DE2506359B2

DE2506359B2 - Filter

Info

Publication number: DE2506359B2
Application number: DE2506359A
Authority: DE
Inventors: Keith Raphael East Boldon Domnick (Grossbritannien)
Original assignee: DOMNICK HUNTER ENGINEERS Ltd BIRTLEY TYNE AND WEAR (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: DOMNICK HUNTER ENGINEERS Ltd BIRTLEY TYNE AND WEAR (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1974-02-16
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1978-05-11
Also published as: US4105561A; DE7504581U; DE2506359A1; BR7500918A; CA1058095A; GB1473853A; JPS50118370A

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter zum Ausscheiden von kleinen Teilchen und Flüssigkeitströpfchen mit sehr geringen bzw. submikronischen Abmessungen aus einem Strömungsmittel, mit einer mikroporösen Filterbuchse, die eine rohrförmige mikroporöse Schicht eines Filtermittels aufweist, deren Fasern eine Vielzahl von Poren in einem Bereich von Abmessungen, die erheblich kleiner sind als 50 Mikron, bilden und durch ein Bindemittel verstärkt und zusammengehalten sind, wobei die Filterbuchse stirnseitig mit ihren Enden in Ringnuten zweier gegenüberliegender Endkappen aus undurchlässigem Werkstoff eingreift und diesen gegenüber in den Ringnuten abgedichtet ist.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Enden eines Rohres aus Filtermittel gegen Endkappen mit oder ohne Zwischenschaltung von Ringdichtungen oder Dichtungsscheiben zum Abdichten der Enden zu verklemmen und dadurch das Strömungsmittel zu zwingen, durch das Filtermittel hindurchzutreten. Diese Ausführung hat sich als zufriedenstellend erwiesen für Grobfilter, d. h. Filter, deren Filtermittel Teilchen mit den Abmessungen von 50 Mikron und mehr zurückhalten, aber bei feineren Ausscheidungen, beispielsweise zum Zurückhalten von Teilchen die Abmessungen von Mikron oder weniger haben, insbesondere Abmessungen von weniger als 1 Mikron, bildeten sich Leckkanäle zwischen dem Filtermittel und den Endkappen oder Ringdichtungen, was Erosionserscheinungen an den Filtermittelbegrenzungen und vorzeitigen Ausfall zur Folge hat und dazu führt, daß ungefiltertes Strömungsmittel an dem beschädigten Filter entlangströmL

Aus diesem Grunde hat man bei Filtern zum Ausscheiden von Teilchen und Fiiissigkeitströpfchen -» mit submikronischen Abmessungen aus einem Strömungsmittel anders beschaffene Abdichtungen verwendet Dort ist es durch die DE-OS 21 31 236 bereits bekannt, die Filterbuchse, die aus durch ein Bindemittel zusammengehaltenen Fasern besteht, mit ihren Enden

ι» in Ringnuten zweier Endkappen greifen zu lassen, wobei allerdings die Abdichtung zwischen der Filterbuchse und den Endkappen durch ein dort zusätzlich anzubringendes Dichtungsmittel gebildet wird, das aus kalt aushärtbarem Epoxidharz oder Silikon-Kautschuk beil stehen kann. Dieses Dichtungsmittel wird dabei in die Endkappen eingegossen, was umständlich und zeitraubend ist Vor allem das von Zeit zu Zeit notwendige Auswechseln der Filterbuchse ist außerordentlich schwierig.

χ Bei Filterkerzen mit verhältnismäßig grobporigen Filterrohren ist es wiederum durch die DE-GM 18 75 123 bekannt die Abdichtung an den Enden des topfförmigen Filterelementes durch Aufbringen von Spannkräften an den Enden entlang einer Kugelfläche

i^r> zu bewirken. Auch dabei wird jedoch die Abdichtung effektiv durch einen gesonderten Dichtungsring aus Gummi oder vergleichbarem Werkstoff bewirkt der sich außen an das Filterelement derart anschmiegt daß er etwas in den Filterwerkstoff eindringen kann.

