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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Filtersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Ein solches Filtersystem zum Abtrennen fester Verunreinigungen aus
einem Flüssigkeitsstrom mit einem Flüssigkeitsfilter
wird vornehmlich in der Produktionstechnik als Prozessfilter zum
Abscheiden großer Schmutzmengen aus Prozessflüssigkeiten
eingesetzt, insbesondere bei Schleif-, Erodier- oder Funkenerodierprozessen.
Entsprechend handelt es sich bei den Prozessflüssigkeiten
beispielsweise um Öl, um Kühlflüssigkeit
oder um Elektrolyte. Ein erfindungsgemäßes Filtersystem
kann aber auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise
als Ölfilter, Kraftstofffilter, Hydraulikflüssigkeitsfilter
oder Kühlmittelfilter, insbesondere bei Brennkraftmaschinen. Bevorzugt
wird ein einfindungsgemäßes Filtersystem in solchen
Bereichen eingesetzt, in denen Kuchen bildend filtriert wird.
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Stand der Technik
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Im
Stand der Technik sind Filtersysteme bekannt, die eine Kombination
eines Grobfilters mit einem Feinfilter umfassen. Um bei der Filtration
flüssiger Medien Schmutzpartikel unterschiedlicher Größe abzuscheiden,
werden dabei Filter mit unterschiedlichen Abscheideeigenschaften
verwendet. In einem Flüssigkeitsstrom, bei dem es sich
in der Regel um einen Kreislauf handelt, wird dabei ein größere
Partikel erfassender Grobfil ter in einem Hauptstrom angeordnet und
diesem wird in einem Nebenstrom ein kleinere Partikel erfassendes
Feinfilter parallel geschaltet. Der Volumenstrom des zu filtrierenden
Mediums wird auf diese Weise gleichzeitig durch das Grobfilter und
das Feinfilter geleitet. Nachteilig ist dabei generell, dass das
Feinfilter in einem Nebenstrom angeordnet ist, wofür zusätzliche
Pumpen, Ventile, Leitungen usw. erforderlich sind.
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In
den allermeisten Fällen handelt es sich bei den bekannten
Filtersystemen um eine Parallelschaltung des Grobfilters und des
Feinfilters in dem Flüssigkeitsstrom, da man davon ausgeht,
dass das Feinfilter nicht im Hauptstrom in Reihe mit dem Grobfilter geschaltet
sein kann, da das Feinfilter, um eine ordnungsgemäße
Funktion zu gewährleisten, bei Beaufschlagung mit dem im
Hauptstrom zirkulierenden großen Volumenstrom in seinen
Ausmaßen sehr groß sein müsste und daher
sehr kostspielig ist. Außerdem können die empfindlichen
Feinfilter durch in dem Flüssigkeitsstrom des zu filtrierenden
Mediums kurzzeitig auftretende hohe Drücke, sogenannte Druckspitzen,
in der Regel leichter beschädigt werden als Grobfilter.
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Die
DE 1 948 958 A1 zeigt
einen Grobfilter mit einem parallel geschalteten Feinfilter, wobei
auf der Reinseite des Grobfilters eine Drossel angeordnet ist. Der
Feinfilter ist nicht gegen Druckspitzen geschützt.
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Die
DE 42 21 897 A1 betrifft
einen Grobfilter mit parallel geschaltetem Feinfilter, wobei auf
der Rohseite des Grobfilters eine druckregulierte Drossel angeordnet
ist. Der Feinfilter ist nicht gegen Druckspitzen geschützt.
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Die
US 2003/0106847 A1 betrifft
ebenfalls einen Grobfilter mit parallel geschaltetem Feinfilter,
wobei auf der Rohseite des Feinfilters eine starre Drossel angeordnet
ist.
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Die
DE 34 46 772 A1 offenbart
auch einen Grobfilter mit parallel geschaltetem Feinfilter, wobei ein
Bypass durch den Grobfilter geführt wird und das gesamte
Filterelement durch einen Differenzdruck gegen eine Federkraft angehoben
wird.
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Die
US 3,000,505 betrifft eine
Reihenschaltung eines Feinfilters mit einem Grobfilter, wobei der Grobfilter
im Flüssigkeitsstrom stromabwärts von dem Feinfilter
angeordnet ist. Das Feinfilter weist einen federbetätigten
Bypass auf und der Grobfilter dient als integrierter Sicherheitsfilter.
Das Feinfilter ist nicht gegen Druckspitzen geschützt.
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Während
die oben genannten Dokumente zum Stand der Technik sich auf Filter
für die Hydraulik und auf Hochdruckfilter beziehen, wird
heutzutage bei der Filtration von Prozessflüssigkeiten
innerhalb einer Filteranlage zumeist nur eine Sorte eines Filtermediums
mit einem bestimmten Abscheidegrad eingesetzt. Oft werden mehrere
Filterelemente mit dieser einen Sorte des Filtermediums parallel
geschaltet, und manchmal sind innerhalb eines Filterelements mehrere
Papierbälge parallel geschaltet.
