DE2418793A1

DE2418793A1 - Filteranordnung

Info

Publication number: DE2418793A1
Application number: DE2418793A
Authority: DE
Inventors: David B Pall
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1973-05-21
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1974-12-19
Also published as: FR2230390B1; FR2230390A1; GB1467347A; DE2418793C2; JPS5019059A; AU6890374A; BE815346A; JPS5442103B2; CA1020470A; US4170556A

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dip!.-lng. G. DAN N EN BERG ■ Dr. P. WE! N HOLD · Dr. D. GUDEL

281134 β FRANKFURTAM MAIN

TE -F (0 11 ₂₀ GR.ESCHENHEIMER STRASSE39

17.4.1974
Gu/gm

Pail'Corporation

Glen Cove, New York, USA

Filteranordnung Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung.

Das lecksichere Einpassen von in Baukastenweise hergestellten Filterelementen und/oder das Einpassen von derartigen Filterelementen' in eine mit erhöhten Temperaturen betriebene Filteranordnung, insbesondere mit korrodierten Flüssigkeiten,stellt ein ernsthaftes Problem dar. Normalerweise wird ein dehnbares Dichtelement, beispielsweise ein O-Ring oder ein V-Ring zum Dichten des Filterelements gegen den Filter umgehende Lecks verwendet. Die Art und Weise bzw. Stärke, mit der ein fluides Medium das Dichtelement angreift erhöht sich rapide mit dem Ansteigen der Temperatur. Viele für Dichtelemente verwendete Materialien sind dehnbar, und deren Dehnbarkeit und Lebensdauer verkürzen sich bei erhöhten Temperaturen, während bei niedrigen Temperaturen die Lebensdauer höher ist. Mit dem Abnehmen der Dehnbarkeit des Dichtelementes nimmt gleichzeitig dessen Fähigkeit ab, eine lecksichere Dichtung bei hohen fluiden Drücken während des Betriebs auszubilden.

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und Über der Dichtung treten Lecke auf, die ein Ausströmen von nichtfiltrierter Flüssigkeit bzw. Gas in den filtrierten fluiden Strom zu Folge haben.

Es wurden Metall~an-Metall-Dichtungen vorgeschlagen, bei denen Dicht elemente mit Metallflächen verwendet wurden, wie beispielsweise der V-Ring nach der US-PS 3,093,581, Derartige Dichtelemente besitzen jedoch im Vergleich zu Kautschuk- und Kunststoff elementen eine geringe Dehnbarkeit, und seD.bst die Anwendung eines dehnbaren Kerns ermöglicht es nicht, unter alleriUmständen eine lecksichere Dichtung auszubilden. Mit dem Altern der Metallflächen verringert sich weiterhin deren Federkraft. Diese Art Dichtung erfordert die Anwendung einer starken, konstanten achsialen Belastung, wodurch sich Größe, Kompliziertheit und Kosten der Dichtanordnung erhöhen.

Die Erfindung schlägt Filterelemente und eine Filteranordnung vor, wobei das Filterelement in Dichtverbindung mit einem anderen Filterelement gehalten wird und/oder die Filteranord-

„ , , - , .bzw.-komponenten nung wird durch ein Paar von Dichtungstellen/gehalten, die miteinander in Eingriff stehen und eine lecksichare Dichtung ausbilden, wobei sie einen ggf. temperaturabhängige]! Differenz-Ausdehnungskoeffizienten AK₊. besitzen./ Die' Dichtungsteile sind so ausgebildet, daß zwischen diesen bei normalen Temperaturen ein geringes Spiel besteht, jedoch bei erhöhten Temperaturen, weil der Ausdehnungskoeffizient des einen Elementes grosser ist als der des anderen, wird dieses Spiel von der relativen Veränderung in der Ausdehnung der Elemente eingenommen, so daß bei Arbeitstemperaturen die Dichtungsteile miteinander in Eingriff stehen und eine lecksichare Dichtung ausbilden. Ein erstes Dichtungselement kann mit dem Filterelement verbunden sein,und ein zweites Dichtungsteil koppelt das erste Dichtungsteil an ein Gehäuse oder an das erste Dichtungsteil eines anderen Filterelementes, beispielsweise an die offene Abschlußkappe eine^zylindrischen Filterelementes, so daß dazwischen eine lecksichere Dichtung ausgebildet wird,

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wobei das Filterelement an der Filtereinheit gehalten ist, und zwar über der fluiden Strömungsbahn vom Einlaß zum Auslaß der Filteranordnung bzw. zu einem anderen Filterelement.

Das in einer Filteranordnung über dem durch diese hindurchübe r eine Dichtung

strömenden fluiden Strom/in Dichtverbindung angeordnete Filterelement, das bei Arbeitstemperaturen durch Wärme ausgedehnt wird, ist gekennzeichnet durch eine Kombination eines. , Filterelementes, einem ersten Dichtungsteil, das wirksam mit dem Filterelement verbunden ist, ferner durch ein zweites Dichtungsteil, das v/irksam mit dem ersten Dichtungsteil verbunden und für eine Viirkverbindung mit dor Filteranordnung ausgebildet ist, wobei das erste und das zweite Dichtungsteil miteinander in einer Teil-an-Teil-Dichtung in Eingriff stehen und einen Differenz- Wärmeausdehnungskoeffizienten -A-K^. besitzen; die Dichtungsteile sind dabei derart ausgebildet, daß zwischen ihnen bei einer ersten Temperatur aus-

Ώ f³ T¹ i-5 *t~ 11T"*

serhalb der Arbeitstem/^in geringes Spiel besteht, und daß bei einer zweiten Arbeitstemperatur die Ausdehnung eines der beiden Teile ausreichend größer ist als die des anderen Teils, so daß das Spiel durch die Ausdehnung der Teile aufgehoben ist und die Dichtungsteile/einander m emer/Teil-an-Teil-Dichtung in Eingriff stehen.

