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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zur Filtration von mit Partikeln belasteten Gasen, wie von Schweißgasen, die bei selektiven Fertigungsverfahren, insbesondere bei 3 D-Druckern mit Metallpulverbett in einem Fertigungsraum entstehen, mit einem Filtergehäuse, das einen Rohgaseingang und einen Reingasausgang aufweist und in dem ein Filterelement in einer Funktionsposition aufnehmbar ist, in der es mit seinem Filtermaterial den Rohgaseingang vom Reingasausgang trennt.
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Filtervorrichtungen dieser Art sind bekannt, vgl.
DE 10 2014 206 329 A1 . Die Filtration von mit Partikeln belasteten Gasen erfordert einen beträchtlichen technischen und wirtschaftlichen Aufwand, wenn eine starke Partikelbelastung vorliegt, wie dies bei Rauchgasen sehr häufig der Fall ist. Durch große Mengen von am Filtermaterial des benutzten Filterelements angelagerten Partikeln kommt es zu einem raschen Verblocken, so dass keine ausreichend langen Filterstandzeiten erreichbar sind. Verstärkt treten solche Probleme bei Rauchgasen auf, wie dem bei 3 D-Druckern für Metall entstehenden Schweißrauch. Bei dem selektiven Lasersintern, wie es als „SLS-Verfahren (
DE 10 2015 017 026 ) bekannt ist, werden pulverförmige, chemisch reine Metallpartikel schichtweise aufgetragen und danach mit einem Hochleistungslaser unter einer Schutzgasatmosphäre verschmolzen. Der bei derartigen, in der Art des Pulverdrucks arbeitenden Verfahren entstehende Schweißrauch, der aus dem eine Schutzgasatmosphäre enthaltenden Bauraum heraus zur Filtervorrichtung geführt wird, besteht aus Schutzgas mit starker Belastung durch Pulverpartikel. Das hierbei auftretende rasche Zusetzen des Filtermaterials zwingt zu häufigen Filterwechseln, was einen beträchtlichen Arbeitsaufwand erfordert und den wirtschaftlichen Betrieb betreffender Drucker erschwert.
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Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die besonders wirtschaftlich betreibbar ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass eine Wechseleinrichtung mit einem Aktor vorgesehen ist, mittels dessen ein auszuwechselndes Filterelement aus der Funktionsposition in eine außerhalb des Filtergehäuses gelegene Montageposition und ein einzuwechselndes Filterelement aus der Montageposition in die Funktionsposition bewegbar sind. Dadurch, dass der Ausbau eines verbrauchten Filterelements in einem mechanisierten Vorgang mittels des Aktors der Wechseleinrichtung erfolgt, der das Filterelement in die außerhalb des Filtergehäuses gelegene Position bewegt, und dadurch dass auch der Einwechselvorgang in entsprechender Weise mittels des Aktors mechanisiert durchgeführt wird, beschränkt sich der Arbeitsaufwand auf die Abnahme von verbrauchten Elementen aus der Montageposition und das Verbringen neu einzuwechselnder Filterelemente in die Montageposition. Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung ist daher besonders wirtschaftlich mit verringertem Arbeitsaufwand betreibbar.
