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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Reinigung von Filterelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem derartigen Gerät zur Reinigung von Filterelementen, das aus der US-PS 22 69 725 bekannt ist, besteht das sich über die Oberfläche des Filters erstreckende, gekrümmt verlaufende Armteil aus einem starren, im wesentlichen unnachgiebigen Element, das in direkter Berührung mit der Oberfläche des Filterelementes steht. Bei einer Relativdrehung zwischen dem Filterelement und dem Armteil sollen die auf dem Filterelement befindlichen Stoffe, wie Filterkuchen und dergleichen, durch das Armteil abgelöst und entlang diesem nach außen vom Filterelement weg befördert werden. Aufgrund der starren Ausbildung des Armteils steht dieses jedoch mit der Oberfläche des Filterelementes, die als feinmaschiges Netz ausgebildet und daher nicht vollständig eben ist, nicht in vollkommener Berührung, so daß die an der Oberfläche anhaftenden Feststoffe stellenweise nicht abgelöst werden. Aufgrund der Spaltwirkung zwischen dem feinmaschigen Netz und dem Armteil können diese Stoffe, insbesondere gelatineartige Massen, bei ihrer Wanderbewegung in Richtung des Außenrandes des Filterelementes in den Spalt hineingezogen und durch das starre Armteil in das feinmaschige Netz des Filterelementes hineingedrückt werden. Neben möglichen mechanischen Beschädigungen wird das Filterelement hierbei verstopft.
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Bei einem Gerät zur Reinigung von Filterelementen ist die Verwendung von Borsten zur Reinigung der Filterelemente an sich bekannt (US-PS 34 97 452). Dabei dient das Armteil nicht selbst zur Ablösung der Fremdstoffe auf dem Filterelement, sondern lediglich zur mechanischen Abstützung einer kegelförmigen Bürste mit geradliniger Mittelachse, die zwischen V-förmig zueinander geschichteten Filterelementen angeordnet ist. Diese kegelförmige Bürste findet nur in der Drehrichtung der Filterelemente eine mechanische Abstützung, während sie in der zur Oberfläche der Filterelemente senkrechten Richtung nicht mechanisch abgestützt ist. Die feinmaschige Netzoberfläche des Filterelementes darf keinen großen mechanischen Kräften unterliegen und kann somit nicht zu einer mechanischen Abstützung beitragen. Hierdurch wird, insbesondere in Außenbereichen des Filterelementes, die kegelförmige Bürste aufgrund ihres großen Durchmessers in der zur Oberfläche der Filterelemente senkrechten Richtung sehr weich und nachgiebig, wodurch feste anhaftende Fremdstoffe unter die Bürste geraten und dadurch in das feinmaschige Netz gedrückt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Gerät zur Reinigung von Filterelementen derart weiterzubilden, daß eine vollkommene Reinigung des Filterelementes ohne jegliche mechanische Zerstörung erreicht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch die Zwischenschaltung eines elastischen Abschnittes zwischen der Oberfläche des Filterelementes und dem starren Armteil wird erfindungsgemäß erreicht, daß die die Ablösung der Fremdstoffe bewirkende Kante der Reinigungseinrichtung in stetiger Berührung mit der Wellenstruktur des feinmaschigen Netzes als Oberfläche des Filterelementes steht, wodurch eine zuverlässige Ablösung, auch insbesondere gelatineartiger Stoffe erreicht wird. Durch diese dichte Anlage des elastischen Abschnittes an die Oberfläche des Filterelementes ist es den zu entfernden Fremdstoffen nicht möglich, zwischen die Oberfläche und die Reinigungseinrichtung zu gelangen und dadurch in das Filternetz gedrückt zu werden.
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Der elastische Abschnitt kann durch eine Vielzahl elastischer Borsten oder durch ein flexibles Wischerblatt gebildet sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Gerätes zur Reinigung von Filterelementen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Filtergeräts mit horizontal angeordneten Filterelementen, das zur Darstellung des Aufbaus und der Ausrichtung des Filterreinigungsgeräts bezüglich des Filtergeräts geschnitten dargestellt ist.
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Fig. 2 zeigt einen vergrößert dargestellten Querschnitt eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Filterelements und des Reinigungsgeräts.
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Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Filterelement und das Reinigungsgerät.
