DE3502777C2 - Filtervorrichtung in Segmentbauweise - Google Patents
Filtervorrichtung in SegmentbauweiseInfo
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- Filtration Of Liquid (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung
zur Filterung von Gasen, Flüssigkeiten od. dgl.
Filtrierungsmedien, vorzugsweise für verfahrens
technische Anlagen, bspw. solchen der Lebens-
und Getränkeindustrie, etwa zur Druckluftauf
bereitung, insbesondere im Sterilbetrieb, ggf.
unter Überdruckbedingungen und/oder bei hohen
Temperaturen.
An Filtervorrichtungen für ein wie vorstehend
angegebenes Einsatzfeld werden sehr hohe An
forderungen gestellt. Neben einer gesicherten,
vollständigen Erfüllung der geforderten Filtrie
rungsleistungen, muß ein zuverlässiger, störungs
freier Betrieb gewährleistet werden können, da
ein Ausfall der Filtrierungsvorrichtung nicht nur
zu unbrauchbaren Produkten führt, sondern mit dem
Ausfall einer Filtervorrichtung in aller Regel
in den betreffenden Anlagen enorme Stillstands
verluste verbunden sind.
Insbesondere bei der Herstellung von Lebensmitteln
und Getränken, wie etwa in Brauereien, muß neben
den zuvor angesprochenen Anforderungen häufig auch
sichergestellt werden, daß die Filtrierungsmedien
nach Durchgang durch die Filtervorrichtung absolut
steril sind. Bei einem Ausfall der Filtervorrichtung
im Sterilbetrieb, was nicht immer unmittelbar zu
erkennen ist, können erhebliche Produktionsmengen
unbrauchbar werden.
Insgesamt ist der Anwendungsbereich solcher Filter
vorrichtungen sehr breit gefächert, neben einer
Verwendung zum Ausfiltern von Brennstoffen aus Gasen,
bspw. zum Abscheiden von Öl aus Druckluft (Ölab
scheider), werden diese Filtervorrichtungen bspw.
auch zum Entionisieren von Wasser, Entfernen von
Mikroorganismen aus Getränken, aus Nährbouillons von
Vermentern und dergleich mehr verwendet. Hierbei
müssen diese Filtervorrichtungen Temperaturen bis
zu 200, teilweise bis zu 300°C und Drücke im Be
reich von 16 bar bis zu 20 oder sogar 30 bar aus
halten. Sie dürfen auch nicht ausfallen, wenn die
Auslegungsleistung, unter Umständen kurzfristig,
einmal um das doppelte oder gar dreifache über
schritten wird.
Eine Filtervorrichtung der eingangs bezeichneten
Art und für die vorstehend angesprochenen An
wendungsfälle ist bspw. in der DE-OS 31 25 001
beschrieben. Wie dieser Druckschrift auch zu ent
nehmen ist, besteht eine solche Filtervorrichtung
im wesentlichen aus einem röhrenförmigen, gewöhn
lich senkrecht angeordneten, Filtermaterial, das
in einer Innen- und Außenröhre, die bspw. sieb
artig ausgestaltet ist, gehaltert ist. Oben und
unten wird das Filtermaterial, das auch als Filter
kerze bezeichnet wird, durch Abschlußdeckel ge
haltert. Um einen sicheren Abschluß zwischen dem
Filtermaterial und den Abschlußdeckeln sicher
zustellen, der einen Filterdurchschlag zuver
lässig verhindern soll, ist das Filtermaterial
an dem oberen und unteren Abschlußdeckel jeweils
angeklebt (vgl. hierzu bspw. auch US-PS 4,157,968).
Darüber hinaus ist es auch bekannt, die Filter
kerze mit den entsprechenden Deckeln zu verschweißen.
