang)
um seine Längsachse mehrfach
verdreht ist oder dass mehrer Faserstränge miteinander um ihre gemeinsame
Längsachse verdreht
sind.
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Dabei
kann dieser Drall insbesondere durch eine bei der Herstellung eines
multifilen Filamentgarnes erzeugte Drehung erzeugt werden. Hierbei
werden die aus Spinndüsen
austretenden Filamente oder die abgewickelten Garnfilamente einer
nachfolgenden Verdrillung gegeneinander, beispielsweise auf einer
Zwirnmaschine, zugeführt.
Dabei kann ein Rechts- oder Linksdrall erzeugt werden. Vorzugsweise
wird ein Garn mit einem Drall von etwa 60, d.h. 60 Drehungen pro
m, verwendet. Dies stellt eine leichte Schutzdrehung dar, die zugleich
leicht und gut füllend ist.
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Weiterhin
ist es insbesondere bevorzugt, einen Filterstrumpf der eingangs
genannten Art oder zuvor beschriebenen fortgebildeten Art dadurch
zu verbessern, dass das Gewebe der ersten Filterlage mindestens
eine Maschendichte von 12 Maschen pro Quadratzentimeter und/oder
eine Maschendichte von 0,01 mm bis 2mm aufweist. Es hat sich überraschend
ergeben, dass selbst bei solch hohen Maschendichten eine lange Wirksamkeit
des Filterstrumpfes gewährleistet
werden kann, da die vorteilhafte Selbstreinigungswirkung eine frühzeitige
Verstopfung des Filters wirkungsvoll verhindert. Insbesondere bei
einem Betrieb in bewegten Fluiden, wie beispielsweise fließenden Gewässern oder
fließenden
Gasströmungen,
kann mit einem solcherart fortgebildeten Filterstrumpf eine äußerst effizient
Filterwirkung auch im Hinblick auf kleinste Schmutzpartikel, beispielsweise
sogenannte Schluffsande, erzielt werden, ohne dass der Filterstrumpf
in kurzen Zeitintervallen ausgewechselt werden müsste, wie es bei ähnlichen
Filterelementen konventioneller Bauart der Fall wäre, wenn
eine solch geringe Porengröße gewählt würde.
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Weiterhin
ist es bei einem eingangs genannten Filterstrumpf oder einem wie
zuvor beschriebenen, fortgebildeten Filterstrumpf vorteilhaft, wenn
das Gewebe der ersten Filterlage aus einer Faser mit einer Garnstärke von
etwa 660 Detex besteht.
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Dabei
steht die Angabe 660 Detex (= 66tex = 600 denier = Nm 15) für eine Garnfeinheit,
bei der 15000Meter des Garns etwa ein Kilogramm wiegen (1000m wiegen
also 66g, was 66tex entspricht). Dabei ist zu berücksichtigen,
dass aufgrund fertigungstechnischer Toleranzen bei der Garnherstellung
und -weiterverabeitung ein Toleranzbereich der Garnstärke von
+/- 10% besteht.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Filtervorrichtung mit einem
Filterstrumpf, wie zuvor beschrieben, bei der in dem Filterstrumpf
ein Hohlprofil, insbesondere ein Rohr angeordnet ist, welches mehrere
radiale Öffnungen
aufweist. Die so ausgebildete Filtervorrichtung ist einerseits technologisch
besonders einfach und robust aufgebaut, sodass sie sich für den Einsatz
in Drittweltländern
und in mechanisch hochbeanspruchten Einsatzgebieten besonders gut eignet.
