Anmelder: Sartorius AG
"Modulares Filtergehäuse"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein modulares Filtergehäuse sowie einen Satz von Filtergehäusen.
Im Bereich der Filtertechnik werden verschiedenartige Filtermodule eingesetzt, welche innerhalb eines Filtergehäuses angeordnet sind. Solche Filtermodule sind beispielsweise Wickelmodule für eine Crossflow-Filtration. Derartige Filtermodule werden in unterschiedlichen Dimensionen und insbesondere auch in unterschiedlichen Längen angeboten, um je nach gewünschtem Einsatzzweck eine bestimmte Filterfläche zur Verfügung stellen zu können. Für die unterschiedlich langen Filtermodule müssen jeweils auch passende Filtergehäuse bereitgestellt werden. Es ist somit erforderlich, für jede Länge von Filtermodul eine individuell hergestelltes Filtergehäuse bereitzuhalten. Dies führt zu erhöhten Kosten in der Herstellung eines Filtersystems und beschränkt ferner die Einsatzmöglichkeiten eines bestimmten Filtersystems, bestehend aus Filtergehäuse und Filtermodul.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Filtergehäuse sowie einen Satz von Filtergehäusen zu schaffen, welche universell einsetzbar sind für unterschiedlich lange Filtermodule.
Diese Aufgabe wird durch ein Filtergehäuse mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch einen Satz von Filtergehäusen mit den im Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Filtergehäuse ist modular aufgebaut. Es weist zwei Endkappen und einen Satz von rohrförmigen Zwischenstücken auf, welche zwischen den beiden Endkappen angeordnet werden können. Die rohrförmigen Zwischenstücke weisen zwei einander entgegengesetzte offene Stirnseiten auf und werden
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so angeordnet, daß die Endkappen oder angrenzende Zwischenstücke jeweils an eine offene Stirnseite angesetzt werden. Dabei kann je nach gewünschter Länge des Filtergehäuses eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenstücken zwischen den beiden Endkappen angeordnet werden. Es können somit Filtergehäuse unterschiedlicher Länge geschaffen werden, wobei die Längenabstufung abhängig von der Länge der Zwischenstücke ist. Die Länge der Zwischenstücke wird vorzugsweise so gewählt, daß die zu erreichenden Längenabstufungen des Filtergehäuses den Längenabstufungen der verfügbaren Filtermodule entsprechen, welche in das Filtergehäuse eingesetzt werden sollen. Es ist auch denkbar, unterschiedlich lange Zwischenstücke vorzusehen, um eine größere Anzahl möglicher Längenabstufungen des Filtergehäuses zu schaffen. Die Zwischenstücke sind untereinander und mit den Endkappen dichtend verbunden, so daß ein nach außen abgedichtetes Filtergehäuse geschaffen wird, welches in seinem Inneren einen abgeschlossenen Hohlraum zur Aufnahme eines Filtermoduls aufweist.
Vorzugsweise sind zwischen den Endkappen zumindest zwei Zwischenstücke angeordnet. Durch eine kürzere Länge der einzelnen Zwischenstücke kann eine feinere Abstufung der zu erreichenden Längen des Filtergehäuses erreicht werden.
Bevorzugt sind in zumindest einer Endkappe Anschlußöffnungen ausgebildet. Die Anschlußöffnungen dienen zur Zu- und Abfuhr der zu filtrierenden Medien in das Innere des Filtergehäuses. Vorzugsweise sind zumindest drei Öffnungen vorgesehen, nämlich eine Retentat-Öffnung, eine Permeat-Öffnung und eine Filtrat-Öffnung. Die Öffnungen können alle in einer Endkappe angeordnet oder auch auf beide Endkappen in unterschiedlicher Anordnung verteilt sein. Die Anschlußöffnungen weisen vorzugsweise Anschlußstücke auf, so daß sie mit Schläuchen und/oder Rohrleitungen verbindbar sind.
Vorzugsweise sind die Zwischenstücke identisch ausgebildet. Dies reduziert die Herstellungskosten des Filtergehäuses und erhöht die Variabilität des Gehäuses. So muß nur eine Art von Zwischenstück gefertigt werden. Derartige Zwischenstücke können dann in unterschiedlicher Anzahl zwischen den beiden Endkappen angeordnet werden, um Filtergehäuse von verschiedener Länge bereitstellen zu können.