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Nachteilig
bei der bekannten Filtration von Prozessflüssigkeiten mit
nur einem Filtertyp ist, dass bei der Inbetriebnahme eines neuen
Filterelements ein Trübstoß auftritt. Bei einem
Trübstoß wird zu stark mit Feststoff beladenes
Filtrat rückgeführt. Dies liegt daran, dass die
ersten das neue Filtermedium erreichenden Partikel von der anfänglich
starken Strömung durch den Filter gerissen werden, bis
sich durch Ablagerung auf dem Filtermedium der Filterwiderstand
erhöht und die Strömungsgeschwindigkeit gebremst
wird. In Folge bilden sich Feststoffbrücken auf dem Filtermedium,
so dass sich der gewünschte Abscheidegrad einstellt. Darüber
hinaus ergeben sich konstruktive Limitierungen. Ein Einfachbalg-Filterelement
baut schmal und ist daher schlecht geeignet für Gehäuse
mit großem Durchmesser. Ein Doppelbalg-Filterelement ist
nur für eine Durchströmung von innen nach außen
geeignet, das Filterelement muss daher für Innendruck ausgelegt
werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin,
ein Filtersystem zu schaffen, bei dem der Trübstoß bei
Inbetriebnahme eines neuen Filterelements reduziert ist, das konstruktiv
einfach und vielseitig realisiert werden kann, das bei gleichem
Bauvolumen möglichst eine höhere Standzeit ermöglichen
soll und bei dem der Feinfilter möglichst vor Druckspitzen
geschützt ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filtersystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen
Zeichnungen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Filtersystem weist die Besonderheit
auf, dass zwei in Reihe geschaltete Filter, nämlich ein
Grobfilter und ein Feinfilter, mit unterschiedlichen Filtermedien
verwendet werden, wobei der Grobfilter in dem Flüssigkeitsstrom
stromaufwärts von dem Feinfilter angeordnet ist. An dem
Feinfilter ist ein Bypassventil (Umgehungsventil) angeordnet, das
vorzugsweise dann anspricht, wenn der Feinfilter blockiert.
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Das
Filtersystem kann modular aufgebaut sein, wobei der Grobfilter und
der Feinfilter an unterschiedlichen Stellen bzw. in unterschiedlichen
Filtergehäusen angeordnet sein können. Das Filtersystem kann
aber auch beispielsweise als Anschraubfilter (Spin-on-Filter) oder
als Ölmodul ausgeführt sein. Das Gehäuse
kann hierbei aus metallischem Werkstoff oder aus Kunststoff bestehen
und das Filterelement aus Filterpapier oder einem synthetischen Werkstoff
zick-zack-förmig gefaltet, gewickelt oder stirnseitig durchströmt
mit wechselseitig verschlossenen Kanälen ausgeführt
sein. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Grobfilter
und/oder der Feinfilter ein Filtermedium aufweisen, das zum Kuchen
bildenden Filtrieren ausgebildet ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Filtersystem hat die Vorteile,
dass der Trübstoß bei Inbetriebnahme eines neuen
Filterelements reduziert ist, es konstruktiv einfach und vielseitig
realisiert werden kann, bei gleichem Bauvolumen voraussichtlich
eine höhere Standzeit erzielt und der Feinfilter vor Druckspitzen im
Flüssigkeitsstrom geschützt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder
in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen
der Erfindung zu schaffen. Es zeigen:
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1 Eine
Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Filtersystems,
und
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2 einen
vereinfachten Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Filtersystem, wobei der Grobfilter und der Feinfilter in ein einziges
Filterelement integriert sind.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Filtersystems 1 zum
Abscheiden fester Verunreinigungen aus einem Flüssigkeitsstrom,
dessen Strömungsrichtung 2 in dem entsprechenden
Rohrleitungssystem durch einen Pfeil angedeutet ist. Es umfasst
einen Grobfilter 3 mit einem zugehörigen Filtermedium 4 und
einen Feinfilter 5 mit einem Filtermedium 6. Der
Grobfilter 3 und der Feinfilter 5 sind in Reihe
geschaltet, wobei der Feinfilter 5, bezogen auf die Strömungsrichtung 2 des
Flüssigkeitsstroms, stromabwärts von dem Grobfilter 3 angeordnet,
also dem Grobfilter 3 nachgeschaltet ist. Der Feinfilter 5 kann
durch einen Bypass 7 überbrückt werden,
wobei der Bypass 7 ein Bypassventil 8 zum Öffnen
und/oder Schließen des Bypasses 7 aufweist.