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Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Reinigungsgerät allein.
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Fig. 5 zeigt ein Kräftediagramm, in dem die während des Betriebs auf das Reinigungsgerät wirkenden Kräfte beispielhaft dargestellt sind.
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Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 4 dargestellten Reinigungsgeräts.
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Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines abgeänderten Ausführungsbeispiels des Reinigungsgeräts und
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Fig. 8 zeigt einen Querschnitt des in Fig. 7 dargestellten Reinigungsgeräts.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist ein Teil eines Filtersystems, das das Filterreinigungsgerät enthält, in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Das Filtersystem 10 besitzt einen horizontalen Filtermechanismus 12, der in einer Filterkammer 11 angeordnet ist und eine hohle zentrale Befestigungs- und Filterröhre 14 aufweist, die sich im wesentlichen senkrecht erstreckt und eine Folge von senkrecht in Abstand voneinander befindlichen Öffnungen 15 aufweist, die an ihrem Umfang ausgebildet sind. Eine Vielzahl relativ flacher, sich in radialer Richtung erstreckender Filterelemente 18 sind an der Filterröhre 14 in vertikalem Abstand zueinander angeordnet, wobei das Innere eines jeden Filterelements 18 mit einem Satz der Umfangsöffnungen 15 fluchtet. Die Filterelemente 18 sind durch dazwischenliegende Abstandsstücke 16&min; die an und nahe der Filterröhre 14 angebracht sind, in dieser Lage gehalten. In der Nähe des Umfangs der Filterelemente 18 ist ein Sprüheinlaß 13 angeordnet, der aus einer senkrechten Stange mit einer Vielzahl von Sprühöffnungen 19 besteht, durch die gereinigte Flüssigkeit über jedes Filterelement 18 gesprüht werden kann; in der Nähe des Umfangs der Filterelemente 18 befinden sich desweiteren Reinigungseinrichtungen 40, die nachstehend ausführlicher erläutert werden.
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Im allgemeinen wird die durch einen (nicht dargestellten) geeigneten Einlaß in den horizontalen Filtermechanismus 12 eintretende ungereinigte Flüssigkeit durch die horizontal angeordneten Filterelemente 18 gereinigt und gelangt durch die Öffnungen 15 in das hohle Innere der Röhre 14 zu einem (nicht dargestellten) Filterauslaß, von wo sie in Abhängigkeit von der jeweiligen Zyklusphase, in der das Filtergerät betrieben wird, umgewälzt, abgesetzt oder einem Hilfsfiltersystem zugeführt wird. Eine vollständige Beschreibung eines derartigen Filtergeräts findet sich in der US-Patentanmeldung Nr. 4 48 493 ("Verfahren und Gerät für eine Flüssigkeit/Feststoff-Trennung"), auf deren Offenbarung hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Die hohle Befestigungs- und Filterröhre 14 ist an ihrem oberen und unterenEnde in (nicht dargestellten) abgedichteten Lagergehäusen drehbar angeordnet, so daß sie zusammen mit den Filterelementen gedreht werden kann, wenn der Filterkuchen verbraucht ist und eine Reinigung des Filtersystems gewünscht wird.
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Jedes Filterelement 18 ist an der Filterröhre 14 koaxial befestigt und vom benachbarten Filterelement durch ein Abstandsstück 16 getrennt. Jedes Abstandsstück 16 ist mit einer nach außen weisenden Nut 17 für die Aufnahme eines Armstützrings 46 ausgebildet. Jedes Filterelement besitzt einen Stützaufbau 20, der aus einem ziehharmonikaartig gefalteten Material, das vom Mittelpunkt des Filterelements strahlenförmig angeordnet ist und an der Außenkante spitz zuläuft, oder einem grobmaschigen Filter besteht. Dieser Stützaufbau 20 ist mit einer feinmaschigen Trennwand oder einem feinmaschigen Sieb 22 bedeckt, das eine auf ihr ausgebildete obere Filterkuchenfläche 23 trägt. Das den Stützaufbau 20 bedeckende feinmaschige Sieb 22 weist eine Maschengröße auf, die in Abhängigkeit von der Größe der jeweiligen, in der Flüssigkeit suspendierten Feststoffteilchen, die ausgefiltert werden sollen, verändert werden kann. Die untere Seite des Filterelements 18 ist mittels einer festen Metallplatte 26 verschlossen, so daß die durch die obere Filterfläche 23 des Filterelements 18 nach unten vorgedrungene Flüssigkeit radial nach innen zu der in der Röhre 14 ausgebildeten Öffnung 15 fließt, die mit dem Inneren des Filterelements in vertikaler Richtung ausgefluchtet ist und in Verbindung steht. Die Metallplatte 26 kann nach oben gebogen und um das feinmaschige Sieb 22 gefalzt oder mittels einer U-förmigen Kante 25 mit diesem verbunden sein, so daß der Außenumfang des Filterelements 18 abgedichtet ist. Bei vielen Anwendungen sind mehrere Filterelemente 18 zwischen benachbarten Abstandsstücken 16 um die Filterröhre 14 angeordnet, so daß sie bei Betrieb einer mit der Filterröhre 14 verbundenen (nicht dargestellten) Antriebseinrichtungen zusammen mit der Filterröhre 14 gedreht werden.