An den Schnittstellen zwischen den einzelnen Zwischenstücken und/oder zwischen den Zwischenstücken und den Endkappen sind vorzugsweise Dichtungen, insbesondere O-Ringe vorgesehen. Diese Dichtungen garantieren eine dichte Verbindung zwischen den Zwischenstücken untereinander sowie zwischen den Zwischenstücken und den Endkappen, so daß ein dicht geschlossenes Filtergehäuse geschaffen wird. Zur besseren Einpassung der Dichtungen können in den Schnittstellen Nuten beispielsweise zur Aufnahme von O-Ringen ausgebildet sein.
Weiter bevorzugt sind an den Zwischenstücken und den Endkappen Steckverbindungen zum Verbinden von Zwischenstücken und Endkappen vorgesehen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht ein einfaches Zusammensetzen des Filtergehäuses, da die unterschiedlichen Bauteile, d.h. Endkappen und Zwischenstücke einfach zusammengesteckt werden können. Um den gewünschten Abstand zwischen den Endkappen, d.h. eine gewünschte Länge des Filtergehäuses zu erreichen, wird einfach die erforderliche Anzahl von Zwischenstücken zusammengesteckt und zwischen den Endkappen angeordnet.
Vorzugsweise sind die Steckverbindungen lösbar ausgebildet, so daß das Filtergehäuse leicht wieder auseinander genommen werden kann. Dies ermöglicht eine leichte Umrüstung des Filtergehäuses auf unterschiedliche Längen von Filtermodulen. So kann ein und dasselbe Filtergehäuse je nach Anzahl der eingesetzten Zwischenstücke für unterschiedlich lange Filtermodule verwendet werden.
Bevorzugt ist an einer Seite der Zwischenstücke jeweils ein Eingriffsvorsprung und an der entgegengesetzten Seite jeweils eine korrespondierende Aufnahme ausgebildet und die eine Endkappe weist eine entsprechende Aufnahme und die andere Endkappe einen entsprechenden Eingriffsvorsprung auf. Die Aufnahme ist vorzugsweise in Form einer Ausnehmung ausgebildet, in die der Eingriffsvorsprung zum Verbinden der Zwischenstücke bzw. Endkappen eingreift. Die Aufnahmen an den einzelnen Bauteilen sind vorzugsweise identisch ausgebildet und die Eingriffsvorsprünge an den Bauteilen weisen ebenfalls eine identische Ausgestaltung auf. Dies ermöglicht, daß die Zwischenstücke und Endkappen sehr variabel in unterschiedlicher Anzahl zusammengesteckt werden können. Beispielswei-
se können auch die beiden Endkappen direkt ineinander gesteckt werden, um ein äußerst kurzes Filtergehäuse auszubilden. Ferner muß beim Zusammensetzen nicht darauf geachtet werden, welche Bauteile miteinander verbunden werden, da alle Bauteile untereinander verbindbar sind. Die Verbindungen zwischen den Zwischenstücken untereinander sowie zwischen den Zwischenstücken und Endkappen können durch Verschweißen und/oder Verkleben ausgebildet werden. Auf diese Weise können eine dauerhaft dichtende Verbindungen zwischen den einzelnen Bauteilen geschaffen werden. Ferner wird eine äußerst stabile Verbindung zwischen den Bauteilen erreicht.
Weiter bevorzugt können zusätzlich Befestigungselemente zum Verbinden der Zwischenstücke und der Endkappen vorgesehen sein. Derartige Befestigungselemente können beispielsweise Schrauben oder Spannelemente sein, welche die zusammengesetzten Endkappen und Zwischenstücke fest miteinander verbinden bzw. verspannen. Vorzugsweise werden dabei die beiden Endkappen miteinander verspannt, wobei die zwischengelagerten Zwischenstücke fest zwischen den Endkappen eingeklemmt bzw. fixiert werden.
Dazu können die Endkappen und die Zwischenstücke bevorzugt zumindest eine sich in Längsrichtung des Filtergehäuses erstreckende Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Spannelementes aufweisen. Durch die Bohrung kann ein Spannelement, beispielsweise eine Spannschraube eingesetzt werden, welche an den Außenseiten der Endkappen festgezogen bzw. gespannt wird. Vorzugsweise sind zwei Durchgangsbohrungen an entgegengesetzten Seiten der Endkappen und der Zwischenstücke vorgesehen, so daß eine symmetrische Krafteinleitung beim Verspannen gewährleistet werden kann. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Zwischenstücke und Endkappen entlang ihrer Verbindungsstellen gleichmäßig fest aneinander anliegen.