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Zum Öffnen
und/oder Schließen des Bypassventils 8 kann allgemein
eine Steuereinrichtung vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung
für das Bypassventil 8 derart ausgebildet, dass das Öffnen
und/oder Schließen des Bypassventils 8 in Abhängigkeit
von dem Differenzdruck zwischen Rohseite 9 und Reinseite 10 des
Feinfilters 5 erfolgt. Dabei kann in vorteilhafter weiterer
Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zum Öffnen
und/oder Schließen des Beipassventils 8 in Abhängigkeit
von dem Über- bzw. Unterschreiten eines Schwellwertes des
Differenzdrucks zwischen Rohseite 9 und Reinseite 10 des
Feinfilters 5 ausgebildet ist.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
das Bypassventil 8 ein federbelastetes Ventil, wobei die
Federvorrichtung des federbelasteten Ventils die Steuereinrichtung
des Bypassventils 8 bildet und das Bypassventil 8 öffnet,
wenn der Differenzdruck zwischen Rohseite 9 und Reinseite 10 des Feinfilters 5 den
Schwellwert überschreitet, und das Bypassventil 8 schließt,
wenn der Differenzdruck den Schwellwert unterschreitet. Das Bypassventil 8 ist also
als federbelastetes Ventil ausgebildet, wobei die Federeinrichtung
des Bypassventils 8 als Steuereinrichtung dient.
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Im
Allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zum automatischen Öffnen und/oder
Schließen des Bypassventils 8 ausgebildet ist.
In bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das
Bypassventil 8 automatisch öffnet, wenn der Differenzdruck
zwischen Rohseite 9 und Reinseite 10 des Feinfilters 5 einen
Schwellwert überschreitet, und automatisch schließt,
wenn der Differenzdruck zwischen Rohseite 9 und Reinseite 10 des
Feinfilters 5 den Schwellwert unterschreitet.
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Die
Funktionsweise des Filtersystems 1 ist wie folgt. Es wird
dabei davon ausgegangen, dass das Filtersystem 1 erstmals
verwendet wird, d. h. es werden ein Grobfilter 3 und ein
Feinfilter 5 mit neuen Filtermedien 4, 6 erstmals
zum Filtern verwendet, beispielsweise nach einem Filtertausch. Der
Grobfilter 3 ist in dem Flüssigkeitsstrom stromaufwärts
von dem Feinfilter 5 angeordnet ist. An dem Feinfilter 5 ist ein
Bypassventil 8 (Umgehungsventil) angeordnet, das bei Inbetriebnahme
des Filtersystems 1 zunächst geschlossen ist und
vorzugsweise dann anspricht, wenn der Feinfilter 5 blockiert.
Der zu filtrierende Flüssigkeitsstrom durchströmt
somit zunächst den Grobfilter 3 und anschließend
den Feinfilter 5. Die groben Partikel werden an dem Grobfilter 3 abgeschieden.
Feinere Partikel, die den Grobfilter 3 passieren, können
im Feinfilter 5 aufgefangen werden. Dadurch wird auch bei
einem neuen Filter ein Trübstoß verhindert. Mit
zunehmender Beladung des Feinfilters 5 durch abgeschiedene
Partikel steigt dessen Differenzdruck zwischen Rohseite 9 und
Reinseite 10 an. Ab ei nem bestimmten Wert des Differenzdrucks
kann dann das Bypassventil 8 geöffnet werden,
wodurch der Bypass 7 geöffnet und damit den Feinfilter 5 durch
den Bypass 7 überbrückt wird. Das Bypassventil 8 kann
beispielsweise federgesteuert sein und automatisch bzw. selbsttätig öffnen.
Der Grobfilter 3 hat zu diesem Zeitpunkt bereits einen
Filterkuchen gebildet, der das Filtrationsergebnis des Grobfilters 3 verbessert
und auch feinere Partikel abscheidet, so dass der Feinfilter 5 ab
diesem Zeitpunkt nicht mehr für die weitere Filtration
benötigt wird. Der Feinfilter 5 wird dann weiterhin
durch den Bypass 7 und das geöffnete Bypassventil 8 überbrückt.
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Ein
Vorteil des Filtersystems 1 besteht darin, dass auch bei
erstmaliger Verwendung neuer Filter kein Trübstoß auftritt,
da auch feine Partikel durch den Feinfilter 5 ausgefiltert
werden, da bei Inbetriebnahme des Filtersystems 1 das Bypassventil 8 geschlossen
ist. Ein hoher Volumendurchsatz wird dadurch aufrecht erhalten,
dass bei fortschreitender Beladung des Feinfilters 5 das
Bypassventil 8 öffnet.