Das zum Ankoppeln an ein anderes Filterelement zum Ausbilden einer Filteranordnung über eine Dichtung mit der Anordnung in Dichtverbindung stehende Filterelement, das bei Arbeitstemperaturen wärmeexpandiert wird, ist gekennzeichnet durch eine Kombination eines Filterelementes, einem ersten Dichtungsteil, dasfwlrksam mit dem Filterelement verbunden ist, ferner durch ein zweites, in wirksamer Weise mit dem ersten Dichtungsteil verbundenes Dichtungsteil, das für eine Wirkverbindung mit einem ersten Dichtungsteil eines anderen Filterelementes ausgebildet ist, wobei das erste Dichtungsteil und das zweite Dichtungsteil einander in einer Teil-an-Teil-Dichtung ergreifen und einen mit Temperatur veränderlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten J^ K^ besitzen; die Dichtungsteile sind dabei derart ausgebildet, daß zwischen ihnen bei einer ersten Nichtarbeits-

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Temperatur ein geringes Spiel besteht, und daß bei einer zweiten Arbeitstemperatur die Ausdehnung eines der beiden Teile ausreichend größer ist als die des anderen Teils, so daß das Spiel durch die Ausdehnung der Teile aufgehoben ist und die Dichtungsteile miteinander in einer lecksicheren Teil«an-Teil-Dichtung in Eingriff stehen.

Weiterhin schlägt die Erfindung eine Filteranordnung mit einem über dem durch die Anordnung strömenden fluiden Strom angeordneten Filterelement vor, das durch eine bei erhöhton Temperaturen wärmeexpandierbare Dichtung mit der Anordnung in Dichtverbindung steht. Die Filteranordnung nach der Erfindung ist in einer Kombination gekennzeichnet durch ein Filterelement, eine aus Bauteilen zusammengesetzte Filtereinheit, ferner ■durch ein erstes, mit dem Filterelement in wirksamer Weise verbundenes Dichtungsteil, einem zweiten, mit der Filtereinheit v/irksam verbundenen Dichtungsteil, wobei das erste und das zweite Dichtungsteil miteinander in einer Teil-an-Teil-Dichtung in Eingriff stehen und einen Differenz-Wärmeausdehnungskoeffizienten /i K, besitzen, und wobei die Dichtungsteile derart ausgebildet sind, daß zwischen ihnen bei einer ersten Nichtarbeits—Temperatur ein geringes Spiel entsteht, und daß bei einer zweiten Arbeitstemperatur die Ausdehnung eines der beiden Teile ausreichend größer ist als die des anderen Teils, so daß das Spiel durch die Ausdehnung der Teile absorbiert ist und die Dichtungsteile miteinander in einer lecksicheren Teil-an-Teil-Dichtung in Eingriff stehen.

Derartige Filteranordnungen können ein Filterelement nach der Erfindung aufweisen bzw. eine Vielzahl derartiger Elemente, und zwar in Zusammenbau mit den Wärmedichtungen nach der Erfindung.

Die Ausdehnung mit der Erhöhung der Temperatur der Dichtungsteile wird durch deren Temperaturkoeffizient linearer Ausdehiing bestimmt:

L₂ = L₁ (1 + Kt At), " 409851/0676

wobei L^ die Ausdehnung bei Temperatur t. und L^ die Ausdehnung bei Temperatur t₂ ist, K^ ist der Ausdehnungskoeffizient und .A-t = t₂ - t..

Die Differenz K₊. - K₊. der Ausdehnungskoeffizienten der Ma-

a D
terialien a und b, die für die beiden Dichtungsteile verwendet werden, wird in .der Beschreibung als Differenz- Ausdehnungskoeffizient Δ K. ausgedrückt.

Die Filteranordnung nach der Erfindung kann dazu verwendet werden, bei allen gewünschten Arbeitstemperaturen eine Wärine- ' dichtung auszubilden. Es ist lediglich erforderlich, die Filteranordnung bei einer Temperatur zusammenzubauen, die unterhalb der Arbeitstemperatur liegt, wobei die Dichtungsteile einen positiven veränderlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, und bei einer Temperatur, die oberhalb der Arbeitstemperatur liegt, wobei die Dichtungsteile einen negativen veränderlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.

Bei Anwendungen,.in denen die Filteranordnung nach der Erfindung bei Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur verwendet wird, beispielsweise zum Filtrieren gekühlter fluider Medien oder in Zusammenhang mit verflüssigter Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Helium, flüssigen Kraftstoffen, Ammonium, Kohlensäure und anderen Gasen, funktioniert die Dichtung gut,, jedoch wird es bei derartigen Anwendungen bevorzugt, wenn das innere Element einer Ringdichtung den niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist.

Das Dichtungssystem nach der Erfindung kann auch bei Anwendungen bei normalen Außentemperaturen vorgesehen sein, wobei das Element bei höherer (oder niedrigerer) Temperatur, je nach Wunsch zusammengebaut wird, und bei erhöhten Temperaturen, wenn flüssige Materialien filtriert werden, die normalerweise bei Außentemperatur fest werden bzw. bei niedrigen Temperaturen eine zu hohe Viskosität aufweisen. Arbeitstemperaturen von 200 bis 500 ⁰C sind für die erfindungsgemäße

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Filteranordnung praktikable Temperaturen.