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Bei den 3 D-Druckern für Metall wird das Lasersintern zum Verschweißen der Metallpartikel unter einer Schutzgasatmosphäre aus Argon oder Stickstoff im Bauraum durchgeführt. Die Gegenwart von Sauerstoff beeinträchtigt hierbei nicht nur die Güte des Schweißvorgangs, sondern stellt wegen der damit einhergehenden Brand- und Explosionsgefahr auch ein hohes Sicherheitsrisiko dar. Um im Hinblick hierauf einen Sauerstoffeintrag in das System über die Filtervorrichtung auszuschließen, ist bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung eine den Filterelementwechsel ohne Eintrag von Luft in das Filtergehäuse ausführende Wechseleinrichtung vorgesehen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist das Filtergehäuse eine zur Gehäuseachse koaxiale Montageöffnung auf, an der eine ein Bestandteil der Wechseleinrichtung bildende, das jeweilige Filterelement in der Montageposition aufnehmende Umhausung mit ihrem offenen Ende unter Bildung einer Abdichtung abnehmbar anbringbar ist, aus dem heraus das jeweils einzuwechselnde Filterelement mittels des Aktors aus der Montageposition über die Montageöffnung in die Funktionsposition und das jeweils auszuwechselnde Filterelement aus der Funktionsposition in die Montageposition in der Umhausung bewegbar sind. Die Umhausung bildet so einen Wechseleinsatz, der mit einem darin befindlichen neuen Filterelement für einen Einwechselvorgang am Filtergehäuse anbringbar ist, der mittels des Aktors erfolgt. Nachdem das eingewechselte Filterelement verbraucht und mittels des Aktors wieder aus der Funktionsposition in die Montageposition verbracht ist, nimmt die Umhausung das nunmehr ausgewechselte, verbrauchte Filterelement wieder auf und kann nun durch einen weiteren Wechseleinsatz mit einem neuen Filterelement ersetzt werden.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist der Aktor eine Betätigungsstange auf, die mittels eines Linearantriebes im Filtergehäuse koaxial hin und her bewegbar ist und am freien Ende zusammen mit einem Mitnahmeteil des Filterelements eine lösbare Kupplung mit diesem bildet.
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Mit Vorteil kann eine eine kraftschlüssige Verrastung bildende Kupplung vorgesehen sein.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist an der Betätigungsstange eine in einer Radialebene verlaufende Verschlussscheibe angebracht, die bei der der Montageposition entsprechenden Axialposition der Betätigungsstange mit ihrem Umfangsrand in abdichtende Anlage mit dem Öffnungsrand der Montageöffnung des Gehäuses kommt. Bei dieser Anordnung bildet die Verschlussscheibe eine Luftschleuse, die bei der Montageposition das Filtergehäuse an der Montageöffnung gegen die Umgebungsluft abschließt. Der gesamte, bei am Filtergehäuse angebrachter Umhausung durchgeführte Filterwechsel erfolgt daher ohne Lufteintrag in das Schutzgassystem. In besonders vorteilhafter Weise vermeidet daher die Erfindung die Betriebsstörungen und Gefährdungen der Betriebssicherheit, wie sie bei Schutzgas-Schweißvorgängen bei Gegenwart von Sauerstoff auftreten.
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Mit Vorteil ist die Anordnung derart getroffen, dass das Mitnahmeteil des Filterelements die Form eines kreisrunden Schließteiles besitzt, das bei der Montageposition umfangsseitig die Abdichtung der Umhausung an deren offenem Ende bildet.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen umgibt das Filtermaterial des Filterelements hohlzylinderförmig einen inneren Filterhohlraum, der an dem vom Mitnahmeteil entfernten Ende durch eine geschlossene Endkappe abgeschlossen und an dem Mitnahmeteil benachbarten Ende über eine in der zugeordneten Endkappe befindliche zentrale Öffnung offen ist.
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Hinsichtlich der Bauweise des Filtergehäuses kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass das Filtergehäuse eine an die Montageöffnung angrenzende äußere Kammer und eine zu dieser axial versetzte innere Kammer aufweist, mit Innenwandabschnitten, die Teile des gleichen, zur Gehäuseachse konzentrischen Hohlzylinders bilden, wobei bei der Funktionsposition das Filterelement aus der Umhausung derart in das Gehäuse eingezogen ist, dass die eingeführte Endkappe umfangsseitig die Kammern am zwischen ihnen befindlichen Innenwandabschnitt gegenseitig abdichtet und mit ihrer zentralen Öffnung den inneren Filterhohlraum mit der inneren Kammer verbindet. Dadurch kann die eingezogene Endkappe bei dem bei der Funktionsposition durchgeführten Filterbetrieb die Abdichtung zwischen der Rohseite und der Reinseite des Filtergehäuses bilden.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist das Mitnahmeteil des Filterelements über Abstandshalter in einem axialen Abstand von der benachbarten Endkappe gehalten, so dass bei der Funktionsposition in der inneren Kammer ein Freiraum gebildet ist, der über die Öffnung der Endkappe mit dem inneren Filterhohlraum in Verbindung ist.