ι» Verpreßt wird also der weichelastische Dichtungsring, ohne daß das härtere Filterelement wesentlichen Veränderungen unterliegt. Die dort verwendeten topfförmigen Filterelemente erfordern übrigens nur eine einzige Randabdichtung, so daß dem Abdichtungs-

»^r> problem dort nicht die Bedeutung zukommt, wie bei Filterbuchsen, die an beiden Enden abzudichten sind.

Die Erfindung geht aus von einem Filter der eingangs geschilderten Gattung zum Ausscheiden von kleinen Teilchen und Flüssigkeitströpfchen mit sehr geringen

-"· bzw. submikronischen Abmessungen aus einem Strömungsmittel. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter dieser Bauart auf möglichst einfache Weise so zu gestalten, daß man ohne zusätzliches Bindungsmittel auskommt und die Herstellung des Filters ebenso

4-5 erleichtert wird, wie das Auswechseln einer zugesetzten Filterbuchse.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß darin gesehen, daß die Ringnuten durch Schrägstellen wenigstens einer ihrer Seitenwände zum Nutgrund hin

'"'<> verengt und die undurchlässigen Endkappen gegen die Enden der Filterbuchse derart verspannbar sind, daß das Bindemittel für die Fasern der Filterbuchse im Anlagebereich der Ringnuten mit den Fasern zu einer undurchlässigen Abdichtungsschicht verpreßbar ist

■>5 Auf diese Weise wird somit die Abdichtung unmittelbar durch die zu einer strömungsmittelundurchlässigen Schicht verpreßten Enden der Filterbuchse gebildet die jede Leckströmung im Nutbereich und damit im Anschluß zwischen Filterbuchse und Endkap-

hi> pen unterbinden. Man muß also kein Dichtungsmittel auftragen und aushärten lassen, sondern braucht lediglich das Filter zusammenzusetzen und entsprechend zu verspannen. Auch das Auswechseln ist wesentlich vereinfacht, da sich die Filterbuchse nach

''"' Wegnehmen der Spannkraft ohne weiteres aus den Ringnuten wieder herauslösen läßt, ohne daß dort Rückstände verbleiben, die eine Nachreinigung erforderlich machen würdei. Man kann daher unverzüglich

eine neue Filterbuchse einsetzen und durch Verspannen gegenüber den Endkappen abdichten. Im Vergleich zu gesondert einzusetzenden Dichtungsringen, beispielsweise O-Ringen, wird zudem die Abdichtung wesentlich verbessert, da sie sich nicht auf die schmale Anlagefläche eines solchen Ringes beschränkt, sondern auf der ganzen glattflächig verpreßten Außenfläche des Buchsenendes und in diesem Buchsenende wirksam wird. Dies alles wird auf verhältnismäßig einfache Weise dadurch erreicht, daß man einen Längsdruck in der Filterbuchse in eine seitliche Kompression an den Enden der Buchsenwandung umwandelt Im übrigen ist die Ausbildung der Endkappen ohne Bedeutung für die Dichtungswirkung. Diese Endkappen können also beliebig weitere Funktionen übernehmen, beispielsweise Teil eines Gerätegehäuses sein. Sie unterliegen im Filterbetrieb und durch die Auswechselvorgänge kaum einer Beeinträchtigung, so daß die Filterpatrone insgesamt wesentlich verbilligt wird, zumal sich die Abstützung für die Filterbuchse als Dauerb?standteil an der Filterpatrone anbringen läßt und nicht an der auszuwechselnden Filterbuchse. Der Aufwand für die Abstützung fällt damit praktisch nicht ins Gewicht, so daß sich auch Filterbuchsen aus leicht verformbarem Material verwenden lassen, weichen gegebenenfalls auf der Innen- und Außenseite gesonderte Abstützelemente zugeordnet werden können, wobei diese Abstützelemente selbst eine Vor- oder Nachfilterfunktion übernehmen können.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Zugstange zum Aufbringen einer axialen Längskompressionskraft zwischen den Endkappen mit einem Ende an einer der beiden Endkappen befestigt ist und beim Durchtritt durch die andere Endkappe mit einem auf ihr angebrachten Schraubengewinde in eine Gewindemutter eingreift, wodurch die beiden Endkappen zusammengezogen werden und dadurch das Filterrohr zwischen sich zusammenpressen. Wenn dabei noch die Zugstange an einer Endkappe befestigt wird, kann sie als separate Filterpatrone gestaltet sein, die vormontiert und im Filtergehäuse mittels eines Schraubgewindes oder anderer Kupplungsmittel befestigt werden kann.