Im allgemeinen besitzen die Materialien, aus denen die erfindungsgemäßen Dichtungsteile ausgebildet sind,vorzugsweise einen positiven oder negativen Differenz- Ausdehnungskoeffizienten .&K_t, der größer als etwa 5x10~^b pro ⁰C ist. Beide Dichtungsteile können und sind vorzugsweise aus ähnlichen Metallen hergestellt, und zwar vorzugsweise rostfreien Stahllegierungen mit veränderlichen Ausdehnungskoeffizienten. Selbstverständlich kann jedes beliebige Metall verwendet werden, je nach dessen Korrosionswiderstand gegen das zu filtrierende fluide Medium, wie beispielsweise Eisen, Stahl, Nickel, Chrom, Nickellegierungen, z.B. Monel, Aluminium, Messing, Bronze, Kupfern Silber, Beryllium, Tantal, Titan, Wolfram und Vanadium. Kunststoffe können ebenfalls verwendet werden, und zwar entweder mit anderen Kunststoffen oder- mit Metallen. Beispiele sind Polyäthylen^,Polypropylen-,Polyamid-, Polystyrol-,Ureaformaldehyd-,Polytdrafluoräthylen-,Polyvinylidenchlorid-, Polyester-, Polyoxymethylen- und Polycarbonatharze.

Typische Materialpaare zur Verwendung als Dichtungsteile in der erfindungsgemäßen Filteranordnung, deren Ausdehnungskoeffizienten K_t und /±K_t betragen, sind etwa wie folgt:

Komponente A	AK_t χ 10⁶ (pro ⁰C) ·	Komponente B
Zusammensetzung K_t x 10⁶ ■ (ufo C)	7.2	,ZusammensetzungK_t χ ΙΟ⁶ *.(ro** °C)
AISI J T.yp 304 "rostfreier ¹⁷·⁸ ' Stahl	! 14\8	AISI - ryp 440C rostfreier¹⁰-⁶ *- - Stahl
Aluminum ₀_ . Legierung λο.4 6081T6	15.3	Ditto 10.6
AISI - Typ 304 rostfreier 17.3 . ., Stahl	ENVAR . 2.5 -

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Die untere verwendbare Grenze von Δ.Κ., wird bestimmt durch a) die Differenz zwischen der Temperatur, bei der die Anordnung zusammengestellt wird und bei der die Filteranordnung zu arbeiten hat und b) die Genauigkeit, mit der die beiden Dichtkomporienten hergestellt werden können.

Wenn beispielsweise die Dichtung sich zwischen zwei Ringen befindet, deren Nominaldurchmesser 1 inch (= 2,54 cm) beträgt,

von η

wobei ein Temperaturunterschied/300 C und eine Herstellungspräzision ± 0,00005 inch (= 0,00012 cm) (eine Toleranz, die üblicherweise durch einige Ausrüstungsarten gehalten wird), vorgesehen ist, so kann:

(a) das äußere Bauteil mit einer Präzision, bis zu .±1,00006 inch ± 0,00005 inch (2,5401 cm ± 0,00012 cm) hergestellt werden, und

(b) das innere Bauteil mit einer Präzision bis zu ±0,99994 inch ±0,00005 inch (=2,539 cm - 0,00012 cm).

Unter den ungünstigsten Toleranzbedingungen ist ein Differenz-Ausdehnungsminimum von 0,00022 inch (= 0,00. cm) (22x

-5" \
10 )erforderligh, um eine Abdichtung zu erhalten. Falls

einem Temperatur- ₀ eine solche in/BeieLch von über 300 C zu erhalten,. muß die Minimaldifferenz

22 χ 10~⁵ _ 0,73 x 10~⁶ 300

betragen.

In der Praxis wird ein Paar mit einem A K₊ des Mehrfachen dieses Be/ ausgewählt, so daß die Toleranzen weiter gehalten werden, um die Herstellungskosten zu minimalisieren.

Eine Möglichkeit, durch die enge Abdichtungstoleranzen erhalten werden können, und zwar bei verhältnismäßig geringen Kosten, besteht darin, die beiden Dichtflächen als abgestumpften Kegel mit sehr kleinem eingeschlossenen Winkel, beispielsweise geringer als 6°, auszubilden.

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Die Dichtteile bzw-, -kompomenten können beliebige Ausbildungen besitzen, die zur Aufnahme des Filterelements und der Filtereinheit geeignet sind. Eine Dichtkomponente ist mit dem Filterelement in einer lecksicheren Abdichtung verbunden. Im Fall eines zylindrischen, röhrenförmigen oder auf ähnliche Weise ausgebildeten Filterelementes besitzt die Dichtkomponente vorzugsweise eine ri.ngförmige Ausbildung, die dem offenen Ende des Elementes bzw. einem Teil desselben angefügt ist. Ist das Element scheibenartig ausgebildet, so ist die Dichtkomponente vorzugsweise ein Rahmen oder ein Teil eines Rahmens des Elementes, an den die Scheibe angefügt ist. Die andere Dichtkomponente ist entweder fest oder beweglich mit dem Filtergehäuse verbunden bzw. an dieses angefügt.

Die Dichtelemente sind derart ausgebildet, daß sie miteinander über eine ausreichende Entfernung in Eingriff stehen, um bei Arbeüstemperat.ur eine lecksichere Dichtung auszubilden.

Die Dichtteile können beispielsweise röhrenförmig, oder konzentrisch ausgebildete Teile besitzen, so daß ein Teil über das andere Teil einpaßbar ist und zwischen beiden Teilen bei Temperaturen unterhalb der Arbextstemperatur ein geringes Spiel vorhanden ist. Die benachbarten, danebenliegenden Oberflächen sind Dichtflächen, die nach dem Ausdehnen auf bzw. unter Arbeitstemperatur eine lecksichere Dichtung ausbilden und die beiden Komponenten fest miteinander verschließen.

Die Dichtkomponenten können ebenfalls eine Steckverbindung besitzen. Die nebeneinanderliegenden Flächen der beiden Teile können Dichtflächen sein, und wenn die beiden Teile der Steckverbindung miteinander verbunden sind und die nebeneinander· liegenden Flächen miteinander verknüpft sind, so entsteht eine lecksichere Enddichtung nach der Ausdehnung der Arbeitstemperatur. Diese Dichtungsart ist nützlich, wenn der vorhandene Raum eine Seitendichtung nicht erlaubt.

