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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinstfilterung von Fluiden, insbesondere bei der Finishbearbeitung von Werkstücken, bei der das zu filternde verunreinigte Fluid von außen nach innen durch das Filterelement strömt, mit angeordneten inneren und äußeren Stützkörper die so ausgebildet sind, dass der innere Stützkörper linien-spiralförmig mit dem Filterelement in Berührung kommt und der äußere Stützkörper mit einer radialen Entfernung zum Filterelement angeordnet ist und das Filterelement als biaxial dehnbares textiles Material ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung der technischen Mittel ermöglichen eine automatische Abreinigung der am Außenumfang des Filterelementes abgesetzten Verunreinigungen.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Reihe von Vorrichtungen bekannt, die eine Feinstfilterung von Fluid zum Ziel haben. So wird in
DE 202016 004 489 U1 ein Unterdruck- Saugfilter mit Filterkerze zur Aufbereitung von Fluiden mit einer steuerbaren Auftragseinrichtung beschrieben. Hierbei ist ein zyklisch programmier- und steuerbares Austrags- und Absetzsystem angeordnet, das der Trennung der von der Filterkerze getrennten Verunreinigungen dient. Nachteilig bei dieser Erfindung ist das Erfordernis, dass neben der Filterkerze weitere Reinigungsmodule erforderlich sind, die in ihrem funktionellen Zusammenwirken die erforderliche Filterfeinheit des Fluides gewährleisten. Der alleinige Einsatz der beschriebenen Filterkerze ist für die beschriebenen Anwendungsfälle technisch nicht möglich und nicht vorgesehen. Damit verbunden ist ein erheblicher Kostenfaktor, der sich aus den für die Erfüllung der Zielstellung notwendigen technischen Mittel ergibt. In
DE 10 2017 006 709 A1 wird eine Filteranordnung aus Filterkerzen mit Stützhülle, Montagehilfe für die Filteranordnung und zugehöriges Montageverfahren beschrieben. Die beschriebene Erfindung ist besonders für die Entstaubung industrieller Gase anwendbar. Bei dieser Erfindung ist die Stützhülle aus einem flächigen dehnbaren Material, bzw. aus einem Rundgestrick aus Drähten, ausgebildet. Mit der vorliegenden Erfindung soll insbesondere eine Stabilisierung der Filterkerze erreicht werden, auch in größeren Längen eingesetzt werden sollen. Erfindungsgemäß werden hierzu Montagehilfen unter Schutz gestellt. Die aus einem flächigen dehnbaren Material ausgebildete Stützhülle wird auf das Filterelement aufgezogen und dient gleichzeitig der Stabilisierung und mechanischen Entlastung der Filterkerze. Das Filterelement selbst ist aus anorganischen Fasern ausgebildet und wird durch die dehnbare ausgebildete Stützhülle umschlossen und somit mechanisch gefestigt. Nachteil ist bei dieser Erfindung, dass die Montage des Filters nur mit den unter Schutz gestellten Hilfsvorrichtungen erfolgen kann und mit einem erblichen technischen Aufwand verbunden ist. In
EP 3 292 982 A1 wird eine Filterkerze zur Trennung von kontaminierten Kunststoffschmelzen unter Schutz gestellt. Die Filterkerze besteht aus einem inneren und äußeren Stützkörper, wobei der Filterkörper zwischen den Stützkörpern angeordnet ist. Geeignete technische Mittel zum Zusammenfügen der Bestandteile der Filterkerze sind ebenfalls unter Schutz gestellt. Der technische Aufbau und die Anordnung der technischen Mittel entsprechen dem Stand der Technik und technische Verbesserungen sind nicht erkennbar. Eine weitere Erfindung wird in
EP 2 038 034 B1 beschrieben. Diese Erfindung betrifft eine Kerzenfiltervorrichtung für Flüssigkeiten, wobei das Filterelement aus radial angeordneten scheibenförmigen Elementen, die im Paket axial verspannt werden, besteht. Ein inneres und ein äußeres Stützelement dienen der Komplettierung der Filterkerze. Die Rückspülung erfolgt von innen nach außen, wie dies bei Kerzenfiltern üblich ist.