Da nach einer gewissen Betriebszeit das Filter
material sich zusetzt und die Filtrierungsleistung
nachläßt, oder jedenfalls ein unvertretbar hoher
Druckabfall eintritt, muß in regelmäßigen Ab
ständen ein Austausch vorgenommen werden. Bei
der bekannten Filtervorrichtung ist nun, aufgrund
der beschriebenen Verklebung bzw. Verschweißung,
das gesamte Filterelement auszutauschen, einschließ
lich der oberen und unteren Abschlußdeckel sowie
der inneren und äußeren Röhren, die das Filter
material abstützen, wobei diese Teile gewöhnlich
aus einem hochwertigen Werkstoff, insbesondere rost
freiem Stahl, gefertigt sind. Neben einer nicht
unbeträchtlichen Arbeitszeit sind mit einem solchen
Austausch auch immer erhebliche Kosten verbunden,
da die bei der bekannten Filtervorrichtung jeweils
mit auszutauschenden Teile gewöhnlich aus einem
sehr hochwertigen Werkstoff, bspw. nicht rostendem
Stahl, gefertigt sind, und so im Verhältnis zu
dem eigentlichen Verschleißteil, dem Filtermaterial,
einen sehr hohen Wert darstellen. Gleichwohl ist
für die hier in Rede stehenden Anwendungsgebiete
bislang nur die Verwendung der zuvor beschriebenen,
bekannten Filtervorrichtungen bekannt. Lediglich
im Kraftfahrzeugbereich ist ein Luftfilter bekannt,
der aus einem segmentartig aufgebauten Filter
element besteht, in dem scheibenförmiges Filter
material durch Distanzringe voneinander beab
standet sind (vgl. DE-PS 6 81 303). Diese Distanz
ringe bestehen jeweils aus Röhrenabschnitten unter
schiedlichen Durchmessers, die einmal nach innen
und einmal nach außen gerichtete Stege aufweisen.
Die Distanzringe sind in jeweils regelmäßig ab
wechselnder Sequenz übereinandergelegt, mit da
zwischengeschaltetem Filtermaterial. So wird an
gesaugte Luft durch den Distanzring mit den nach
außen gerichteten Stegen nach oben oder unten um
geleitet und in dem Bereich des Distanzringes
mit den nach innen gerichteten Stegen in die
Reinluftleitung gesogen, nachdem die Luft so
zwangsweise das zwischengeschaltete Filtermaterial
durchsetzt hat. Diese bekannte Filtervorrichtung
mag zwar für eine Anwendung bei der Reinigung von
Ansaugluft für Verbrennungskraftmaschinen geeignet
sein, sie ist jedoch für die Anwendungsgebiete,
für die die nachstehend beschriebene erfindungs
gemäße Filtervorrichtung gedacht ist, nicht ver
wendbar. Durch die Distanzringe wird im wesent
lichen nur eine Beabstandung des Filtermaterials
bewirkt, kann aber keine ausreichende Abdichtung
des Filtermaterials erzielt werden, die eine
Verwendung derartiger Filtervorrichtungen bspw.
auch im Sterilbetrieb ermöglichen würde. In der
übereinandergeschalteten Sequenz zwischen den
Distanzringen sind jeweils außen und innen viertel
kreisförmige Bereiche vorhanden, in denen das
Filtermaterial nur einseitig auf einem Distanz
ring aufliegt, aber nicht abdichtend gehaltert
wird. Hier können ohne weiteres "Bypässe" bzw.
Filterdurchbrüche auftreten, insbesondere auch
wenn, was bei diesen Filtervorrichtungen
nicht vorgesehen ist, das Filtrierungsmedium etwa
eine Flüssigkeit wäre. Tatsächlich ist eine der
artige Filtervorrichtung bislang auch nur als
Luftfilter für Verbrennungskraftmaschinen be
kannt geworden.
Im Hinblick auf die weiter vorne angesprochenen
Unzulänglichkeiten bei den bekannten Filtervor
richtungen der hier in Rede stehenden Art stellt
sich der Erfindung daher die Aufgabe, eine
Filtervorrichtung zur Filterung von Gasen, Flüssig
keiten od. dgl. Filtrierungsmedien, vorzugsweise
für verfahrenstechnische Anlagen usw. anzugeben,
die ohne eine Einschränkung in dem Verwendungsbe
reich eine größere Wartungsfreundlichkeit und
Regenerierbarkeit aufweist, bei zumindest gleicher
Betriebssicherzeit und Filtrierungsleistung.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung
eine Filtervorrichtung, die durch einen seg
mentartigen Aufbau gekennzeichnet ist, gebildet
durch im wesentlichen kreisringförmige Strömungsleitelemente mit
Dichtungswirkung, die von innen und außen anströmbar
sind, sowie zwischengeschaltetes, scheiben
förmiges Filtermaterial. Weiter lehrt die Er
findung, daß die Filtervorrichtung auch da
durch gekennzeichnet ist, daß das Filter
material an seinem gesamten Randbereich ab
dichtend mit den Strömungsleitelementen zusammenwirkt.
Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, daß
die zuvor erwähnte, aus dem Kraftfahrzeugbe
reich bekannte, sich durch einen segmentartigen
Aufbau auszeichnende Filtervorrichtung grund
sätzlich auch für die hier in Rede stehenden
Anwendungsbereiche geeignet ist.
Durch die Lehre, das Filtermaterial an seinem gesamten
Randbereich mit- oder gegenüber den kreis
ringförmigen Strömungsleitelementen abzudichten, ist
es möglich, einer Filtervorrichtung den An
wendungsbereich zu erschließen, für den bislang
nur Filtervorrichtungen mit Filterkerzen be
kannt sind.
In Ausgestaltung der zuvor gegebenen Lehre lehrt
die Erfindung weiter, daß jedes Strömungsleitelement eine
Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung aufweist,
die teils in einer Innenwand oder einer Außenwand
des Strömungsleitelementes ausgebildet sind. Entsprechend
der bekannten "Kerzen"-Filtervorrichtung wird auch
die erfindungsgemäße Filtervorrichtung entweder
von außen angeströmt, wobei dann das "Rein"-Medium
im Inneren der Filtervorrichtung, deren im wesent
lichen doppelröhriger Aufbau beibehalten ist, abge
zogen wird. Bei umgekehrter Strömungsrichtung,
strömt das Filtrierungsmedium von innen nach außen.
Mit Bezug auf die zunächst beschriebene Strömungs
richtung soll hier mit Innenwand der Abschluß
bereich des Strömungsleitelementes nach innen bezeichnet
sein, also bei dem bekannten doppelröhrigen Auf
bau der der Innenröhre entsprechende Bereich. Des
gleichen soll unter Außenwand der mit der Röhre
größeren Durchmessers übereinstimmende Bereich
bezeichnet sein. Die Einströmöffnung in der
Außenwand bzw. die Ausströmöffnung in der Innen
wand führt dazu, daß jeweils eine definierte
"Kammer" geschaffen ist, in die einmal das
Filtrierungsmedium von außen einströmt, umge
lenkt wird und dann ein darüber oder darunter
befindliches Filtermedium durchsetzt. Eine so
gebildete Kammer, die im übrigen über den
Umfang verteilt vier Ausströmöffnungen oder
Einströmöffnungen aufweisen kann, verfügt
oben und unten über innere und äußere durch
gängige Dichtränder oder Dichtleisten, gegen
die die Strömungsleitelemente etwa dichtend anpreßbar
sind, womit eine Umgehung des Filters ausge
schlossen ist.
In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung
darüber hinaus, daß in Strömungsrichtung des
Filtrierungsmediums dem Filtermaterial zumindest
ein Siebkörper od. dgl. vorgeschaltet ist. Diese
Vorschaltung des Siebkörpers kann grundsätzlich
dadurch realisiert sein, daß der Siebkörper mit
dem Filtermaterial einstückig ausgebaut ist. In
besonderen Fällen kann aber auch das Filter
material als solches schon ausreichen, ein Sieb
körper also nicht notwendig sein.
Wenn auch zur Abhaltung bzw. Ausfilterung von
Grobbestandteilen vor dem Filtermedium grund
sätzlich ein Siebkörper, der in Strömungs
richtung vor dem Filtermedium angeordnet ist,
ausreicht, kann es darüber hinaus aber auch
noch zweckmäßig sein, daß dem Filtermaterial
ein Siebkörper nachgeschaltet ist. Die Filter
vorrichtung wird damit universeller verwendbar,
da unabhängig von der Strömungsrichtung dem
Filtermaterial jeweils ein Siebkörper vorge
schaltet ist. Desgleichen wird durch eine solche
Anordnung auch verhindert, daß dann, wenn das
Filtermedium einmal reißen sollte, was ein
höchst seltener Fall ist, aber doch nicht
immer mit vollständiger Sicherheit aus zu
schließen ist, etwa wenn durch eine Störung
in der Anlage extreme Bedingungen auf die
Filtervorrichtung einwirken, kein Filtermaterial
auf die "reine" Seite gelangen kann, da es durch
das noch in Strömungsrichtung hinter dem Filter
material vorgesehene Sieb zuverlässig zurückge
halten wird.