Das Hohlprofil dient dabei der zusätzlichen Versteifung des Filterstrumpfes
einerseits und andererseits dazu, den Filterstrumpf in einer geometrischen
Art und Weise auszurichten, beispielsweise als längliches Filterkerzenelement
oder als spiralförmig
oder kreisförmig
gebogenes Filterelement. Durch die radialen Öffnungen, die beispielsweise
als zylindrische Bohrungen oder als Schlitze ausgebildet sein können, kann
das zu filternde Medium nach Durchlauf durch den Filterstrumpf in
das Hohlprofil eintreten und folglich aus diesem inneren Hohlraum
abgesaugt werden. Im umgekehrten Anwendungsfall ist es möglich, das
Fluid in das Rohr unter Druck einzuspeisen und durch die Öffnungen
in Richtung des Filterstrumpfes aus dem Hohlprofil herauszudrücken, wodurch
eine Filterung des solcherart geförderten Fluids bei Austritt
aus dem Filterstrumpf nach außen stattfindet.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn der Filterstrumpf sich an zumindest
einem Ende in axialer Richtung über
das Hohlprofil erstreckt und dort zusammengeschnürt ist zur Vermeidung von ungefiltertem
axialen Eintritt von Fluid in das Hohlprofil. Eine solche Verschlussmöglichkeit
wird durch die hohe Elastizität
des Filterstrumpfes ermöglicht
und stellt eine einfache und zuverlässige Technologie bereit, um
den erfindungsgemäßen Filterstrumpf
an einem oder beiden axialen Enden zu verschließen.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann vorgesehen sein, dass der Filterstrumpf an zumindest einem Ende
reib- und/oder formschlüssig
auf der Umfangsfläche
des Hohlprofils befestigt ist, vorzugsweise mittels einer Rohrschelle.
Auch diese Ausführungsform stellt
eine einfache Möglichkeit
der Abdichtung an einem Ende des Hohlprofils bereit. Die so vorgeschlagene
Befestigungs- und Abdichtungsmöglichkeit weist
gegenüber
der zuvor Beschriebenen den Vorteil auf, dass sie sich in axialer
Richtung nicht über das
Hohlprofil hinaus erstreckt. In vielen Anwendungsfällen reicht
eine lediglich reibschlüssige
Befestigung aus, bei der beispielsweise der Filterstrumpf auf einem
Rohrabschnitt mittels einer mechanischen Spannvorrichtung in radialer
Richtung eingespannt wird. In einigen Anwendungsfällen, insbesondere
bei erhöhter
mechanischer Belastung, ist es alternativ oder zusätzlich vorteilhaft,
eine formschlüssige
Verbindung bereitzustellen, beispielsweise indem eine Ringnut in
der Umfangsfläche
des Hohlprofils vorgesehen wird, in welcher der Filterstrumpf mittels
eines in die Ringnut eingesetzten Spannelementes eingespannt wird.
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Es
ist weiterhin in einigen Anwendungsfällen vorteilhaft, wenn das
Hohlprofil an zumindest einem Ende einen axialen Schraubverschluss
aufweist zur Entleerung der Filtervorrichtung. Auf diese Weise ist es
nicht erforderlich, dass eine Manipulation am Filterstrumpf vorgenommen
wird, um eine Entleerung des Hohlprofils, beispielsweise zu Wartungszwecken,
vorzunehmen, sondern es kann durch einfache Öffnung des Schraubverschlusses
ein Zugang zum Inneren des Hohlprofils bereitgestellt werden.
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Der
zuvor beschriebene Filterstrumpf und die zuvor beschriebene Filtervorrichtung
eignet sich besonders gut zur Verwendung zur Filterung von Kühlflüssigkeiten,
insbesondere zur Filterung von Kühlschmieremulsionen
und/oder Schmieröl
in Werkzeugmaschinen zur spanenden oder spanlosen Bearbeitung oder
zur Filterung von Kühlflüssigkeit
im Bereich von Wärmetauschern,
insbesondere im Schiffbau. Bei dieser Verwendung können die
vorteilhaften Eigenschaften, also die hohe chemische Beständigkeit
gegenüber
einer Reihe von aggressiven Medien und die vorteilhafte Selbstreinigungswirkung für eine wartungsarme
und in vielen Anwendungsfällen
sogar wartungsfreie Verwendung der Filtervorrichtung bzw. des Filterstrumpfes
genutzt werden.