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Eine Vielzahl weiterer beschriebener Erfindungen bezieht sich auf eine spezielle Anordnung der technischen Mittel und der speziellen Ausgestaltung des Filterelementes für den jeweiligen Anwendungsfall. Die vorgeschlagenen und unter Schutz gestellten Mittel sind zur Realisierung der vorliegenden Aufgabenstellung nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen mit der es möglich wird, die Filterfeinheit bzw. die Porenweite des Filterelementes für die Zeitdauer der Abreinigung durch Einsatz eines biaxial dehnbaren Materials definiert zu vergrößern um somit eine effektive Abreinigung der abgesetzten Verunreinigungen bei minimalem technisch- und energetischen Aufwand zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Filterung eines Fluids ein biaxial dehnbarer Filterwerkstoff (4) mit der erforderlichen Filterfeinheit, vorzugsweise als textiles Filtermaterial ausgebildet ist und als Filter (5) eingesetzt wird und dass der Filterwerkstoff (4) die Eigenschaft besitzt, diese Dehnung reversibel auszuführen. Hierzu ist ein innerer Stützkörper (2) in einem Gehäuse (1) so angeordnet, dass dieser Stützkörper (2) von dem Filterwerkstoff (4) voll umschlossen wird. Vorzugsweise ist der innere Stützkörper (2) so ausgebildet, dass der Filterwerkstoff (4) nur linienförmig am Außenumfang anliegt. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die zur Filterung wirksame Filterfläche erheblich vergrößert wird. Im Rückspülprozess, in Fluidrichtung (14), wirkt der Rückspüldruck des noch im Inneren der Filterkerze vorhandenen Fluids von innen gegen den Filterwerkstoff (4) und dehnt diesen so auf (12), bis dieser am Stützkörper (3) anliegt. Damit tritt eine Vergrößerung der Porenweite ein und die abgesetzten Verunreinigungen werden durch die Poren nach außen gedrückt und über das Gehäuse (1) und einer Öffnung (9) mit dem Spüldruck abgeführt. Zur Begrenzung der Aufdehnung des Filterwerkstoffes (4) ist weiterhin ein äußerer Stützkörper (3) angeordnet. Durch die Umkehr der Strömungsrichtung des Fluids in Filterwirkung (13) von außen nach innen und der reversiblen Eigenschaft des Filterwerkstoffes (4), wird die Ausgangslage des Filterwerkstoffes (4) wieder eingenommen und der Filterwerkstoff (4) legt sich wieder an den inneren Stützkörper (2) an. Um eine sichere Wirkverbindung der Inneren Stützstruktur (2) mit dem Filterwerkstoff (4) zu erreichen und um den wirkenden Fluiddrücken entgegen zu wirken, ist eine Bodenplatte (7) sowie ein Deckplatte(6) angeordnet, an der die innere Stützstruktur (4), die äußere Stützstruktur (3) und der Filterwerkstoff (4) angeordnet sind. Durch die vorzugsweise als Feder ausgebildete innere Stützstruktur (2) wird eine kraftschlüssige Wirkverbindung mit dem Gehäuse (1) erreicht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der erfinderischen Gedanken besteht darin, dass die Bodenplatte (7) und die Deckplatte (6) einstückig mit dem Gehäuse (1) und lösbar untereinander, ausgebildet sind. Vorteilhaft ist es weiterhin möglich, die Deckplatte (6) oder die Bodenplatte (7) so auszubilden, Dies bewirkt, dass der Filter (5), bestehend aus dem Stützkörper (2) und dem Filterwerkstoff (4), axial partiell zusammendrückt werden und dadurch sich die Porenweite des Filterwerkstoffes (4) zusätzlich vergrößert. Um diesen Effekt zur Wirkung zu bringen, sind im Gehäuse (1) oder in der Deckplatte (6) bzw. der Bodenplatte (7) entsprechende Fluidführungskanäle (8) sowie entsprechende Öffnungen (10) angeordnet. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, an der Deckplatte (6) und/ oder der Bodenplatte (7) einen Dichtring (11) so anzuordnen, dass ein Abdichten der Deckplatte (6) gegenüber dem Gehäuse (1) erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Unterstützung des Abreinigungsprozesses der für die Abreinigung geschaltete Fluidstrom direkt oder impulsartig zur Wirkung gebracht. Damit wird erreicht, dass zusätzliche Kräfte zum Lösen der am Filter (5) abgesetzten Verunreinigungen wirken und somit, in Wirkverbindung mit der Aufweitung der Poren des Filterwerkstoffes (4) ein Lösen der abgesetzten Verunreinigungen unterstützt wird. Ebenfalls ist es möglich, zusätzlich oder getrennt