Das Filterelement einer erfindungsgemäßen Filter
vorrichtung kann grundsätzlich einstückig ausge
bildet sein, jedenfalls solange, wie nur ein
Siebkörper vorgesehen ist. Fertigungsmäßig empfiehlt
es sich aber, das Strömungsleitelement in Form eines
Innen- und eines Außenringes herzustellen, die
durch den Siebkörper miteinander verbunden
sind. Der Siebkörper kann hierzu an seinem Innen-
und seinem Außenrand mit dem Innen- und Außen
ring verschweißt oder verklebt sein. Besonders
dann, wenn vor und hinter dem Filtermedium ein
Siebkörper angeordnet sein soll, empfiehlt es
sich, den Siebkörper lösbar mit dem Innen- und
dem Außenring zu verbinden, etwa durch eine
Verschraubung. Auch könnte sich bspw. eine
Einklemmung durch Klemmschrauben empfehlen.
Eine besondere Ausgestaltung der Lehre der Er
findung geht jedoch dahin, einen Siebkörper in
dem Außenring rastbar zu haltern. Der Siebkörper,
der gewöhnlich ein dehnungsfähiger Stahlkörper
ist, wird gemäß dieser Ausgestaltung der Lehre
in eine Rastnut in dem Außenring eingedrückt
und liegt dann auf einer entsprechenden Fläche
oder etwa einem entsprechenden umlaufenden Ab
satz des Innenringes auf. Bei zwei Siebkörpern,
die in dem Außenring mit Abstand zueinander
parallel geklemmt sind, ist es so möglich, den
Innenring allein durch Formschluß zu haltern.
Bevorzugt ist der Klemmabstand der Siebkörper
dann in dem Außenring ein klein wenig geringer
als in dem Innenring bzw. als der Abstand der
umlaufenden Absätze des Innenrings, wodurch die
Siebkörper gleichzeitig mit Druck auf dem Innen
ring aufliegen. Eine derartige Ausgestaltung er
bringt zum einen eine sehr einfache Montierbarkeit
der Vorrichtung, da eine zusätzliche Bearbeitung im
Sinne eines Schweißens, Klebens oder Verschraubens
entfällt. Darüber hinaus ergibt dies aber zwischen
dem Innenring und dem Außenring eine gewisse
Elastizität und Verschiebbarkeit relativ zuein
ander, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Ver
bindungsstellen, etwa Schweißpunkte, aufbrechen.
Diese Elastizität ist von großer Bedeutung für
einen zuverlässig dichtenden Abschluß zwischen
den Strömungsleitelementen und den dazwischengeschalteten
Filtermedien, wie weiter unten noch im einzelnen
ausgeführt ist.
Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, daß das
Filtermaterial mit Abstand zu den Siebkörpern an
ordbar ist. Das Filtermaterial kann so in einem
begrenzten Umfang "arbeiten", hat etwa Raum für
mit den Temperaturschwankungen verbundene Aus
dehnungen.
Von ganz entscheidender Bedeutung für die Dichtig
keit der Filtervorrichtung, das dichtende Zusammen
wirken der Strömungsleitelemente mit dem Filtermaterial,
ist es, daß bei allen Filterelementen, allen Innen-
und Außenringen der Strömungsleitelemente, jeweils der
notwendige Druck zwischen benachbarten Strömungsleitelementen
herrscht, um die dichtende Pressung des Filter
materials sicherzustellen. Insbesondere wenn relativ
dünnes Filtermaterial verwendet wird, das zudem noch
relativ wenig dehnungsfähig ist, kann durch Setzungs
erscheinungen der Druck zwischen Außen- oder Innen
ringen der Strömungsleitelemente entscheidend nachlassen.
Um hier eine Abhilfe zu schaffen, lehrt die Erfindung
weiter, daß zumindest ein Segment, vorzugsweise ein
Endsegment der Filtervorrichtung, gegen die nach
folgenden Segmente über einen Gummiwulst, bspw.
einen O-Ring oder einen Gummiwulst mit einem im
oberen Bereich kreisförmigen, unten jedoch recht
eckigen Querschnitt zur Einpassung in eine Nut,
abgestützt ist. Wenn sich zwischen weiteren Seg
menten Setzungserscheinungen ergeben, kann die
Halterung der Segemente nachfolgen, wie bei
einer Druckfeder, und den Druck praktisch unver
ändert aufrechterhalten. Soweit die Segemente,
wie zuvor gelehrt, aus Innen- und Außenringen be
stehen, weist vorzugsweise bei dem Endsegment
der Innen- wie der Außenring einen derartigen
Gummiwulst auf.