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Wenn der Rohgaseingang an der äußeren Kammer und der Reingasausgang an der inneren Kammer vorgesehen sind, ist das Filtermaterial des Filterelements von der Außenseite des in die äußere Kammer eingezogenen Filtermaterials her zum inneren Filterhohlraum hin durchströmt, der über die Öffnung der eingeführten Endkappe mit der inneren Kammer verbunden ist.
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Bei der starken Belastung des bei 3 D-Druckern anfallenden Schweißrauches mit Pulverpartikeln und der entsprechend hohen Belastung des Filtermaterials der Filterelemente ist es vorteilhaft, die im Betrieb befindlichen Filterelemente zu regenerieren, um durch längere Filterstandzeiten zwischen Wechselvorgängen die Wirtschaftlichkeit des Betriebs zu verbessern. Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, bei denen eine Regenerierung vorgesehen ist, ist die Anordnung derart getroffen, dass bei vertikaler Aufstellrichtung der Filtervorrichtung die Montageöffnung das untere Ende des Filtergehäuses bildet und dass die Umhausung bei einer Regenerierung des Filterelements anfallende und aus der Montageöffnung herausfallende Partikel aufnimmt. Dadurch sind die bei einem Regeneriervorgang anfallenden Partikel zwar außerhalb des Filtergehäuses, jedoch innerhalb eines durch die Umhausung gebildeten, abgeschlossenen und damit gegen Lufteintrag gesicherten Bereichs aufgenommen.
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Für den ohne Luftzutritt erfolgenden Austrag der Partikel aus der Umhausung ist bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung am verschließbaren und freigebbaren Endverschluss der Umhausung ein Retentatbehälter abnehmbar anbringbar, der mittels eines Ventils verschließbar ist und mit dem dicht eingeschlossenen Retentat entsorgbar ist.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung mündet der Rohgaseingang in die äußere Kammer des Filtergehäuses tangential ein, so dass durch das einströmende Gas in dieser Kammer ein Zykloneffekt erzeugt ist. Dadurch findet bereits beim normalen Filterbetrieb aufgrund der Rotation der Gasströmung eine Teil-Regenerierung statt, wobei grobe Partikel vom Filtermaterial abfallen und über die Montageöffnung aus dem Gehäuse heraus und in die Umhausung fallen.
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Für eine Regenerierung durch Rückspülen des Filterelements ist bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung ein Druckspeicher vorgesehen, der mittels eines Kompressors mit aus dem Reingasausgang kommendem Reingas aufladbar ist, wobei für einen Rückspülvorgang aus dem Druckspeicher Reingas als Spülgas über den Reingasausgang in das Filtergehäuse rückführbar ist. Der Druckimpuls des komprimierten Spülgases ermöglicht eine effektive Abreinigung der im Filtermaterial aufgenommenen feinen Partikel.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.
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Es zeigen:
- 1 in stark schematisch vereinfachter Darstellung den Fertigungsraum eines 3 D-Druckers mit in Symboldarstellung gezeigtem Schutzgaskreislauf, der mit einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung versehen ist;
- 2 einen teilweise abgebrochen dargestellten Längsschnitt des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, wobei der Betriebszustand der Funktionsposition bei Filterbetrieb dargestellt ist;
- 3 einen der 2 entsprechenden Längsschnitt, wobei der Betriebszustand der Montageposition dargestellt ist;
- 4 einen entsprechenden Längsschnitt des Ausführungsbeispiels, wobei Teile in perspektivischer Schrägansicht gezeigt und der Betriebszustand bei teilweise ausgebautem Filterelement dargestellt ist;
- 5 einen entsprechenden Längsschnitt, wobei der Betriebszustand der Montageposition bei ausgebautem Filterelement dargestellt ist;
- 6 einen gegenüber 2 bis 5 vergrößert gezeichneten Teillängsschnitt, wobei lediglich der Bereich einer lösbaren Kupplung zwischen Filterelement und einem Betätigungsteil der Wechseleinrichtung gezeigt ist;
- 7 einen gegenüber 2 bis 5 im kleineren Maßstab gezeichneten Längsschnitt mit schematisch stark vereinfacht gezeichneter, zugeordneter Rückspüleinrichtung, wobei der Betriebszustand des Aufladens eines Druckspeichers angedeutet ist;
- 8 eine der 7 entsprechende Darstellung, wobei der Betriebszustand der Rückspülung angedeutet ist; und
- 9 eine den 7 und 8 entsprechende Darstellung, wobei der Betriebszustand bei ausgebautem Filterelement dargestellt ist.