Mikroschwingungen auf den Filter (5) so zu übertragen bzw. zur Wirkung zu bringen, dass ein zusätzlicher Ablöseeffekt der Verunreinigungen erzielt wird. Hierzu ist ein Schwingungserzeuger am Gehäuse angeordnet. Die genannten Wirkmechanismen können einzeln oder in Kombination untereinander während des Reinigungsprozesses zur Wirkung gebracht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind mehrere Filterkerzen mit den erfinderischen Merkmalen zu einem gemeinsamen Filtermodul in einem Gehäuse vereinigt. Die Fluidströmung 13 wird hierbei parallel geschaltet zur Wirkung gebracht. Hierzu werden die Filterkerzen an einer im einen gemeinsamen Gehäuse 15 angeordneten Trennplatte 16 befestigt. Vorzugsweise erfolgt über eine angeordnete Bodenplatte 17 die Fluidzufuhr in Filterrichtung 13. sowie die Abführung der Verunreinigungen über eine oder mehrere, vorzugsweise ebenfalls in der Bodenplatte 17 angeordneten, Öffnung 18. Im Filterprozess sind diese Öffnungen18 verschlossen. Das Gehäuse 15 ist so ausgebildet, dass sich oberhalb zwischen dem Gehäuse 15 und der Trennplatte 16 ein Zwischenraum 19 bildet. Dieser Zwischenraum 19 dient als zusätzliches Fluidreservoir, gefüllt mit gereinigtem Fluid, und vergrößert somit das für den Abreinigungsprozess zur Verfügung stehende Fluidvolumen.
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Das Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Feinstfilterung von Fluiden, insbesondere von Kühlschmierstoffen, an Bearbeitungsmaschinen zur Finishbearbeitung von Werkstücken.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Hierzu zeigen:
- 1: Schematische Darstellung Vorrichtung im Filtrierprozess
- 2: Schematische Darstellung der Vorrichtung im Abreinigungsprozess
- 3: Schematische Darstellung der beweglich angeordneten Deckplatte im Filtrierprozess
- 4: Schematische Darstellung der beweglich angeordneten Deckplatte im Abreinigungsprozess
- 5: Schematische Darstellung der Anordnung mehrerer Filter zu einem Modul
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In 1 ist die Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Filtrierprozess mit ihren Hauptelementen dargestellt. In einem Gehäuse 1 sind der Filter 5 mit dem Filterwerkstoff 4, der vorzugsweise aus einem biaxial dehnbaren Textil ausgebildet ist, der Stützkörper 2, der vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildet ist, der Stützkörper 3, der vorzugsweise ebenfalls als Spiralfeder ausgebildet ist, sowie die Deckplatte 6 und die Bodenplatte 7 angeordnet. Für die Abführung der Verunreinigungen sind im Gehäuse 1 und in der Bodenplatte 7 ein oder mehrere Öffnungen 9 so angeordnet, dass der Austrag der Verunreinigungen erfolgen kann. Für den Filtrierprozess verläuft die Strömung in Fluidrichtung 13. Hierbei liegt der Filterwerkstoff 4 am Stützkörper 2 an.
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2 zeigt den Filter 5 um Abreinigungsprozess. Hierzu wird die Strömungsrichtung des Fluidstromes (13) umgeschaltet und von innen nach außen zur Wirkung gebracht (14). Mit der noch im Innenbereich des Filters 5 befindlichen Fluids und vorzugsweise auf pneumatischem Wege erfolgt das Ausspülen des Filterwerkstoffes 4 wobei zur Unterstützung des Austrags der Verunreinigungen sich der Filterwerkstoff 4 ausdehnt, sich vom Stützkörper 2 abhebt, bis zum Stützkörper 3 gedehnt wird und die geometrische Form im Reinigungsprozess (12) annimmt. Hierzu ist der Stützkörper 3 in einer definierten radialen Entfernung zum Stützkörper 2 angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass sich die Poren des Filterwerkstoffes 4 vergrößern und die Verunreinigungen ausgespült und über die Öffnung 9 ausgetragen werden. Besonders vorteilhaft ist es, den hierzu erforderlichen Spüldruck des Fluids und vorzugsweise mit Unterstützung von Druckluft, impulsartig zur Wirkung zu bringen. Damit wird der Austrag der Verunreinigungen zusätzlich unterstützt. Bei der vorteilhaften Gestaltung ist der Stützkörper 2 und oder 3 als Feder, vorzugsweise als Druckfeder ausgebildet, liegt der Filterwerkstoff 4 an einer spiralförmig ausgebildeten Linie am Stützkörper 2 an und damit wird die für die Filterung des Fluids zur Verfügung stehende Filterfläche erheblich vergrößert.