Abgesehen von der Bedeutung, Setzungserscheinungen
auszugleichen, kann oder können O-Ringe, bzw. Gummi
wülste od. dgl., auch noch vorteilhaft sein, wenn
das Filtermaterial selbst ein unelastisches Material
ist, wie bspw. ein Keramikwerkstoff. Dann empfiehlt
es sich, jeweils zwischen dem Filtermaterial und
dem Strömungsleitelement, also den Innen- und Außenringen,
derartige O-Ringe oder Gummitwülste vorzusehen.
Zum Zusammenhalt der Strömungsleitelemente ist es im
übrigen vorteilhaft, die obere und untere Halterung
der Strömungsleitelemente mit einem Zuganker gegenein
ander zu verspannen. Der Zuganker kann bspw. eine
durch die Mitte der Filtervorrichtung, zusammen
fallend mit der Achse der Filtervorrichtung, geführte
Langschraube sein, die die untere und obere Halterung
für die Segemente gegeneinander verspannt.
Eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung, wie sie
zuvor beschrieben ist, kann grundsätzlich mit
verschiedenem Filtermaterial betrieben werden. Da
die Durchflußleistungauch eine Funktion der zur
Verfügung stehenden Filterfläche ist, ist es
vorteilhaft, in einem gegebenen Raum möglichst
viele Filtersegmente unterzubringen. Eine ökonomische
Ausnutzung des Raumes wiederum wird gefördert von
relativ dünnen Strömungsleitelementen. Um diesem Er
fordernis nachzukommen lehrt die Erfindung weiter
hin, in Filtervorrichtungen der hier in Rede
stehenden Art, insbesondere in einer Filtervor
richtung mit einem oder mehreren der zuvor be
schriebenen Merkmale, als Filtermaterial Kunst
stoffmembranen zu verwenden. Das Ausgangsmaterial
für solche Membranen wird bspw. auch unter dem
Warenzeichen GORE-TEX vertrieben.
Ein derartiges Filtermaterial besteht aus einer
Membrane, die filteraktiv ist und einem mit der
Membrane verbundenen Trägermaterial. Da das
Trägermaterial relativ leicht durchgängig ist,
auch für auszufiltrierende Bestandteile, die
eben erst in der filteraktiven Membrane filter
mäßig zurückgehalten werden, ist es erforderlich,
diese Membranen immer in einer bestimmten Weise
in eine in Rede stehende Filtervorrichtung einzu
legen, nämlich so, daß das Filtrierungsmedium
zunächst die filteraktive Membrane durchströmt
und nachfolgend das Trägermaterial. Anderenfalls
könnte über das Trägermaterial ein "Kurzschluß"
auftreten, d. h. praktisch ungefiltertes Filtrierungs
medium auf die "Rein"-Seite gelangen.
Eine besondere Lehre der Erfindung geht jedoch
dahin, ein zumindest dreischichtiges Membranelement
zu verwenden, das dementsprechend aus einer filter
aktiven Membran, gefolgt von einer Trägerschicht
und wiederum einer filteraktiven Membran besteht.
Unabhängig von der Einbauweise kann bei der Ver
wendung einer solchen Membran ein "Kurzschluß" nicht
auftreten.
Darüber hinaus kann es aber auch vorteilhaft sein,
ein vierschichtiges Membranelement zu verwenden,
das in einfacher Weise aus zwei zweischichtigen
Membranelementen zusammengefügt ist, die so mit
einander verbunden sind, daß jeweils die Träger
schichten aneinander angrenzen. Aus dem Ausgangs
material ist dann ein besonders stabiles Membran
element hergestellt.
Wie schon weiter vorne ausgeführt, ist es für
eine Filtervorrichtung der hier in Rede stehenden
Art von großer Bedeutung, vollständig dicht zu
sein, d. h. auszuschließen, daß das Filtrierungs
medium in irgendeiner Weise die Filtervorrichtung
ohne Filtrierung durchsetzt, also etwa im "Bypass"
das Filtermaterial umgeht. Hierzu ist von be
sonderer Bedeutung, daß das Filtermaterial insbe
sondere bei einer Filtervorrichtung, wie sie weiter
vorne beschrieben ist, dichtend zwischen den
Filterelementen, d. h. zwischen den jeweiligen
Außen- und Innenringen gehaltert ist. Grundsätz
lich kann dies dadurch unterstützt werden, daß
die Strömungsleitelemente an ihrem äußeren und inneren
Rand mit einer abdichtenden Einfassung umgeben
werden.