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Die Dichtkomponenten können auch mit Bajonettverschluß bzw. Muffenverbindung verbunden sein. Andere Verbindungsarten sind offensichtlich.

Das zwischen den Komponenten vorhandene Spiel· muß lediglich groß genug sein, um eine einfache Trennung der Teile .zum Entfernen von der Filteranordnung zu ermöglichen. Ein Spiel von 0,0001 bis 0,0002 inch (= 0,00.02 bis 0,0005 cm) ist angemessen, jedoch können größere Spielmöglichkeiten verwendet werden. Die einzige Begrenzung ist, daß das SpieD. durch die Ausdehnung der Teile bei Arbeitstemperatur ausgefüllt wird, um eine lecksichere Dichtung auszubilden.

Für eine lecksichere Dichtung müssen die Dichtflächen jeder Komponente natürlich glatt ausgebildet und gut miteinander einpaßbar sein.. Sie können flach oder gekrümmt ausgebildet sein, beispielsweise konvex oder konkav, falls sie jedoch gekrümmt sind, müssen die Krümmungsradien dem Betrag des erwünschten Spiels entsprechen.

Das Spiel kann bei beliebigen Temperaturen unterhalb oder oberhalb der Arbeitstemperatur vorhanden sein, es wird jedoch normalerweise bevorzugt bei Außentemperatur bzw. unterhalb derselben ausgebildet. In ähnlicher Weise muß die lecksichere Dichtung Arbeitstemperaturen aushalten, sie kann jedoch bei einer Temperatur unterhalb oder oberhalb der Arbeitstemperatur ausgebildet werden, und zwar bei einer Temperatur, die sich genau oberhalb oder unterhalb der Temperatur befindet, bei welcher das Spiel vorhanden sein muß. Somit kann im Bereich der Temperaturen zwischen /Temperatur bei der Spiel/ und .der
/Arbeitstemperatur ein Spiel bestehen Od. eine lecksichere Dichtung oder jedesvon diesen/fcann über einem Teil des Bereiches bestehen. Der Ausdehnungskoeffizient muß natürlich berücksichtigt w&rden, wenn festgelegt wird, welche der drei Bedingungen annehmbar sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige

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Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 einen ' Längsschnitt durch eine Reihe von in Baiikastenweise angeordneten Filterelementen nach der Erfindung, wobei die Dichtkomponenten bzw. -teile zum Abdichten an Ort und Stelle in einem Filtergehäuse sowie zum dichtenden Verbinden der FiltereMent-Bausteine gezeigt sind;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Filterelement und die Dichtkomponenten längs der Linie 2-2 der Fig» 1, und zwar in Pfeilrichtung;

Fig. 3 im LSngsschnitt das Detail einer Verbindung zwischen den Filterelement-Bausteinen aus der Filterelement-Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht der Filteranordnung am Abgabeende längs der Linie 4-4 von Fig. 1.

Eine Reihe von in Baukastenweise angeordneten Filterelementen einer Filteranordnung nach den Fig. 1-4 besitzt- eine Vielzahl (im vorliegenden Fall vier) von Filterelement-Bausteinen 1,1', 1", 1"', die jeweils zylindrisch ausgebildet sind und einen inneren Kern 2,2',2«,2«·, efÄ^gliilMs (vgl.Fig.2)zylindrisches Filterelement 3*3^I,3^M»3^nt aus

bz...__ und eine äußere zylindrische Abdeckung Die inneren und äußeren Auflagen bestehen jeweils aus gelochtem bzw. perforiertem Bogenmaterial, vorzugsweise Metall, im vorliegenden Fall aus rostfreiem Stahl ("Typ 304"), wie in dem Filtergewebe.

Die offenen Enden der zylindrischen Filterelemente 1,1 *,1 ⁿ,1" ' sind durch Abschlußkappen 6,6' (6" und 6"¹ sind nicht gezeigt), 7,7" (7¹ und 7^B' sind nicht gezeigt) verschlossen, von denen jede jeweils einsimittig vorgesehenen Durchgang aufweist. Jede Abschlußkappe ist aus rostfreiem Stahl ("Typ 304") hergestellt und besitzt einen ringförmigen Flansch 11,11' (11^tt und 11^Hl sind nicht gezeigt), der sich achsial nach außen über den Durchgang erstreckt. Die Flansche 11,11',11",H"' spwie Flansche 12,12', 12^fl,12^lfI bilden eine erste Dichtungskomponente der Wärmedichtung nach der Erfindung aus.

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Der mittig vorgesehene offene Durchgang ist durch einen Klappenadaptor 13 verschlossen, der eine zweite Dichtungskomponente der Wärmedichtung nach der Erfindung darstellt, und der eine ringförmige Ausnehmung "besitzt, in die der Flansch 11 mit geringem Spiel einpaßbar ist, und zwar bei einer niedrigeren Temperatur außerhalb der Arbeitstemperatur, wobei eine Durchbohrung 15 mit Mittelgewinde das mit Gewinde versehene Ende einer Anzugstange 16 aufnimmt. Die andere Seite des Adapters 13 besitzt einei herausragenden Stift 18, der mit geringem Spiel in eine Fassung bzw. Muffe 5 in einem Gehäuse"10 aus rostfreiem Stahl ("Typ 304") einpaßbar ist, und zwar sowohl bei Arbeüstemperaturen als auch außerhalb derselben. Der Adapter 13 besteht aus rostfreiem Stahl ("Typ 440C)₁ der einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten besitzt als das Material des Typs 304. Rostfreier Stahl des Typs 304 besitzt einen Ausdehnungskoeffizienten von 17,8 χ 10" pro ⁰C, während rostfreier Stahl des Typs 440C einen Ausdehnungskoeffizienten von 10,6 χ 10" pro ⁰C besitzt, so daß ein Differenz- Ausdehnungskoeffizient A K_t von 7,2 χ 10""⁶ pro ⁰C entsteht.