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Eine
vorteilhafte Verwendung ist die Filterung von Trinkwasser. Dies
umschließt
insbesondere die Filterung von Schluffsanden, Manganflocken oder ähnlichem
aus Trinkwasser ein, welches als Grundwasser gefördert wird. Bei dieser Anwendung ist
ebenfalls die vorteilhafte Selbstreinigungswirkung und darüber hinaus
die Zulassung im Bereich der Lebensmitteltechnologie für die vorzugsweise
verwendeten Materialien eine Eigenschaft, die den zuvor beschriebenen
Filterstrumpf besonders qualifiziert.
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Besonders
vorteilhaft ist es weiterhin, die zuvor beschriebene Filtervorrichtung/den
zuvor beschriebenen Filterstrumpf zur Ent- und/oder Bewässerung
im Landwirtschaftsbereich, insbesondere zur Grundwasserabsenkung
oder zur Bewässerung
von Feldern zu verwenden.
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Schließlich kann
die erfindungsgemäße Filtervorrichtung/der
erfindungsgemäße Filterstrumpf vorteilhaft
zur Filterung chemischer Flüssigkeiten, insbesondere
zur Filterung von Lacken, Waschmitteln, Ölen im Bereich der chemischen
Industrie oder im Bereich von Offshore-Anlagen verwendet werden.
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Der
erfindungsgemäße Filterstrumpf
wird vorzugsweise durch ein Verfahren hergestellt, mit den Schritten:
- – Stricken
einer ersten Filtergewebelage aus einer Faser im Rundstrickverfahren
gekennzeichnet durch den Schritt:
- – Einarbeiten
eines Verstärkungsdrahts
in die erste Filtergewebelage.
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Dabei
kann die Einarbeitung des Verstärkungsdrahtes
in die erste Filtergewebelage bereits beim Stricken der Filtergewebelage
erfolgen oder es kann eine nachträgliche Einarbeitung stattfinden,
wie beispielsweise durch Anbringen des Verstärkungsdraht mittel separater
Schlaufen, durch Verklebung, Verschweißung oder durch wechselseitiges
innenwärtiges
und auswärtiges
Verlaufen des Verstärkungsdrahtes.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden anhand der anhängen Figuren beschrieben. Es
zeigen:
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1:
Eine schematische, teilgeschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Filterstrumpfs mit
spiralförmiger
Drahtverstärkung,
und
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2:
Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
im Einsatz in einem Brunnenschacht.
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Bezugnehmend
auf 1 weist ein erfindungsgemäßer Filterstrumpf eine erste
Filterlage 10 auf, die durch eine spiralförmige Drahtverstärkung 20 verstärkt wird.
Die spiralförmige
Drahtverstärkung 20 erstreckt
sich in Form einer Wendel entlang der Längsachse 11 des Filterstrumpfes
und verläuft
im gezeigten Ausführungsbeispiel
auf der Innenseite der ersten Filterlage.
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Bezugnehmend
auf 2 umfasst eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung, einen
Filterstrumpf 110 und ein Hohlprofil in Form eines Rohres 130.
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Der
Filterstrumpf 110 ist einem Bereich 131 des Rohres 130 auf
der Umfangsfläche
des Rohres mittels einer Rohrschelle 140 kraftschlüssig befestigt.
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In
der Wandung des Rohres 130 sind, wie im ausgeschnitten
dargestellten Bereich der 1 erkennbar,
eine Vielzahl von Radialbohrungen 132 ausgebildet, durch
die das gefilterte Fluid in das Innere des Rohres 130 eintreten
kann.
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Am
unteren Ende 133 erstreckt sich der Filterstrumpf über das
axiale Ende des Rohres 130 hinaus. Der Filterstrumpf ist
in diesem Bereich zusammengeführt
und mittels eines Kabelbinders 150 fluiddicht verschnürt, sodass
kein Fluid in das Innere des Filterstrumpfes eintreten kann, ohne
durch die erste Filterlage hindurchzutreten.