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Gemäß bekannten Verfahren wird die obere Filterfläche oder das feinmaschige Sieb 22 des Filterelements 18 mit einem Zusatzstoff, etwa Diatomeenerde vorbeschichtet, der mit der Flüssigkeit zusammenwirkt und einen Filterkuchen 23 auf dem feinmaschigen Sieb 22 bildet. Der Filterkuchen 23 weist sehr feine Zwischenräume auf, die ein Hindurchtreten des flüssigen Anteils ermöglichen, aber den Durchgang von Feststoffen oder anderen verunreinigenden Stoffen unterbinden, so daß sich solche Feststoffe auf dem Filterkuchen ansammeln. Wenn sich genügend Feststoffe angesammelt haben oder die Poren des Filterkuchens 23 so verstopft sind, daß die Filterwirkung reduziert ist, ist es notwendig, die angesammelte Masse und den verbrauchten Filterkuchen zu entfernen. Wie vorstehend beschrieben ist, ist ein solches Entfernen, insbesondere bei horizontalen Filtern, mit gewissen Nachteilen und Schwierigkeiten verbunden.
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Dieses Entfernen wird durch eine Mehrzahl von Reinigungseinrichtungen 40 erreicht, deren Anzahl mit der Anzahl der verwendeten Filterelemente 18 übereinstimmt. Die Reinigungseinrichtungen 40 sind so angeordnet, daß sie sich quer über die obere Filterfläche 23 jedes Filterelements 18 erstrecken und im allgemeinen parallel dazu liegen. Jedes Reinigungselement 40 besitzt ein Armteil 42, dessen inneres Ende am Stützring 46 befestigt ist. Dieser Stützring 46 ist in der im Abstandsstück 16 ausgebildeten Nut 17 angeordnet. Der Stützring 46 ist jedoch in der Nut 17 so angeordnet, daß eine relative Bewegung zwischen dem Abstandsstück 16 und dem Stützring 46 mit sehr geringer Reibung möglich ist. Das innere Ende des Armteils 42 der Reinigungseinrichtung 40 ist so befestigt, daß die Verlängerung des Armteils 42 über die Verbindungsstelle hinaus nicht durch die Mittelachse des Filterelements 18 geht, wie es in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist. Da der Ring 46 koaxial zu den Filterelementen 18, den Abstandsstücken 16 und der Filterröhre 14 verläuft, ist die Reinigungseinrichtung 40 bezüglich der Mittelachse dieser Elemente ebenfalls versetzt angeordnet und verläuft gemäß der Darstellung tangential zum Stützring 46. Jede Reinigungseinrichtung 40 erstreckt sich unter einer Krümmung und ist zu den von der Mittelachse jedes Filterelements 18 ausgehenden Radien bzw. Radialstrahlen nicht parallel. Das innere Ende des Armteils 42 jeder Reinigungseinrichtung 40 kann zur Erreichung einer stabilen Befestigung mit dem Außenumfang des Stützrings 46 mittels einer Stumpfschweißung verbunden sein. Das entgegengesetzte Ende des Armteils 42 schlägt an einer vertikalen Haltestange 48 an, die sich außerhalb der Außenkante der Filterelemente befindet und eine Bewegung der Reinigungseinrichtung 40 während der Drehung der Filterelemente verhindert. Ein solcher Anschlag läßt im Bedarfsfall das schnelle Auseinandernehmen der Vorrichtung eher als eine feste Verbindung zu.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Armteil 42 der Reinigungseinrichtung 40 eine gekrümmte Ausrichtung bzw. Verlauf auf. Es hat sich gezeigt, daß ein derartiger Verlauf schnell und wirksam ein rasches Entfernen der Masse des Filterkuchens und des gefilterten Stoffs von der Oberfläche des Filterelements 18 ermöglicht, ohne daß irgendwelche zerstörenden Kräfte auf das empfindliche feinmaschige Sieb 22 ausgeübt werden, die auf ein Aufschichten des Filterkuchens und des ausgefilterten Stoffs zurückzuführen sind und normalerweise bei Verwendung einer Bürste auftreten würde, die sich radial von der Drehachse erstreckt. Das durch die Verwendung der gekrümmten Reinigungseinrichtung ermöglichte vollständige Entfernen des verbrauchten Filterkuchens und des Schlamms erlaubt auch eine gründliche Reinigung der Filtertrennwand und ein Entfernen