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Die 1 zeigt den Schutzgaskreislauf bei einem 3 D-Drucker, der nach dem Prinzip des selektiven Lasersinterns (abgekürzt: SLS-Verfahren) arbeitet. Dabei handelt es sich um eine Art Pulverdruck, bei dem pulverförmige, chemisch reine Metallpartikel verwendet werden, die schichtweise aufgetragen und danach mit einem Hochleistungslaser unter einer Schutzgasatmosphäre verschmolzen werden. Dadurch lassen sich Metallobjekte mit sehr hoher Präzision herstellen. Der dabei entstehende Schweißrauch oder Schweißschmauch, der zusammen mit dem Schutzgas aus dem Bauraum des Druckers abgeführt wird, ist in sehr starkem Maße mit Partikeln des Metallpulvers belastet. Dies führt zu einem Verblocken des Filtermaterials nach kurzen Betriebszeiten und damit zu häufigen Filterwechseln.
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Dem betreffenden 3 D-Drucker, von dem in 1 der Bauraum 2 lediglich schematisiert angedeutet ist, ist eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung, die mit einer Wechseleinrichtung versehen ist und daher die schnelle und sichere Auswechslung von Filterelementen ermöglicht, als Vorfilter 4 zugeordnet. Der Bauraum 2 weist in der bei derartigen Druckern üblichen Weise einen absenkbaren Drucktisch 6 auf, auf dem ein Objekt 8 dadurch gebildet wird, dass aufgetragene Pulverschichten mittels der Strahlung eines Hochleistungslasers 10 verschmolzen werden. Dies geschieht unter Atmosphäre eines Schutzgases, wie Argon oder Stickstoff, das dem Bauraum 2 über einen Schutzeingang 12 zugeführt und über einen Schutzgasausgang 14 abgeführt wird. Vom Ausgang 14 gelangt das Schutzgas zusammen mit dem beim Druckvorgang entstandenen Schweißrauch als Rohgas über eine Rohgasleitung 16 zum Rohgaseingang 18 des Filtergehäuses des Vorfilters 4. Von diesem gelangt das gefilterte Reingas über eine Reingasleitung 22 zu einem Nach- oder Feinfilter 24, dessen Ausgang über eine Saugleitung 26 zu einer Gebläsepumpe 28 führt. Diese erzeugt für den Betrieb der Filter 4 und 24 als Saugfilter einen Unterdruck.
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Beim Saugfilterbetrieb gelangt das Reingas von der Gebläsepumpe 28 über einen Gaskühler 30 und eine Rückführleitung 32 zum Schutzgaseingang 12 des Bauraums 2 zurück, nachdem das vom vorausgegangenen Schweißvorgang erhitzte Gas im Gaskühler 30 auf die gewünschte Arbeitstemperatur rückgekühlt ist. An der Rückführleitung 32 sind ein Schutzgas-Vorratsbehälter 34 sowie ein Druckbegrenzungsventil 36 angeschlossen. Dem als Überdrucksicherung des Schutzgaskreislaufs dienenden Druckbegrenzungsventil 36 ist ein Filter 38 für über das Ventil 36 entweichendes Gas nachgeschaltet.