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Die 2 zeigt
die einen Längsschnitt eines praktischen Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilters
bzw. eines erfindungsgemäßen Filtersystems 1 in
Form eines Prozessfilters zum Abscheiden großer Schmutzmengen
aus Prozessflüssigkeiten, beispielsweise bei Schleif-,
Erodier- oder Funkenerodierprozessen. Das dargestellte Filtersystem 1 weist
die in der Praxis vorteilhafte Besonderheit auf, dass der Grobfilter 3,
der Feinfilter 4 und das Bypassventil 8 gemeinsam
in ein Filterelement 11 integriert sind. Auch hier weist
das Filterelement 11 die Besonderheit auf, dass es mit
zwei verschiedenen Filtermedien 4, 6 versehen
ist.
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Das
Filterelement 11 kann als austauschbare Filterpatrone ausgebildet
sein, die ein nicht dargestelltes Gehäuse aufweist. Es
kann aber auch vorgesehen sein, dass das Filterelement 11 als
austauschbare Filterpatrone ausgebildet ist, die in ein nicht dargestelltes
Filteraufnahmegehäuse einsetzbar ist.
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Der
Grobfilter 3, der Feinfilter 5 und das Bypassventil 8 mit
dem Bypass 7 sind in das Filterelement 11 integriert.
Das Filterelement 11 ist zur radialen Durchströmung
von außen nach innen ausgebildet, wobei der Feinfilter 5 radial
innerhalb des Grobfilters 3 angeordnet ist. Das zu filtrierende
Fluid wird gehäuseseitig zugeführt und über
ein Rohr 12 abgeführt, das im Bereich des Filterelements 11 eine
Perforation 13 aufweist und mittels O-Ringen 14, 15 gegen
den Deckel 16 und den Boden 17 des Filterelements 11 gedichtet
wird. Das eigentliche Gehäuse, in dem sich das Filterelement 11 befindet,
ist nicht dargestellt.
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In
dem Filterelement 11 kommen Filtermedien 4, 6 und
ein Stützkörper zur Gewährleistung der Formstabilität
mindestens eines der Filtermedien, insbesondere wenn das Filtermedium 4, 6 feucht
ist, zum Einsatz.
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Das
Filterelement 11 kann ausgewechselt werden, wenn im Fluidstrom
befindliche Verschmutzungen das Abscheidematerial, also das Filtermedi um 4 bzw. 6 der
Filterpatrone zugesetzt haben und somit der durch die Filterpatrone
erzeugte Druckverlust zu stark ansteigt. Das Gehäuse des
Filtersystems 1 beinhaltet als Träger für
das Filterelement 11 einen zylinderförmigen gasdurchlässigen
Stützkörper in Form des Rohres 12 mit
Durchgängen (Perforationen 13), um den das Abscheidematerial
(das Filtermedium 6 des Feinfilters 5) gewickelt
ist. Im Servicefall wird das Filterelement 11 auf das Rohr 12 gesteckt.
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Der
Grobfilter 3 und der Feinfilter 5 können allgemein
ein Filter mit einem Diffusionsabscheider, ein Oberflächen-
oder Tiefenmedienfilter, beispielsweise mit einem Filtermedium 4, 6 (z.
B. Drahtgestrick- oder Faserfiltereinsatz aus Papier, Metall oder einem
synthetischen Material), oder einen Trägheits- oder Prallabscheider
(Zyklonabscheider, Labyrinth- und Prallabscheider, Zentrifugen und
Separatoren) umfassen. Bevorzugt ist das Filterelement 11 bzw. der
ganze Flüssigkeitsfilter als austauschbare Filterpatrone
ausgebildet.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Filterelement 11 ein
Filtermedium mit einem Vliesfilter bzw. Faservliesfilter, beispielsweise mit
einem Vlieswickel aus Metall und/oder einem anderen natürlichen
oder synthetischen Filtermaterial, z. B. einem Polyestervlies. Die
Filtermedien 4, 6 haben in erster Linie die Aufgabe
der Abscheidung von festen Bestandteilen aus dem Fluidstrom. Als
Filtermedium 4, 6 können alle bekannten
Abscheidestoffe zur Verwendung kommen. Besonders geeignet sind Ma terialien,
die sich um den Stützkörper, der bevorzugt rohrförmig
ausgebildet ist, wickeln lassen. Neben vliesförmigen Filtermedien 4, 6 kann
das Filtermedium 4, 6 insbesondere aus einer Garnwicklung bestehen.
Der Vlieswickel ist auf den Stützkörper aufgewickelt.
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Vorzugsweise
weist das Filterelement 11 wenigstens einen Stützkörper,
insbesondere ein Stützrohr auf, das wenigstens ein Filtermedium 4, 6 trägt. Das
Bypassventil 8 ist bevorzugt an dem Stützkörper angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1948958
A1 [0004]
- - DE 4221897 A1 [0005]
- - US 2003/0106847 A1 [0006]
- - DE 3446772 A1 [0007]
- - US 3000505 [0008]