fremder gelatineartiger Stoffe, die andererseits das feinmaschige Sieb 22 des Filterelements 18 zudecken oder verstopfen würden. Ein derartiges Entfernen wird auf mechanische Weise durch eine Mehrzahl von Bürstenfasern oder Borsten 44 ermöglicht, die in Bürstenarmen 41 befestigt sind, die mittels Bolzen 43 an entgegengesetzten Seiten des Armteils 42 der Reinigungseinrichtung 40 angebracht sind. Somit gelangen gemäß der Darstellung in Fig. 2 die Borsten 44 von der unteren Seite jedes Armteils 42 unter einer ausreichenden Kraft in Anlage mit dem Filterkuchen 23 und der Trennwand 22 des darunter befindlichen benachbarten Filterelements 18, wenn das Filterelement 18 relativ zu den Borsten 44 gedreht wird, überwinden die Haftreibungskraft zwischen dem Filterkuchen und den Feststoffen sowie der Trennwand 22 und entfernen somit den Filterkuchen und die Feststoffe radial zu dem Rand des Filterelementes, so daß der abgelöste Filterkuchen herunterfällt. Nachdem der verbrauchte Filterkuchen entfernt ist, schrubben die Bürsten die Trennwand. Die an der entgegengesetzten oder oberen Seite des Armteils 42 befestigten Borsten 44 zwischen über die untere Seite 26 des darüber befindlichen benachbarten Filterelements 18 und verhindern eine Ansammlung oder ein Zusammenbacken von Feststoffen an diesem Filterelement.
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Das Reinigungsgerät mit gekrümmt verlaufenden Reinigungseinrichtungen reinigt ein horizontales Filterelement gründlich und arbeitet in folgender, unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen Weise:
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Nach dem Vorgang des Filterns befindet sich eine Masse oder Schicht von verbrauchtem Filterkuchen und angesammeltem Schlamm 23 auf der Trennwand 22 des Filterelements 18. Aus Gründen des Verständnisses sei angenommen, daß diese Schicht aus einer diskreten Anzahl von Einheitsmassen 50 besteht, die sich an Punkten unterschiedlicher radialer Abstände (z. B. r) von der Mittelachse des Filterelements 18 befinden. Um diese Abfallstoffe zu entfernen, wird das Filterelement 18 relativ zu der Reinigungseinrichtung 40 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht. Bei jeder radialen Entfernung wird durch jede Masse des Filterkuchens eine vektorielle Kraft F x auf die Reinigungseinrichtung ausgeübt und von ihr widerstanden. F x kann an jedem Punkt in eine Normalkomponente F n und in eine Tangentialkomponente F t zerlegt werden. F n ist die auf die Reinigungseinrichtung einwirkende bzw. anliegende Kraft, die durch deren Krümmungsmittelpunkt geht, während F t die Kraft ist, die durch die Einheitsmasse im Berührungspunkt mit der Reinigungseinrichtung tangential an die Reinigungseinrichtung gelegt wird, d. h., senkrecht zum Krümmungsradius der Reinigungseinrichtung in diesem Punkt. Die Kraft F n an jedem Punkt ist die von der Reinigungseinrichtung auf die Einheitsmasse ausgeübte Kraft zum Verschieben oder zum "Abheben" der Masse von der Filtertrennwand 22, während F t die auf jede Masse ausgeübte Kraft ist, die diese Masse vom Drehpunkt entlang der Reinigungseinrichtung radial nach außen und vom Filterelement wegdrückt und das Aufschichten des Filterkuchens und des gefilterten Stoffs auf der Filtertrennwand entlang der Fläche der Reinigungseinrichtung und somit einen daraus resultierenden bzw. möglichen Schaden an der Trennwand verhindert. Der Winkel zwischen der tangentialen Fläche der Reinigungseinrichtung und den von der Mittelachse ausgehenden Radialstrahlen ändert sich, so daß die Komponente der Richtungsänderung des Filterkuchens und des gefilterten Stoffs in radialer Richtung an von der Mittelachse entfernten Punkten ausreicht, die Bahn zu räumen, bevor das näher an der Mittelachse liegende Material das entfernt von der Mittelachse liegende Material erreicht und ein Aufschichten verursacht.