Das Spiel bzw. der Abstand zwischen dem Adapter 13 und dem Flansch 11 der Abschlußkappe 6 bei Außentemperaturen außerhalb der Arbeitstemperatur reicht von 0,0004 bis 0,0020 inch (= 0,0010 bis 0,0050 cm). Das Spiel bzw. der Abstand des Stiftes 18 und der Wand der Fassung 5 bei Außentemperaturen außerhalb der Arbeitstemperatur beträgt minimal 0,003 inch (= 0,007 cm), wodurch leicht und ohne weiteres ein Abnehmen des Adapters von dem Gehäuse bei Außentemperatur möglich ist. Bei Arbeitstemperatur, im vorliegenden Fall 300⁰C,verringert sich jedoch das Spiel infolge.- der relativen Ausdehnung des Adapters bezüglich des Flansches 11 auf Null zwischen diesen Elementen, so daß eine absolut lecksichere Teil-an-Teil-Abdichtung von diesen Komponenten bei dieser Temperatur entsteht, während zwischen dem Adapter 13 und dem Gehäuse 10 immer noch ein geringer Spielraum erhalten bleibt.

Am entgegengesetzten Ende der Filteranordnung, bei der Abschlußkappe 7"' des .Filterelementes 1"' ist ein ringförmiger Adapter

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vorgesehen, der eine zweite Dichtungskoraponente der Wärmedichtung nach der Erfindung ausbildet, wobei das erste Dichtungsteil aus einem Flansch 12^Ifl der Abschlußkappe 7"' besteht. Der Adaptor 21 besteht ebenfalls aus rostfreiem Stahl, Typ 440C, und weist eine ringförmige Ausnehmung 22 auf, in die der Flansch 12"' der Kappe 7"' einpaßbar ist, und zwar bei einem Abstand bzw. Spiel von 0,0004 bis 0,0020 inch (= Ο,ΟΟ.-ιο - 0,OJ05o cm) bei Außentemperaturen außerhalb der Arbeitstemperatur. Bei Arbeitstemperatur, im vorliegenden Fall 300 C,gewährleistet die relative Ausdehnung der beiden Dichtungskomponenten zwischen diesen eine absolut lecksichere Dichtung.

Der Adapter 21 besitzt auf seiner entgegengesetzten Seite eine zweite ringförmige Ausnehmung 23, einsi mittig vorgesehenen Durchgang/2§^v'üna sx¥BSn abgesetzte Durchgänge 25 (die in der Fig. 4 am besten verdeutlicht sind).' Ein peripher angeordneter Flansch 26 des Adapters 21 umfängt eine ringförmige Auskragung 27 einer Geh .usekappe 28. Da das Gehäuse 10 aus rostfreiem Stahl des Typs 304 besteht und der Adapter aus rostfreiem Stahl des Typs 440C, entsteht durch die relative Ausdehnung der beiden Elemente bei Arbeitstemperatur eine absolut lecksichere Dichtung, obgleich zwischen diesen ein Spielraum von 0,004 bis 0,0020 inch (=0,0010 - 0,0050 cm) bei Temperaturen außerhalb der Arbeitstemperatur besteht.

Die Öffnung 24 nimmt ein Ende 31 der Anziehstange 16 auf. Das Stangenende besitzt einen radial angeordneten Durchgang bzw. Öffnung 32 zur Aufnahme eines Bolzens 33,der von einer Auskragung 34 auf dem Adapter 21 in ausreichendem Abstand vorgesehen ist, so daß eine Ausdehnung möglich ist, ohne an die Auskragung anzustoßen, und zwar bei Arbeitstemperatur.

Die Filterelement-Anordnung im vorliegenden Fall besteht aus den vier zylindrisch ausgebildeten Filterelement-Bausteinen 1,1',1", 1" ', von denen jeder flanschartige Abschlußkappen 6,6', 6",6»«; 7,7^I,7",7"¹ besitzt, die durch Manschetten 35 miteinander verbunden sind, welche ebenfalls aus rostfreiem Stahl

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des Typs4i-0C bestehen/ Die Manschetten 35 als zweite Dichtungskomponente dieser Wärmedichtungen bestehen aus rostfreiem Stahl des Typs 440C, so daß bei Arbeitstemperatur eine absolut lecksichere Dichtung mit den Flanschen dieser Abschlußkappen hergestellt wird, und zwar infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung, während bei Temperaturen außerhalb der Arbeits temperatur ein geringer Abstand bzw. Spiel zwischen diesen besteht, das von 0,004 bis 0,0020 inch (=0,0010 - 0,0050 cm)

• ν,+ Z^{und die über die} Zwischenflansche 11',11",11"¹J 12,12' reicnx. _{1?I1 der Abschlußkap}p_en 6'6"6"';77'7" aus rostfrei_{1 Abschlußkap}p_en 6',6",6"';7,7',7" aus rostfreiem Stahl .(Type 304; passen.

Dieser Abstand erlaubt ein einfaches Zusammensetzen und Auseinandernehmen des FiIterbaustein-Systems, und zwar sowohl · der einzelnen Teile voneinander als auch von dem Filtergehäuse.

Es wird nun deutlich, daß die Anziehstange 16 die Filterelemente 1,1',1^U,1"^! vor dem Ausbilden der Wärmedichtung zusammenhält, wobei die Stange in die Bohrung 15 des Adapters 13 an dessen einem Ende eingeschraubt ist, und den Adapter 21 durch den Bolzen 33 am anderen Ende hält.