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Die 2 bis 9 zeigen nähere Einzelheiten des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, die das Vorfilter 4 oder das Filter 24 des in 1 gezeigten Systems bildet. Die Vorrichtung weist ein Filtergehäuse 20 in Form eines würfelförmigen Blockes mit einer mit 39 bezeichneten Gehäuseachse auf. An dem in 2 bis 5 obenliegenden Ende weist das Gehäuse 20 eine zur Achse 39 konzentrische Montageöffnung 41 sowie einen axial vorstehenden Gewindering 43 auf, der, gegenüber der Montageöffnung 41 radial nach außen versetzt, aus der ebenen Endfläche 45 des Würfels vorsteht und mit Außengewinde versehen ist. Von der Montageöffnung 41 erstreckt sich der Innenraum des Gehäuses 20 in Form eines Topfes bis zu einem Boden 47, der bis auf eine zur Achse 39 koaxiale Öffnung 49 geschlossen ist, die, wie unten näher ausgeführt, eine abgedichtete Durchführung für ein Betätigungselement der Wechseleinrichtung bildet. Wie am deutlichsten aus der 5 ersichtlich ist, sind im Inneren des Topfes zwei axial zueinander versetzte Kammern gebildet, von denen die an die Montageöffnung 41 angrenzende, äußere Kammer mit 51 und eine zum Boden 47 hin versetzte, innere Kammer mit 53 bezeichnet sind. Die Kammern 51, 53 weisen jeweils zur Achse 39 koaxiale Innenwandabschnitte 55, die den gleichen Durchmessern wie die Montageöffnung 41 besitzen, sowie dazwischenliegende Innenwandabschnitte 57 mit größerem Innendurchmesser auf. An der äußeren Kammer 51 befindet sich der Rohgaseingang 18 im Bereich des erweiterten Innenwandabschnittes 57 zwischen zwei Innenwandabschnitten 55, und an der inneren Kammer 53 befindet sich seitlich der Reingasausgang 19 im Bereich des erweiterten Innenwandabschnittes 57 zwischen zwei Innenwandabschnitten 55. Der Rohgaseingang 18 ist an der Kammerwand derart angeordnet, dass das Rohgas tangential zum zugeordneten Innenwandabschnitt 57 einströmt, so dass sich in der Kammer 51 eine Gasrotation einstellt, durch die ein Zykloneffekt erzeugt wird.
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Als Bestandteil der Wechseleinrichtung ist für die ein- und auszuwechselnden Filterelemente 21 eine Umhausung 23 vorgesehen, die von einem offenen Ende 25 ausgehend ein kreiszylinderförmiges Hauptteil 27 aufweist, das in ein sich verjüngendes Endteil 29 übergeht, das einen koaxialen Endverschluss 31 aufweist, dessen Schließteil nicht dargestellt ist. Die Innenwand des Hauptteiles 27 umgibt die Außenseite des Filtermaterials 33 des Filterelements 21 in einem Abstand, so dass an der Außenseite ein Zwischenraum 35 gebildet ist. An das offene Ende 25 angrenzend bildet die Innenwand des Hauptteiles 27 einen die Weite der endseitigen Öffnung bestimmenden, kreiszylindrischen Führungsabschnitt 37, der an einer Stufe 40 endet, an der sich der Innendurchmesser des Hauptteiles 27 verringert.
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Im Führungsabschnitt 37 entspricht der Innendurchmesser demjenigen der Montageöffnung 41 sowie dem Durchmesser der Innenwandabschnitte 55 der Kammern 51 und 53 des Gehäuses 20. Die Umhausung 23 weist außenseitig an das offene Ende 25 angrenzend einen verdickten Längenabschnitt 42 auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des am Gehäuse 20 aus der Endfläche 45 vorstehenden Gewinderinges 43 entspricht. Das holzylinderförmige Filtermaterial 33 des Filterelements 21 umgibt einen inneren Filterhohlraum 44, der am in den Figuren obenliegenden Ende durch eine geschlossene Endkappe 46 abgeschlossen ist. Am unteren Ende des Filtermaterials 33 befindet sich eine Endkappe 48, die eine zentrale Öffnung 50 aufweist, die einen Durchgang zum inneren Hohlraum 44 bildet. Der Außendurchmesser der Endkappe 48 entspricht dem Innendurchmesser des Führungsabschnittes 37 der Umhausung 23, so dass die Endkappe 48 unter Bildung einer Abdichtung an dem Führungsabschnitt 37 verschiebbar geführt ist. Von der Unterseite der Endkappe 48 erstrecken sich Abstandhalter 52, die entlang des Umfangs verteilt angeordnet sind, in Axialrichtung als Verbindungselemente zu einem Mitnahmeteil 54, das im großen Ganzen die Form einer Ringscheibe besitzt, deren Außendurchmesser dem Außendurchmesser der benachbarten Endkappe 48 und damit auch dem Innendurchmesser des Führungsabschnittes 37 sowie der Innenwandabschnitte 55 des Gehäuses 20 entspricht. Der durch die Abstandhalter 52 gebildete Abstand zwischen Endkappe 48 und Mitnahmeteil 54 entspricht der axialen Länge des Innenwandabschnittes 57 der inneren Kammer 53.