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Wegen der einsinnig gekrümmten Konfiguration der Reinigungseinrichtung, die in Drehrichtung des Filterelements 18 verläuft, ist die nach außen gerichtete Komponente F t , die die Masse 50 nach außen schiebt, an der Außenkante des Elements 18 am größten. Wenn das Filterelement für die Reinigung gedreht wird, erzeugt die gekrümmte Reinigungseinrichtung eine pflügende Kraft für den Filterkuchen. Im besten Fall sollte der Krümmungsradius der Reinigungseinrichtung 40 so gewählt sein, daß die Kraft F t an jedem Punkt entlang der Reinigungseinrichtung ungefähr gleich oder größer als die Kraft F n ist. Der Krümmungsradius der Reinigungseinrichtung sollte auch durch die Menge des Filterkuchens und des Schlamms bestimmt sein, die bei der jeweiligen Anwendung entfernt werden, wobei die Krümmung mit der Menge und auch mit der Drehgeschwindigkeit des Filterelements ansteigt.
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Während ein gerades Armteil 42 die gleiche Funktion wie ein gekrümmter Arm erfüllen wird, wenn es unter einem Winkel relativ zu den Radien des Filterelements angeordnet und in Drehrichtung offen ist, ist die Kraft F t , die die Schlammteilchenmassen nach außen drückt, an den einzelnen Punkten nicht so groß wie die, die von der Verwendung eines gekrümmten Armteils herrührt. Deshalb ist ein gerades Armteil nicht so wirksam, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Eine Reinigungseinrichtung sollte gekrümmt und unter einem Winkel zu den Radialstrahlen des Filterelementes angeordnet sein, so daß sie mit der Außenkante der Oberfläche des Filterelements einen spitzen Winkel bildet und bei Drehung des Filterelementes ein Strömen des Schlamms gegen die konvexe Außenkante des Filterelementes und in Richtung der Außenwand des Filters erzeugt wird, wodurch der Schlamm von dem Filterelement entfernt wird und zum Absetzen auf den Boden des Filters fällt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn in jedem Punkt des Armteils ein vom Mittelpunkt des Filterelementes ausgehender, durch den Punkt radial nach außen gerichteter Radialstrahl und ein von dem Punkt ausgehender nach außen gerichteter Tangentialstrahl des Armteils einen spitzen Winkel bilden.
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Gemäß der Darstellung in den Fig. 7 und 8 können die Borsten 44 an den gegenüberliegenden Seiten des Armteils 42 der Reinigungseinrichtung 40 durch entgegengesetzte, durchgängige flexible Wischerblätter 58 ersetzt werden, die oberhalb und unterhalb des Armteils 42 der Reinigungseinrichtung 40 angeordnet sind und mit den Oberflächen des Filterelements in Eingriff kommen. Diese Wischerblätter 58 können aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen gebildet sein, das von DuPont unter dem Warenzeichen "Teflon" verkauft wird, dem eine hohe Gleitfähigkeit zu eigen ist und das leicht zu reinigen ist. Die Borsten 44 können beispielsweise aus einer synthetischen Faser gebildet sein, die von hoher Festigkeit, elastisch und leicht zu reinigen ist, wie beispielsweise Nylon.