Die äußeren Endteile der Adapter 13 und 21 können derart ausgebildet sein, daß sie in beliebige Filtergehäuse einpaßbar sind.

In der in den Fig. 1-4 gezeigten Filteranordnung besitzt das Filtergehäuse 10 eine Einlaßöffnung 41 und eine Ausgangsöffnung 42, die sich in eine Filterkammer 43 öffnen. Die Ausgangsöffnung 42 verläuft durch die Gehäusekappe 28, die die offenen Enden der Kammer 43 verschließt, und ist mit vier. Schrauben 45, die in eine Muffe 46 einschraubbar sind, an dem Gehäuse 10 befestigt.

Die Filtergehäuse-Kappe 28 und die Abschlußkappe 7"', an die der Adapter 21 befestigt ist und der Adapter 13, an den die Abschlußkappe 6 befestigt ist, nachdem die Wärmedichtung zwischen diesen ausgebildet ist,/¥SSließen den fluiden Strom von der Eingangsöffnung 41 zu der Ausgangsöffnung 42 und zwingen den gesamten fluiden Strom durch das Gebäude und durch die Filterelemente-1-, 1', 1", 1"». Die Filteranordnung ist somit

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in der Kammer 43 derart angeordnet, daß der fluide Strom von der Einlaßöffnung 41 zu der Auslaßöffnung 42 durch die Kammer geleitet wird.

Eine Umgehungsleitung kann vorgesehen sein, bei der ein Ablaufventil bei einem vorbestimmten Druckunterschied zwischen Eingangsöffnung 41 und Ausgangsöffnung 42 geöffnet wird; dies ist jedoch nicht wesentlich.

Es kann ein Druckanzeiger vorgesehen sein, der auf einen vof^llitote^iMiSuSiiySghSM/Mg^^liMer gewöhnlich geringer ist, als der Druck, der das Ablaufventil öffnet, und der anzeigt, dass das Filter verstopft ist; dies ist jedoch nicht wesentlich.

Somit tritt normal strömende Flüssigkeit über den Eingang 41 in das Gehäuse 10 ein, strömt in die Kammer 43 außerhalb der Filterauflage 4* passiert die Filterauflage 4, das Filterelement 3 und den Kern 2 und strömt in den von diesen umschlossenen offenen Bereich 48; schließlich verläßt das fluide Medium die Filteranordnung über die Ausgangsöffnung 42 als gefilterter Strom.

Das Austauschen eines oder mehrerer Filterelemente bei Außentemperatur ist sehr einfach. Die Bedienungsperson löst die Schrauben 45, welche die Kappe 28 lösen, die dann entfernt wird, so daß die Filterelemente freigelegt sind. Der Adapter 21 ist jetzt lose und derart zusammengezogen, daß gegen den Flansch 12" keine Abdichtung mehr besteht, jedoch stattdessen ein geringer Abstand bzw. Spiel sich dazwischen befindet. Der Adapter 13 ist ebenfalls lose in der Fassung 5. Die Manschetten 35 sind von den Flanschen 11';i1",11ⁿⁱ, 12,12·,12" gelöst. Daher können die Filterelemente 1,1^f,1",1"^f entfernt und ausgetauscht werden, und zwar durch Herausnehmen des Bolzens 33 und Abziehen von der Stange 16. Die Austauschelemente werden dann mit dazwischengeschobenen Manschetten 35,35',35" zusammengesetzt und der Bolzen neu eingeführt. Anschließend wird der Austauschsatz in dem Gehäuse 10 angeordnet. Ein Austauschen

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der Kappe 28 auf dem Gehäuse 10 bringt die Filterelemente in die in den Fig. 1-4 gezeigte Anordnung, und wenn die Anordnung auf Arbeitstemperatur gebracht wird, so sind die lecksicheren Wärmedichtungen zwischen den Ringen 35, den Adaptern 13 und 21, den Flanschen 11' ,11",11" ', 12,12«,12» und dem Flansch 26 sowie dem Ringraum 23 wiederhergestellt.

In den Figuren sind die Filterelemente zylindrisch ausgebildet, es kann jedoch jede geschlossene (im Schnitt) Ausbildung verwendet v/erden, sowie auch flache Bogen. Das Filterelement kann mit beliebigen Anschlußvorrichtungen versehen sein, um es an die Einseibauteile der Filteranordnung derart anzuschließen, daß ein Hindurchfließen der. gesamten Flüssigkeit durch das Filter gewährleistet ist. Gewöhnlich wird es bevorzugt, wenn der Filterbogen gewellt oder gefaltet ist, um maximale Oberflächen in einem kleinen Bereich zu erhalten.

Weitere Abänderungen sind für den Fachmann ersichtlich.

Während die Metallteile der gezeigten Filteranordnung insgesamt aus rostfreiem Stahl bestehen, der infolge seines Korrosionswiderstands gegenüber vielen fluiden Medien und seiner hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturen das bevorzugte Material darstellt, können andere Metallarten verwendet werden, sowie andere Arten von Legierungen aus rostfreiem Material an Stelle der gezeigten rostfreien Legierungen und Nichtmetalle, beispielsweise thermoplastische und hitzebeständige Kunstharze. Somit kann z.B. die rostfreie Legierung ein Material aus der AISI Serie 300 bzw. der Serie 400 sein, oder es kann eine mit der Zeit härtende Legierung sein, beispielsweise 17-7PH oder 17-4PH.

Zum Vereinfachen der Zusammensetzung und des Auseinandernehmens wird die mit dem Filterbauteil verbundene Dichtungs-

in .Kombination

komponente normalerweise/mit der an dem Filterelement vorgesehenen Dichtungskomponente gebrauchsfertig für eine Filteranordnung beliebiger Bauweise und Ausführung hergestellt. Diese

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Art der Filtereinheit kann von dem Käufer an seine Anlage ohne weiteres angeschlossen v/erden und wird daher bevorzugt.