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Die Wechseleinrichtung weist als Aktor eine Betätigungsstange 56 auf, die zur Achse 39 koaxial über die Öffnung 49, die im Boden 47 des Gehäuses 20 eine abgedichtete Durchführung bildet, axial mittels eines Linearantriebes 58 verschiebbar ist. Der beispielsweise als elektromotorisch betätigter Spindeltrieb oder durch eine druckmittelbetätigte Einheit gebildete Linearantrieb 58 ist lediglich in 3 in abgebrochener Darstellung angedeutet. Im Bereich des freien Endes der Betätigungsstange 56 ist an dieser eine sich in einer Radialebene erstreckende Verschlussscheibe 59 fest angebracht, deren Außendurchmesser den Durchmessern der Endkappe 48 und des Mitnahmeteils 54 und damit auch dem Innendurchmesser der Innenwandabschnitte 55 des Gehäuses 20 entspricht.
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Bei der in 3 bis 5 und 9 gezeigten, vorgeschobenen Axialposition der Betätigungsstange 56, die der Montageposition entspricht, bildet die Verschlussscheibe 59 durch abgedichtete Anlage am Innenwandabschnitt 55 der Montageöffnung 41 eine Luftschleuse, die die Montageöffnung 41 luftdicht verschließt. Über die Verschlussscheibe 59 axial vorstehend, bildet ein Kupplungskopf 60 das Ende der Betätigungsstange 56 und ein Kupplungsteil, das zusammen mit bewegbaren Riegelteilen 61 am Mitnahmeteil 54 eine Rastkupplung zwischen Betätigungsstange 56 und Filterelement 21 bildet. Um bei verrastetem Kupplungszustand, wie er in 2, 3 und 7 dargestellt ist, den Durchgriff des Kupplungskopfes 60 durch das kreisscheibenartige Mitnahmeteil 54 zur ermöglichen, jedoch einen dichten Verschluss der Kreisscheibenöffnung 66 des Mitnahmeteiles 54 zu bilden, ist auf der Oberseite des Mitnahmeteiles 54 eine hutartige Haube 62 angebracht.
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Die Ausbildung der Rastkupplung ist aus der vergrößerten Darstellung von 6 deutlicher entnehmbar, die den Zustand der Verrastung zeigt, wie er auch in 2 dargestellt ist. Wie gezeigt, weist der Kupplungskopf 60 anschließend an einen verjüngten, kreiszylindrischen Abschnitt 63 eine schräg radial nach außen verlaufende erste Schrägfläche 64 und eine sich daran anschließende, radial nach innen verlaufende äußere Schrägfläche 65 auf. Die Riegelteile 61 sind zueinander gegenüberliegend an der Kreisscheibenöffnung 66 in Radialrichtung verschiebbar geführt und durch je eine Druckfeder 74, von denen in 6 lediglich eine sichtbar ist, für eine Bewegung radial nach innen vorgespannt.