Die Zeichnung gibt bevorzugte Ausführungen der Erfindung beispielsweise wieder. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Filtergehäuses einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Filters,

F i g. 2 einen ähnlichen Längsschnitt einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Filters und

Fig.3 einen schematischen Teilschnitt eines dritten erfindungsgemäßen Filters.

Das in F i g. 1 gezeigte Filter umfaßt ein bombenförmiges Filtergehäuse 1, das mittels eines Kragenstückes 2 an einem Einlaß- und Auslaßkopf 3 befestigt <st, in den ein Einlaßkanal 4 und ein Auslaßkanal S eingeformt sind. Eine Filterpatrone wird in dem Kopfstück 3 mittels eines eingeschraubten Gewindestückes 6 gehalten, das eine obere Endkappe 7 der Patrone bildet. Das Gewindestück 6 hat Fenster 8, welche die Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 4 und dem Innenraum des Gewindestückes und damit der Filterpatrone herstellen. Die Patrone hat noch eine weitere abschließende Endkappe 9, die mit dem Gewindestück 6 durch eine Zugstange 10 verbunden ist.

Ein Filterelement 11 in der Form einer kunstharzgebundenen mikroporösen zylindrischen Buchse, die eine Vielzahl von Poren in einem Bereich von 11 bis 24 Mikron oder alternativ in einem der vorerwähnten Bereiche aufweist, ist zwischen den Endkappen 7 und 9 vorgesehen und in jeder Endkappe in einer Nut 12 gehalten. Die radial außenliegende Fläche einer jeden Nut 12 ist keilförmig geneigt, so daß die Nut an ihrem Grund enger ist als an ihrer Mundöffnung.

Dies bewirkt beim Zusammenbau, wenn das Element 11 in die Nut gedrückt wird, daß das Ende des Elementes zusammengedrückt wird, wodurch der imprägnierte Kunststoff die Poren in dem Endbereich des Filterele-

K) mentes ausfüllt und dadurch die Gefahr von Leckkanalbildung an den Enden verhindert. Eine weitere zylindrische Buchse 13 aus porösem Metall ist rings um das Element 11 angebracht Diese Buchse 13 wirkt als mechanische Abstützung für das Element 11 gegen den Druck der Auswärtsströmung des gefilterten Strömungsmittels aus dem Innenraum der Patrone nach dem umgebenden Raum im Gehäuse 1. Die Buchse 13 wird auch als Einlauffilter (port filter) zum Ausscheiden von beispielsweise zusammengeballten Tröpfchen von öl aus dem Strom, der durch das Filterelement 11 hindurchtritt Scheibenförmige Dichtungen 14 und 15 sind zwischen den Enden der Buchse 13 und den jeweiligen Endkappen 7 und 9 angebracht.

Die Zugstange 10 sitzt in einer Schraubenmutter 16,

2^r> die drehbar in der Endkappe 6 angebracht ist Durch Drehen der Mutter wird diese entweder nach dem Gewindestück 6 hin oder von diesem weg bewegt, wodurch der auf das Filterelement 11 einwirkende axiale Druck entweder gesteigert oder verringert und

κι dadurch die auf die Enden des Elementes 11 in den Nuten 12 einwirkende Kompression verändert

In Fig.2 ist eine ähnliche Ausführung wie in Fig. 1 gezeigt, wobei entsprechende Teile die gleichen Bezugsziffern haben. Das Filterelement 11, das auch

π dort bei den normalen Strömungsrichtungen durch die Buchse 13 abgestützt ist, wird überdies in Rückströmrichtung durch eine Schraubenfeder 17 abgestützt, um das Filterelement 11 gegen vorübergehende Rückschlagdrücke zu schützen, die sich bei einigen

■in Betriebsphasen eines Filters ergeben können.