Ein erfindungsgemäßer Satz von Filtergehäusen umfaßt mehrere Filtergehäuse gemäß der vorangehender Beschreibung. Bevorzugt umfaßt der Satz zumindest zwei Filtergehäuse mit einer unterschiedlichen Anzahl von eingesetzten Zwischenstücken. Der Satz weist somit zumindest zwei unterschiedlich lange Filtergehäuse auf. Beispielsweise kann ein Filtergehäuse zwei Zwischenstücke und ein
anderes Filtergehäuse drei Zwischenstücke aufweisen. Es sind jedoch auch beliebige andere Kombinationen und Anzahlen von Zwischenstücken möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand beiliegender Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Filtergehäuse mit einem Zwischenstück,
Fig. 2 das erfindungsgemäße Filtergehäuse mit zwei Zwischenstücken,
Fig. 3 die Stirnseite einer ersten Endkappe, und
Fig. 4 die Stirnseite einer zweiten Endkappe.
Das in Fig. 1 gezeigte Filtergehäuse weist zwei Endkappen 2 und 4 sowie ein Zwischenstück 6 auf. Die Endkappen 2 und 4 sind topfförmig ausgebildet, d.h. sie weisen einen zylindrischen Mantel auf, welcher an einer Stirnseite 8 verschlossen ist. Die entgegengesetzten Stirnseiten 10 und 12 der Endkappen 2 und 4 sind offen ausgebildet, so daß die in den Endkappen 2 und 4 ausgebildeten Hohlräume 14 zu diesen Stirnseiten 10 und 12 hin geöffnet sind. Die Stirnseite 10 der Endkappe 2 ist derart ausgebildet, daß sie einen Eingriffsvorsprung 16 aufweist. Die Stirnseite 12 der zweiten Endkappe 4 ist korrespondierend ausgebildet, indem sie eine Aufnahme 18 in Form einer Vertiefung aufweist, in die der Eingriffsvorsprung 16 der ersten Endkappe 2 eingreifen kann. Auf dieses Weise könnten auch die beiden Endkappen 2 und 4 direkt miteinander verbunden werden, um ein sehr kurzes Filtergehäuse zu bilden.
Das Zwischenstück 6 ist rohrförmig ausgebildet und weist einen zylindrischen Mantel auf, welcher einen Querschnitt aufweist, der im wesentlichen dem Querschnitt der Endkappen 2 und 4 entspricht. In seinem Inneren weist das Zwischenstück 6 einen durchgehenden Hohlraum 20 auf, der an den entgegengesetzten Stirnseiten, die den Endkappen 2 und 4 zugewandt sind, geöffnet ist. Dieser Hohlraum 20 bildet gemeinsam mit den Hohlräumen 14 in den Endkappen 2, 4 den Innenraum des Filtergehäuses, in dem ein Filtermodul angeordnet werden kann. Die erste Stirnseite 22 des Zwischenstückes 6 ist entsprechend der Stirnseite 10 der ersten Endkappe 2 ausgebildet. Die Stirnseite 22 weist ebenfalls einen Eingriffsvorsprung 16 auf, welcher in die Ausnehmung bzw. Aufnahme 18 an der Stirnseite 12 der zweiten Endkappe 4 eingreifen kann. Die entgegengesetzte
Stirnseite 24 des Zwischenstückes 6 weist eine Aufnahme 18 auf, welche in ihrer Ausgestaltung der Aufnahme 18 an der zweiten Endkappe 4 entspricht. Dies Aufnahme 18 kann mit dem Eingriffsvorsprung 16 an der ersten Endkappe 2 in Eingriff treten. Somit kann das Zwischenstück 6 zwischen den beiden Endkappen 2 und 4 angeordnet werden, wobei es mit diesen in Eingriff tritt, um ein geschlossenes Filtergehäuse zu bilden.