Es ist jedoch auch möglich, eine Dichtungskomponente permanent an die Filtereinheit bzw. das Filtergehäuse anzubringen, mit der die an das Filterelement angeschlossene Dichtungskomponente bei Arbeitstemperatur eine Dichtung ausbildet. In diesem Fall wird aa.il Filterelement getrennt hergestellt, und zwar mit der damit verbundenen Dichtungskomponente, um dieses dann nut der Dichtungskomponente zu verbinden, die an die Filtereinheit fest angeschlossen ist.

Wichtig für die Erfindung ist, daß Filterelemente und eine Filteranordnung vorgesehen sind, die bei beliebigen Arbeitstemperaturen anwendbar sind, wobei die Filterelemente in Dichtverbindung angeordnet sind, und zwar unter- Ausbildung einer lecksicheren Dichtung, die bei derartigen Arbeitstemperaturen durch Wärmeausdehnung von mindestens zwei Dichtungskomponenten

ausgebildet wird. Somit ziehen sich die Dichtungskomponeneiner

ten bei/niedrigeren oder höheren Temperatur, beispielsweise normalen Außentemperaturen,zusammen, so daß sich die Filterelemente aus der Dichtverbindung lösen, um entfernt und ausgetauscht zu werden, während bei ausgewählten Arbeitsbedingungen diese Dichtkomponenten ausgedehnt werden, um zwischen sich eine lecksichere Wärmedichtung auszubilden.

- Ansprüche 409851 /0676

Claims

Ansprüche

Filteranordnung mit einem in' einem durch die Filteranordnung verlaufenden fluiden Strom vorgesehenen und in der Anordnung durch eine bei Arbeitstemperaturen ■wärmeexpandierte Dichtung in Dichtverbindung befindlichen Filterelement, gekennzeichnet durch ein Filterelement (3), ferner durch eine aus einzelnen Bauteilen bestehende Filtereinheit (io), eine erste, in Wirkverbindung mit dem Filterelement (3) befindliche Di chtungskomp oneirte (11). und ein zweites, in Wirkverbindung mit der Filtereinheit (1Q befindliche Dichtungskomponente (13)? wobei die/DichBungskomponente (11) und die zweite Dichtungskomponente (13) miteinander in Eingriff stehen und eine Teil-an-Teil-Dichtung ausbilden, und wobei die Dichtungskomponenten einen Differenz- Wärmeausdehnungskoeffizienten J' aufweisen, und dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsteile derart ausgebildet . . , _Λ , .,, sind, <*aß zwischen ahnen bei einer ersten, außerhalb der Arbeitstemperatur befindlichen Temperatur ein geringes Spiel besteht, und bei einer zweiten Arbeitstemperatur die Ausdehnung des einen der beiden Dichtungsteile ausreichend größer als die des anderen Dichtungsteilεξ^Ψο daß der Abstand durch die Ausdehnung der Dichtungsteile ausgefüllt ist und die Dichtungsteile miteinander eine lecksichere Teil-an-Teil-Dichtung ausbilden.
2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrisch ausgebildetes Filtergehäuse (10) vorgesehen ist, das einen als Zylinder ausgebildeten Filterbogen (3) besitzt, dessen offene Enden mit Abschlußkappen (6) verschlossen sind, und daß eine der Dichtungskomponenten (13) mit dem Filtergehäuse (10) und die andere Dichtungskomponente (11) mit der Abschlußkappe (6) des Filterelements (3) verbunden ist.

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3. Filteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtungskomponente ein Adapter (13) mit einer ringförmigen Ausnehmung ist, und daß die erste Dichtungskomponente eine Auskragung (11) auf der Abschlußkappe (6) des Filterelements ist, die in die ringförmige Ausnehmung des Adapters (13) einpaßbar ist.
4. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungskoniponenten (11,13) aus Metall besteht.
5. Filteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungskomponenten (11,13) aus rostfreien Stahllegierungen bestehen und einen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
6. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungskomponenten (I1_f13) röhrenförmige und konzentrische Teile besitzen, deren entgegengesetzten konzentrischen Oberflächen Dichtflächen sind, wobei bei einer erste.n Temperatur zwischen diesen Dicht»

germge's
flächen ein/Spiel vorhanden ist, und wobei bei einer zweiten Temperatur zwischen diesen beiden Dichtflächen eine lecksichere Dichtung besteht.
7. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Dichtflächen ein Abstand zwischen 0,0004 - 0,002 inch (= 0,0010 - 0,005 cm) "besteht, wenn diese sich nicht in Dichtverbindung befinden.
8. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, mit dem Filterelement (3) verbundene Dichtungskomponente (11) einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als die zweite, mit dem Filtergehäuse (10) verbundene Dichtungskomponente (13) besitzt.

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9. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, mit dem Filterelement (3) verbundene Dichtungskomponente (11) einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als die zweite, mit dem Filtergehäuse (10) verbundene Dichtungskomponente (13) besitzt.
10. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungskomponenten (11,13) einen Differenz- Ausdehnungskoeffizienten £Jl K, besitzen, der größer als etwa 1,5 x 10" pro ⁰C ist.
11. Filterelement zur Anordnung in einer Filteranordnung über einem durch diese verlaufenden fluiden Strom, wobei das Filterelement in der Anordnung über eire bei Arbeitstemperatur wärmeexpandierte Dichtung in Dichtverbindung steht, gekennzeichnet durch ein Filterelement (1 bzw.10), ferner durch eine erste, mit dem Filterelement in Wirkverbindung stehende Dichtungskpmponente (12) und durch