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Bei dem in 6 gezeigten Zustand bilden die Riegelteile 61 daher die Verrastung am Übergang zwischen dem kreiszylindrischen Abschnitt 63 und der inneren Schrägfläche 64 des Kupplungskopfes 60. Bei Einwirken einer Axialkraft, beispielsweise von Hand, im Sinne des Abhebens des Mitnahmeteiles 54 nach oben bildet die innere Schrägfläche 64 eine Steuerfläche, die die Riegelteile 61 gegen die Kraft der Federn 74 verschiebt, so dass die Verrastung gelöst wird. Die 4 zeigt diesen Zustand, bei dem die Kupplungsverbindung zwischen Filterelement 21 und der Betätigungsstange 56 aufgehoben ist. Umgekehrt ist die Kupplung einrastbar, wenn bei vorgeschobener Betätigungsstange 56, wie in 5 gezeigt, die Umhausung 23 an das Gehäuse 20 heran bewegt wird, so dass der Kupplungskopf 60 mit seiner äußeren Schrägfläche 65 am unteren Rand 75 der Riegelteile 75 anläuft, wodurch die Riegelteile 61 zunächst nach außen gesteuert werden und nach Überlaufen der Riegelteile 61 durch den kreiszylindrischen Abschnitt 63 durch die Federkraft wieder in den Rasteingriff von 6 kommen. Bei dieser Anordnung ist die Kupplungsverbindung dadurch einrastbar, dass bei in der Umhausung 23 in der eingefahrenen Endlage befindlichem Filterelement 21 die Betätigungsstange 56 in die in 3 gezeigte Position ausgefahren wird. Das Lösen der eingerasteten Kupplungsverbindung erfolgt bei der in 2 dargestellten, vollständig in das Filtergehäuse 20 eingezogenen Funktionsposition des Filterelements durch eine Rückziehbewegung der Betätigungsstange 56. Für ein drauffolgendes Zurückbringen des Filterelements 21 in die eingefahrene Position in der Umhausung 23 wird die Betätigungsstange 56 wieder ausgefahren, wobei der Kupplungskopf 60 das Filterelement 21 mitnimmt, ohne dass die Kupplungsverbindung wieder einrastet.
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Die 2 zeigt den Zustand des Filterbetriebes mit am Filtergehäuse 20 angebrachter Umhausung 23, die mittels einer mit dem Gewindering 43 verschraubten Überwurfmutter 77 am Gehäuse 20 gesichert ist. Das Filterelement 21 befindet sich in seiner Funktionsposition bei zurückgezogener Betätigungsstange 56. Mitnahmeteil 54 und Verschlussscheibe 59 befinden sich dabei am Boden 47 des Gehäuses 20, so dass die innere Kammer 53 sowohl mit dem Reingasausgang 19 als auch mit dem inneren Filterhohlraum 44 in Verbindung ist. Durch die Endkappe 48 ist die innere Kammer 53 jedoch von der äußeren Kammer 51 getrennt, die ihrerseits mit Rohgaseingang 18 und über die Montageöffnung 41 mit dem in der Umhausung 23 gebildeten, das Filtermaterial 33 umgebenden Zwischenraum 35 in Verbindung ist. Bei dem Filterbetrieb ist daher das Filtermaterial 33 von der Außenseite zum inneren Hohlraum 44 hin durchströmt, aus dem das Reingas über die innere Kammer 53 aus dem Reingasausgang 19 austritt.
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Nach Verbrauch des eingewechselten Filterelements 21 wird die Betätigungsstange 56 verschoben, so dass das Filterelement 21 aus der Funktionsposition von 2 in die in 3 gezeigte Montageposition gelangt. In dieser schließt die Verschlussscheibe 59 in bündiger Lage an der Montageöffnung 41 diese luftdicht ab. Bei abgenommener Überwurfmutter 77 ist daher die Umhausung 23 vom Gehäuse 20 abhebbar, wobei die Kupplungsverbindung bei Überlaufen der inneren Schrägfläche 64 am Kupplungskopf 60 gelöst wird (dieser Zustand ist in 4 dargestellt). Gleichzeitig ist die Umhausung 23 durch das Mitnahmeteil 54 luftdicht verschlossen. Die Umhausung 23 kann nun mit dem verbrauchten Filterelement 21 als Wechseleinsatz entsorgt werden. Für die Einwechslung eines neuen Filterelements 21 wird eine mit einem neuen Filterelement 21 bestückte Umhausung 23 als Wechseleinsatz aus der in 5 gezeigten Position in die in 3 gezeigte, am Gehäuse 20 anliegende Montageposition bewegt und durch Anbringen der Überwurfmutter 77 gesichert. Beim Anlegen an das Gehäuse 20 erfolgt die Verrastung wiederum durch Überlaufen der äußeren Schrägfläche 64 des Kupplungskopfes 60. Die Rückbewegung der Betätigungsstange 56 bringt zum Abschluss des Einwechselvorganges das Filterelement 21 aus der Umhausung 23 in die in 2 gezeigte Funktionsposition.