F i g. 3 zeigt schaubildlich eine dritte Ausführungsform für eine Strömung in umgekehrter Richtung durch das Filtergehäuse, wie durch die Pfeile angezeigt wird. Das Filterelement 11 ist innen, d. h. auf der normaler-

4'i weise stromabwärts liegenden Seite durch eine zylindrische perforierte Metallblechstütze 18 abgestützt. Die Stütze 18 sitzt mit einem Ende in einer besonderen Ausnehmung der Endkappe 7, und ihr anderes Ende, wo die Stütze an der Kappe 9 anliegt, ist

V) etwas abgebogen, um der Abstützung für das Filterelement 11 einen bestimmten Elastizitätsgrad zu verleihen. In der oberen Endkappe 7 ist das Filterelement in einem Kanal gehalten, der gebildet ist zwischen der Stütze 18 und der Kappe 7, während ein Kanal 12 in

Yi angemessener Form entsprechend der Darstellung in F i g. 1 in der unteren Endkappe 9 angebracht ist. Eine poröse Haitebuchse 19, die aus porösem Sintermetall oder aus porösem geschäumtem oder dgl. Kunststoff bestehen kann, ist rings der Innenfläche der Stütze 18

hi» angebracht, um als Nachfilter zu wirken. Die dargestellten Ausführungen des Filters können auf mancherlei Weise abgewandelt werden, ohne daß dabei der Erfindungsbereich verlassen wird. Beispielsweise kann in de>i Fig. 1 und 2 die poröse metallische Haltebuchse

!·■> ersetzt werden durch ein perforiertes Metallblech oder eine perforierte Kunststoffblechstütze, und die poröse Haltebuchse, die wahlweise einzuset?en ist, kann aus Schaumkunststoff bestehen. Andererseits kann bei der

Ausführung F i g. 3 eine Feder auf der Außenseite zum Schutz gegen rückwärts wirkende Drücke angebracht werden oder die Feder kann durch eine zweite Stütze ersetzt werden, so daß das Filterelement zwischen zwei Stützen eingepackt ist, und dann kann das Filter für beide Strömungsrichtung wirksam eingesetzt werden.

Die flüssigen Aerosoltröpfchen fließen beim Aufprall auf die Filterfasern in größeren Flüssigkeitstropfen zusammen, und diese werden von der Strömung durch die Außenfläche der Filterschicht hindurch mitgenommen, wo sie als unregelmäßig verteilte Punkte in Erscheinung treten. Die viel größere Porenabmessung der Nachfilterschicht ermöglicht es, daß die größeren, aus der mikroporösen Filterschicht herausgetragenen Flüssigkeitstropfen stromabwärts zum Bodenteil der Schaumschicht absinken, wo sie ein feuchtes Band bilden. Die überschüssige Flüssigkeit tropft aus dem Filteraggregat herab in einen Sumpf des Filterkörpers, von wo sie von Hand oder automatisch abgelassen werden kann.

Das poröse Material für die Nachfilterschicht hat vorzugsweise, bezogen auf sein Volumen, eine große Oberfläche, beispielsweise haben die Polyurethan- und Aluminiumschaumrohre eine Oberfläche von etwa 6560 qm je cbm Volumen (2000 Quadratfuß je Kubikfuß).

Die in der Filtermittelschicht verwendeten Fasern sind derart beschaffen und angeordnet, daß sie der Schicht eine Vielzahl von Poren mit einem Durchmesser in Bereichen bis zu 50 Mikron geben, und können kunststoffverstärkt sein durch Aushärten eines Kissens aus Fasern, die mit Verstärkungskunstharzen wie Epoxyd oder Formaldehyd-Kunststoff imprägniert sind; die Fasern können Durchmesser in Bereichen bis zu 4 Mikron haben. Die Oberfläche des Elementes, die normalerweise in Kontakt mit den Endkappen, wird vorzugsweise so geformt oder gepreßt, daß sie große Oberflächenglätte erhält.