mit dem Filterelement verbundenen eine zweite, mit der ersten/Dichtungskomponente (12) in Wirkverbindungfetehenden Dichtungskomponente (21), die für eine Wirkverbindung mit dem Filtergehäuse bzw. der Filteranordnung (10) ausgebildet ist, wobei die erste Dichtungskomponente (12) und die zweite Dichtungskomponente (21) miteinander derart in Eingriff stehen, daß diese eine Teil-an-Teil-Dichtung ausbilden, wobei sie einen mit Temperatur veränderlichen Wärmeausdeh-

und dadurch gekennzeichnet, daß nungskoeffizienten besitzen,/ die Dichtungsteile dabei derart ausgebildet, daß zwischen ihnen bei einer ersten, außerhalb der Arbeitstemperatur befindlichen Temperatur ein geringer Abstand bzw.ein Spiel besteht, und bei einer zweiten Arbeitstemperatur die Ausdehnung des einen der beiden Dichtungsteile ausreichend

ist größer als die des anderen Dichtungsteils/, so daß der Abstand durch die Ausdehnung der Dichtungsteile ausgefüllt ist und . die Dichtungsteile miteinander eine lecksichere Teil-an-Teil-Dichtung ausbilden.

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12. Filterelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1 bzw. 10) zylindrisch ausgebildet ist und einen als Zylinder ausgebildeten Filterbogen (1) besitzt, dessen.offene Enden durch Abschlußkappen (7) verschlossen sind, und daß die eine Dichtungskoraponente (21) mit dem Filtergehäuse (1O) und die andere Dichtungskomponente (12) mit der Abschlußkappe (7) des Filterelements verbunden ist.
13. Filterelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtungskomponente ein Adapter (21) mit einer ringförmigen Ausnehmung (22) ist, und daß die erste Dichtungskomponente (12) ein auskragender Teil bzw. Flansch (12) der Abschlußkappe (7) des Filter elementes und in die ringförmige Ausnehmung (22) des Adapters (21) einpaßbar ist.
14. Filterelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungskomponenten (12,21) aus Metall besteht.
15. Filterelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungskomponenten (12,21) aus Legierungen aus rostfreiem Stahl besteht und daß die Dichtkomponenten unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
16. Filterelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich-; net, daß die Dichtkomponenten (12,21) röhrenförmige und konzentrische Teile besitzen, deren entgegengesetzten Oberflächen Dichtflächen sind, wobei zwischen diesen Dichtflächen bei einer ersten Tenperatur außerhalb der Arbeitstemperatur zwischen diesen Dichtflächen

geringes

ein/Spiel vorhanden ist, und wobei bei einer zweiten Arbeitstemperatur zwischen diesen Dichtflächen eine lecksichere Dichtung besteht.

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17. Filterelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungskomponenten (12,21) einen Differenz- . Wärme au sdehnung sko ef fizienten \. K^.

-6 ο ^u

besitzen, der größer als etwa 1,5x10 pro C ist.
18. Filterelement zum Ankoppeln an ein anderes Filterelement zum Ausbilden einer FiIteranordnung, das über eine unter Wärmeausdehnung bei Arbeitstemperaturen hergestellte Dichtung mit der Filteranordnung in Dichtverbindung steht, gekennzeichnet durch ein Filterelement (1), ferner durch eine erste Dichtungskornpononte (7), die mit dem Filterelement (1) wirksam verbunden ist, und durch eine zweite Dichtungskomponente (35), die derart ausgebildet ist, daß sie mit einer ersten Dichtungskomponente eines anderen Filterelementes in Wirkverbindung steht, wobei die erste Dichtungskomponente (7) und die zweite Dichtungskomponente (35) derart miteinander verbunden sind, daß sie eine Teilan-Teil-Dichtung ausbilden, und wobei sie einen Differenz.- Ausdehnungskoeffizienten

_Λ und dadurch gekennzeichnet, daß

A. K₊ besitzen,/die Dichtungsteile . dabei derart

t sind,

ausgebildet/ daß zwisehen ihnen bei einer ersten, außerhalb der Arbeitstemperatur liegenden Temperatur ein geringer Abstand bzw. ein Spiel besteht,und bei einer zweiten Arbeitstemperatur . die Ausdehnung des einen der beiden Dichtungsteile ausreichend größer als die

i st
des anderen Dichtungsteils/ so'daß der Abstand durch die Ausdehnung der Dichtungsteile ausgefüllt ist. und die Dichtungsteile miteinander eine lecksichere Teilan-Teil-Dichtung ausbilden.
19. Filterelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement zylindrisch ausgebildet ist und einen als Zylinder ausgebildeten Filterbogen (1) besitzt y. dessen offene Enden Mit Abschlußkappen (6 bzw.7) besitzt, und daß die erste Dichtungskomponente mit den Abschlußkappen (7) des Filterelementes verbunden ist.

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20. Filterelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtungskomponente ein Adapter (21) mit einer ringförmigen Ausnehmung (23) ist, und daß die erste Dichtungskomponente ein herausragender Teil bzw. ein Plansch (26) an der Abschlußkappe des Filterelements ist, der in die Ausnehmung (23) des Adapters einpaßbar ist.
21. Filterelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungskomponenten jeweils aus Metall bestehen.
22. Filterelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungskonipoiienten jeweils aus Legierungen von rostfreiem Stahl mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bestehen.
23. Filterelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungskomponenten röhrenförmige und konzentrische Teile aufweisen, deren entgegengesetzten Oberflächen Dichtflächen sind, wobei zwischen diesen Dichtflächen bei einer ersten Temperatur außerhalb der Arbeitstemperatur ein geringes Spiel vorhanden ist, und wobei bei einer zweiten Arbeitstemperatur zwischen diesen Dichtflächen eine lecksichere Dichtung besteht.
24. Filterelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungskomponenten einen Differenz- Wärmeausdehnungskoeffizienten Δ K₊ besitzen, der größer als etwa 1,5 x 10~⁵ pro ⁰C ist.

Der Patentanwa

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