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Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung ermöglicht eine Regenerierung des im Betrieb befindlichen Filterelements 21 in zwei Stufen. Wie oben erwähnt, mündet der Rohgaseingang 18 in die Kammer 51 derart ein, dass der Rohgasstrom tangential zum Innenwandabschnitt 51 einströmt, wodurch in der Kammer 51 ein Zykloneffekt entsteht, durch den grobe, am Filtermaterial des Filterelements 21 angelagerte Schmutzpartikel abgelöst werden und in der Umhausung 23 nach unten fallen. Wie die 7 und 8 zeigen, ist am unten liegenden Endverschluss 31 der Umhausung 23 ein Retentatbehälter 81 mit seinem Behälterverschluss 82 abnehmbar am Endverschluss 31 der Umhausung 23 angebracht. Die 7 zeigt die Filtervorrichtung im Filterbetrieb, bei dem das Rohgas über den Rohgaseingang 18 einströmt und über ein geöffnetes Reingasventil 84 der Reingasleitung 22 ausströmt, wie mit Pfeilen 88 und 89 angedeutet ist. Bei geöffnetem Endverschluss 31 und geöffnetem Behälterverschluss 82 fallen daher die vom Zykloneffekt abgelösten Partikel aus der Umhausung 23 in den Retentatbehälter 81 ein. Gleichzeitig wird über eine Zweigleitung 90, die an der Reingasleitung 22 angeschlossen ist, mittels eines Kompressors 87 ein Druckspeicher 85 aufgeladen, der über ein Speicherventil 91 mit der Zweigleitung 90 und über diese mit der Reingasleitung 22 in Verbindung ist. Die 7 zeigt diesen Betriebszustand der Aufladung des Druckspeichers 85 bei geschlossenem Speicherventil 91.
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Die 8 zeigt den Betriebszustand des zweiten Schrittes der Regenerierung, bei dem ein Rückspülvorgang durch Entladen des Druckspeichers 85 durchgeführt wird, indem das komprimierte Rohgas des Druckspeichers 85 als Spülgas bei geöffnetem Speicherventil 91 und geschlossenem Reingasventil 84 über die Reingasleitung 22 und den Reingasausgang 19 in das Speichergehäuse 20 rückgeführt wird. Durch den Druckimpuls des rückgeführten Spülgases werden die im Filterelement 21 eingelagerten feinen Partikel abgereinigt und fallen, wie die durch den vorangegangenen Zykloneffekt abgelösten Grobpartikel, in die Umhausung 23 und über den geöffneten Endverschluss 31 und den geöffneten Behälterverschluss 82 in den Retentatbehälter 81.
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Die 9 zeigt in Entsprechung zu 5 den ausgebauten Zustand der Umhausung im Zuge des Filterelementwechsels, wobei, wie gezeigt, der Endverschluss 31 der Umhausung 23 geschlossen ist, die am anderen Ende durch das Mitnahmeteil 54 ebenfalls luftdicht verschlossen ist und so als Wechseleinsatz mit dem luftdicht eingeschlossenen, verbrauchten Filterelement 21 entsorgbar ist. Der Retentatbehälter 81 ist mit seinem Behälterverschluss 82 ebenfalls vor Abnahme vom Endverschluss 31 geschlossen, so dass das Retentat im Behälter 81 ebenfalls luftdicht eingeschlossen ist. Die Vorabscheidung durch Zykloneffekt ermöglicht die Reduzierung der Filtergröße. Bei der Rückspülung durch die bei der Erfindung vorgesehene Speicherladeschaltung, erfolgen die Rückspülvorgänge ohne Gasverbrauch. Mittels des Zykloneffekts werden die rückgespülten Partikel selbsttätig aus dem Filtergehäuse 20 in die Umhausung 23 und in den Retentatbehälter 81 befördert. Da der Filterwechsel sauerstofffrei erfolgt, erübrigt sich die ansonsten erforderliche aufwändige Inertisierung mit Wasser und der Wechseleinsatz kann sofort entsorgt werden. Bei einer Inertisierung des Inhalts des Retentatbehälters 81 durch Weißöl lässt sich das Retentat in einem größeren Gefäß sammeln und in größeren Zeitabständen mittels Flüssigkeitsentsorgung einfach und wirtschaftlich entsorgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206329 A1 [0002]
- DE 102015017026 [0002]