Die Endkappen 2 und 4 weisen in ihren verschlossenen Stirnseiten 8 Anschlußöffnungen 26 auf, die dazu dienen, ein Retentat in das Filtergehäuse einzuleiten und ein Filtrat und ein Permeat aus dem Filtergehäuse abzuleiten. Dabei können die Anschlußöffnungen 26 an den Außenseiten der Endkappen 2, 4 Anschlußstücke (hier nicht gezeigt) aufweisen, um mit Schlauch- und/oder Rohrleitungen verbunden zu werden. Alternativ können diese direkt in die Anschlußöffnungen 26 eingesteckt, -geschraubt und/oder -geklebt werden oder an diese angeschweißt werden. Im inneren der Endkappen 2 und 4 können die Anschlußöffnungen 26 so ausgestaltet sein, daß sie Verbindungsstücke aufweisen, welche mit entsprechenden Anschlußelementen, z.B. Öffnungen an einem einzusetzenden Filtermodul in Eingriff treten können. In dem hier gezeigten Beispiel sind jeweils zwei Anschlußöffnungen 26 in jeder Endkappen 2 und 4 ausgebildet. Alternativ können die Anschlußöffnungen auch anders auf die beiden Endkappen 2 und 4 aufgeteilt werden, beispielsweise können sämtliche Anschlußöffnungen an einer Endkappe vorgesehen sein.
Zusätzlich erstrecken sich durch die Endkappen 2, 4 und das Zwischenstück 6 parallel zu zwei entgegengesetzten Endseiten Durchgangsböhrungen bzw. Durchgangslöcher 28. In diese Durchgangslöcher 28 können Spannelemente, beispielsweise Schrauben eingesetzt werden, welche die beiden Endkappen 2, 4 gegeneinander verspannen und dabei das Zwischenstück 6 zwischen den beiden Endkappen 2, 4 einklemmen.
Sowohl die Endkappen 2, 4 als auch das Zwischenstück 6 sind vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise als Spritzgußteile gefertigt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der einzelnen Bauteile. In Fig. 1 ist nur ein Zwischenstück 6 zwischen den beiden Endkappen 2, 4 angeordnet. Es ist jedoch auch
möglich, gar kein Zwischenstück 6 zwischen den beiden Endkappen 2, 4 anzuordnen oder eine größere Anzahl von Zwischenstücken vorzusehen. Auf diese Weise kann die Länge des Filtergehäuses variiert werden, um unterschiedlich lange Filtermodule aufnehmen zu können. Dabei sind die Zwischenstücke bevorzugt alle identisch ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung des Filtergehäuses, da aus einer kleinen Anzahl von Standardteilen eine Vielzahl unterschiedlich langer Filtergehäuse zusammengebaut werden kann. Ferner besteht die Möglichkeit, daß Filtergehäuse leicht auf eine andere Länge eines einzusetzenden Filtermoduls umzurüsten, indem eine größere Anzahl von Zwischenstükken eingesetzt wird oder Zwischenstücke aus dem Filtergehäuse entnommen werden.
Fig. 2 zeigt ein Filtergehäuse mit zwei Zwischenstücken 6. Die Zwischenstücke 6 entsprechen dem anhand von Fig. 1 erläuterten Zwischenstück 6. Die beiden Endkappen 2 und 4 sind identisch zu den anhand von Fig. 1 erläuterten Endkappen. Durch die identische Ausbildung der Aufnahmen 18 und der Eingriffvorsprünge 16 an den Zwischenstücken 6 und Endkappen 2, 4 und dadurch, daß an jedem Zwischenstück 6 jeweils ein Eingriffvorsprung 16 und an der entgegengesetzten Seite eine Aufnahme 18 ausgebildet ist, kann eine beliebige Anzahl von Zwischenstücken 6 zwischen die Endkappen 2 und 4 eingesetzt werden. Es ist somit auch möglich, noch mehr als zwei Zwischenstücke zwischen den Endkappen 2 und 4 anzuordnen, um noch längere Filtermodule in dem Gehäuse aufnehmen zu können.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite 10 der Endkappe 2 in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 und 2. In ihrem Inneren weist die Endkappe 2 einen Hohlraum 14 auf, der zur Stirnseite 10 hin geöffnet ist. In dem Boden 8, d.h. der verschlossenen Stirnseite 8 sind zwei Anschlußöffnungen 26 ausgebildet. Die Anschlußöffnungen 26 können mit den Zu- und Ablauföffnungen eines einzusetzenden Filtermoduls verbunden werden. Auf der Stirnseite bzw. Stirnfläche 10 ist eine O-Ringnut30 ausgebildet, welche konzentrisch zu dem Rand des Hohlraums 14 verläuft. In die O-Ringnut 30 kann in bekannter Weise ein O-Ring eingelegt werden, um die Stirnfläche 10 gegenüber der angrenzenden Stirnfläche 12 oder 24 der zweiten Endkappe 4 bzw. eines Zwischenstückes 6 abzudichten. Am äußeren
Umfang weist die Endkappe 2 einen Absatz bzw. eine Stufe 32 auf. Diese Stufe 32 umgibt bzw. definiert den Eingriffsvorsprung 16. An zwei entgegengesetzten Seitenbereichen der Endkappe 2 sind die Durchgangsbohrungen 28 zur Aufnahme einer Spannschraube bzw. eines Spannelementes ausgebildet.