Der üblicherweise zylindrische Filtermittelkörper kann für sich ändernde Anforderungen in verschiedenen Porösitätsbereichen vorgesehen werden, beispielsweise

■> einer feinen Porengröße mit Poren von Abmessungen im Bereich von 1 bis 7 Mikron, einer mittleren Porengröße mit Poren in jeweiligen Bereichen von 7 bis 11 und 11 bis 24 Mikron und einer kleinen (bzw. hier größeren) Porengröße mit Poren im Bereich von 24 bis

in 40 Mikron.

Die Fasern des Filtermittelkörpers sind vorzugsweise nicht absorbierend, d. h. Fasern oder Kurzfasern mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme, die üblicherweise kleiner ist als 1,5%. Vorzugsweise werden Glasfasern,

i) beispielsweise Borsilikatsfasern verwendet. Die Faser muß sehr fein sein, aber es ist nicht notwendig, daß die Mehrzahl der Faser in der gleichen Größenordnung liegt wie die zurückgehaltenen verunreinigten Teilchen oder die Tropfen, die auf ihnen zusammenfließen.

Die Faserdurchmesser des Filtermittelkörpers der feinen Porengröße liegen vorwiegend in der Größenordnung von 0,5 Mikron, die des Filtermittelkörpers von mittlerer Porengröße vorzugsweise in der entsprechenden Größenordnung von 1 und 2 Mikron, während die Faserdurchmesser des Filtermittelkörpers einer kleinen (d. h. hier größeren) Porengröße, der Poren im Bereich von 24 bis 40 Mikron hat, vorwiegend in der Größenordnung von 4 Mikron liegen.

Es wurde festgestellt, daß ein Filtermittelzylinder der

»ι kleinen (d.h. hier größeren) Porengröße 91% der Verunreinigungen auffängt, die Abmessungen im Bereich von 0,05 bis 2 Mikron aufweisen, während die Filtermittelbuchsen, die kleinere Porengrößen haben über 99% solcher Verunreinigungen ausscheiden unc

Γι die Filtermittelbuchsen mit feiner Porengröße eine tatsächlich vollständige Ausscheidung von 99,999% bewirken.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Filter zum Ausscheiden von kleinen Teilchen und Flüssigkeitströpfchen mit sehr geringen bzw. subrnikronischen Abmessungen aus einem Strömungsmittel, mit einer mikroporösen Filterbuchse, die eine rohrförmige mikroporöse Schicht eines Filtermittels aufweist deren Fasern eine Vielzahl von Poren in einem Bereich von Abmessungen, die erheblich kleiner sind als 50 Mikron, bilden und durch ein Bindemittel verstärkt und zusammengehalten sind, wobei die Filterbuchse stirnseitig mit ihren Enden in Ringnuten zweier gegenüberliegender Endkappen aus undurchlässigem Werkstoff eingreift und diesen gegenüber in den Ringnuten abgedichtet ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten (12) durch Schrägstelien wenigstens einer ihrer Seitenwände zum Nutgrund hin verengt und die undurchlässigen Endkappen (7, 9) gegen die Enden der Filterbuchse (11) derart verspannbar sind, daß das Bindemittel für die Fasern der Filterbuchse im Anlagebereich der Ringnuten mit den Fasern zu einer undurchlässigen Abdichtungsschicht verpreßbar ist

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zugstange (10) zum Aufbringen einer axialen Längskompressionskraft zwischen den Endkappen (7,9) mit einem Ende an einer (7) der beiden Endkappen befestigt ist und beim Durchtritt durch die andere Endkappe (9) mit einem auf ihr angebrachten Schraubengewinde in eine Gewindemutter (16) eingreift, wodurch die beiden Endkappen zusammengezogen werden und dadurch das Filterrohr (11) zwischen sich zusammenpressen.