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In 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit axial beweglich angeordneter Deckplatte 2 dargestellt. Um den erfindungsgemäßen Gedanken zur Wirkung zu bringen, ist in der Deckplatte 6 eine Öffnung 10 angeordnet, wobei diese Öffnung 10 vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildet ist. Im Filterprozess strömt das Fluid in Strömungsrichtung 13 und drückt der Stützkörper 2 die Deckplatte 6 an das Gehäuse 1. Der Filterwerkstoff 4 liegt am Stützkörper 2 linienförmig an.
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4 zeigt die Stellung der Deckplatte 6 während des Reinigungsprozesses. Hierzu wird der Spülvorgang eingeleitet und das Fluid strömt in Fluidrichtung 14. Über eine Führungskanal 8, der im Bereich oberhalb der Deckplatte 6 angeordnet ist, strömt das Fluid in den Bereich oberhalb der Deckplatte 6 und bewegt diese durch den Fluiddruck gegen den Stützkörper 2 und drückt diesen gemeinsam mit dem Filterwerkstoff 4 nach unten. Der Filterwerkstoff 4 wird vom Stützkörper 2 abgehoben und in seiner Ausdehnung durch den Stützkörper 3 begrenzt. Der impulsartig gesteuerte Spüldruck erzeugt eine definierte Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Deckplatte 6 und bewirkt eine Lockerung der abgesetzten Verunreinigungen. Vorteilhaft ist es hierbei, zur Abdichtung der Deckplatte 6 gegenüber dem Gehäuse 1 einen Dichtring 11 anzuordnen. Diese Bewegung wird durch die integrierte Federkraft des als Feder ausgebildeten Stützkörpers 2 gewährleistet. Vorteilhaft ist hierbei, den Stützkörper 3 ebenfalls federwirksam auszubilden.
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In 5 ist die Anordnung mehrerer Filterkerzen, mit den erfinderischen Merkmalen, zu einem Filtermodul zusammengefasst, dargestellt. In einem gemeinsamen Gehäuse 15 sind mehrerer Filterkerzen an einer gemeinsamen Trennplatte 16, dichtend gegenüber dem Innenraum des Gehäuses, angeordnet. Vorzugsweise erfolgt über eine angeordnete Bodenplatte 17 die Fluidzufuhr in Filterrichtung 13. Darüber hinaus sind geeignete Öffnungen 18 so angeordnet, dass im Abreinigungsprozess mit der Fluidrichtung 14 der Austrag der Verunreinigungen erfolgen kann, wobei diese Öffnung 18 für den Filterprozess verschlossen sind. Das Gehäuse 15 ist so ausgebildet, dass sich oberhalb ein zwischen dem Gehäuse 15 und der Trennplatte 16 ein Zwischenraum 19 bildet. Dieser Zwischenraum 19 dient als zusätzliches Fluidreservoir, gefüllt mit gereinigtem Fluid, und vergrößert somit das für den Abreinigungsprozess zur Verfügung stehende Fluidvolumen. Dieses Fluidvolumen wird für den Abreinigungsprozess aus dem Gehäuse 15, vorzugsweise mit Unterstützung von Druckluft, gedrückt und der Austrag der Verunreinigungen erfolgt über die Öffnung 18.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Stützkörper
- 3
- Stützkörper
- 4
- Filterwerkstoff
- 5
- Filter
- 6
- Deckplatte
- 7
- Bodenplatte
- 8
- Führungskanal
- 9
- Öffnung
- 10
- Öffnung
- 11
- Dichtring
- 12
- Filterwerkstoff im Reinigungsprozess
- 13
- Fluidrichtung zum Filtern
- 14
- Fluidrichtung zum Abreinigen der Verunreinigungen
- 15
- Gehäuse
- 16
- Trennplatte
- 17
- Boden
- 18
- Öffnung
- 19
- Zwischenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202016004489 U1 [0002]
- DE 102017006709 A1 [0002]
- EP 3292982 A1 [0002]
- EP 2038034 B1 [0002]