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Entsprechend zu der in Fig. 3 gezeigten Stirnseite 10 der Endkappe 2 ist die Stirnseite 22 des Zwischenstückes 6 ausgebildet. Dabei weist der Hohlraum 20 des Zwischenstückes 6 im wesentlichen denselben Querschnitt auf wie der Hohlraum 14 in der Endkappe 2. Auf diese Weise kann durch die Hohlräume 14 und 20 ein durchgehender Innenraum des Filtergehäuses gebildet werden, in den ein Filtermodul eingesetzt werden kann. Die Draufsicht auf die Stirnseite 22 eines Zwischenstückes 6 würde somit der Draufsicht auf die Stirnseite 10 entsprechen, mit dem einzigen Unterschied, daß das Zwischenstück 6 keinen Boden 8 aufweist, vielmehr ist hier der Hohlraum 20 zu beiden Stirnseiten 22 und 24 hin geöffnet.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite 12 der zweiten Endkappe 4 in Richtung des Pfeils D in Fig. 1 und Fig. 2. Die Endkappe 4 weist im Inneren einen Hohlraum 14 auf, welcher zur Stirnseite 12 hin geöffnet ist. Der Querschnitt des Hohlraums 14 der Endkappe 4 entspricht dem Querschnitt des Hohlraumes 14 in der Endkappe 2 sowie des Hohlraums 20 im Zwischenstück 6. Die Endkappe 4 weist ebenfalls eine verschlossene Stirnseite bzw. einen Boden 8 auf, in dem Anschlußöffnungen 26 ausgebildet sind. An dem äußeren Umfang der Stirnseite 12 ist ein im wesentlichen normal zu dieser vorstehender Rand 34 ausgebildet, welche die Aufnahme 18 bildet bzw. einschließt. Die Aufnahme 18 weist eine Form auf, welche im wesentlichen der äußeren Kontur des Eingriffsvors'prungs 16 entspricht, so daß dieser in die Ausnehmung bzw. Aufnahme 18 eingreifen kann. Der übrige Bereich der Stirnfläche 12 ist im wesentlichen plan ausgebildet, so daß ein O-Ring, welche in die O-Ringnut 30 eingelegt ist, mit dieser dichtend in Kontakt kommt.
Die äußere Form der Endkappen 2 und 4 entspricht im wesentlichen der äußeren Form der Zwischenstücke 6, so daß diese im zusammengesetzten Zustand ein nach außen hin glattes Filtergehäuse mit konstantem Querschnitt bilden, in der Endkappe 4 sind ebenfalls Durchgangsbohrungen 28 an entsprechenden Positio-
nen zu den Durchgangslöchern 28 in der Endkappe 2 und den Zwischenstücken 6 ausgebildet, so daß durchgehende Spannelemente bzw. Spannschrauben eingesetzt werden können. Diese Spannelemente erstrecken sich dann durch die beiden Endkappen und die dazwischenliegenden Zwischenstücke.
Das in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Filtergehäuse weist einen flachen Querschnitt mit einem im wesentlichen ovalen bzw. flachen Hohlraum 14, 20 auf. Das erfindungsgemäße Konzept des modularen Filtergehäuses läßt sich jedoch auch auf anders geformte Filtergehäuse, beispielsweise Filtergehäuse mit im wesentlichen quadratischen oder runden Querschnitt anwenden, je nach Art des verwendeten Filtermoduls.
Bezugszeichenliste
2,4 |
Endkappen |
6 |
Zwischenstück |
8 |
Stirnseite bzw. Boden |
20 10, 12 |
Stirnfläche |
14 |
Hohlraum |
16 |
Eingriffsvorsprung |
18 |
Aufnahme |
20 |
Hohlraum |
25 22,24 |
Stirnseiten |
26 |
Anschlußöffnung |
28 |
Durchgangsloch |
30 |
O-Ringnut |
32 |
Absatz |
30 34 |
Rand |