Besonders bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist
es jedoch, das Strömungsleitelement selbst durch eine
geeignete Pressung oder Formung schon bei der
Herstellung mit einem inneren und äußeren Rand
wulst auszugestalten.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung der lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden beigefügten Zeichnung, auf der
zeigt:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer
erfindungsgemäßen Filtervorrichtung;
Fig. 2 zwei Strömungsleitelemente einer erfindungs
gemäßen Filtervorrichtung sowie ein
zwischengeschaltetes Membranelement,
in vergrößerter Darstellung;
Fig. 3 eine nochmals vergrößerte, halb
seitige Darstellung eines erfindungs
gemäßen Membranelements, im Schnitt;
Fig. 4 eine alternative Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Strömungsleitelementes;
Fig. 5 ein weiteres alternatives Strömungsleitele
ment, welches nach innen offen und
zur Außenleitung geschlossen ist;
Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Strömungsleitelement
gemäß Fig. 4 und Fig. 5, mit Stütz
wänden;
Fig. 7 ein weiteres alternatives Strömungsleitelement
mit schlitzförmigen Öffnungen in Stirn
flächen;
Fig. 8 eine schematische Darstellung zweier über
einandergelegter Strömungsleitelemente, in alter
nativer Ausführungsform, mit dazwischen
liegendem Filtermaterial und ringförmigen
Dichtelementen;
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform eines alternativen
Strömungsleitelementes, mit einem ringförmigen
Wulst parallel zur Innen- und Außenwand auf
der einen Stirnfläche und mit einer ring
förmigen Vertiefung parallel zur Innen- und
Außenwand auf der anderen Stirnfläche;
Fig. 10 eine weitere alternative Ausführungs
form von Strömungsleitelementen, wobei die
einen Strömungsleitelemente lediglich mit
wulstartigen Erhebungen ausgebildet
sind, während die anderen Strömungsleitele
mente jeweils nur mit Vertiefungen aus
gebildet sind, im Schnitt;
Fig. 11 eine weitere alternative Ausführung
eines Strömungsleitelementes, wobei auf der
jeweiligen Stirnseite des Strömungsleitele
mentes ein wulstförmiges, ringartiges
Abdichtungselement und rinnenartiges
Abdichtungselement angebracht ist, im
Schnitt;
Fig. 12 ein alternatives Filtermaterialpaket,
in der Draufsicht;
Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie
A-A in Fig. 12;
Fig. 14 eine weitere alternative Ausführungs
form eines Filtermaterialpaketes, wo
bei ein Metallsieb als Filtermaterial
blatt verwendet ist, geschnitten ent
lang der Linie A-A in Fig. 12;
Fig. 15 ein mehrschichtiges Filtermaterialpaket,
geschnitten entlang der Linie A-A in
Fig. 12;
Fig. 16 ein Filtermaterialpaket, bei welchem
das Filtermaterial mittels Schrauben an
mehrschichtigen Einfassungen befestigt
ist, geschnitten entlang der Linie A-A
in Fig. 12;
Fig. 17 eine Ausführungsform, bei welcher das
Filtermaterial durch Aufbringen von
Druck in zwei Einfassungen eingeklemmt
ist, geschnitten entlang der Linie A-A
in Fig. 12;
Fig. 18 eine weitere alternative Ausführungs
form, bei der die Einfassung(en) den
Rand des Filtermaterialpaketes nicht
umfassen, geschnitten entlang der Linie
A-A in Fig. 12;
Fig. 19 eine Draufsicht des in Fig. 18 geschnitten
dargestellten Filtermaterialpaketes;
und
Fig. 20 eine Einsatz eines Filtermaterialspa
ketes in einer Filtervorrichtung.
Dargestellt und beschrieben ist eine Filtervorrichtung
10, zur Filterung von Gasen, Flüssigkeiten od. dgl.
Filtrierungsmedien in verfahrenstechnischen Anlagen,
wie das im einzelnen weiter oben zu Beginn ausge
führt ist.
In Fig. 1 der beigefügten Zeichnung ist die Filtervor
richtung 10 prinzipmäßig dargestellt, wobei das Filtrie
rungsmedium durch die Zuführleitung 12 in die Filtervor
richtung 10 gelangt, dann die Strömungsleitelemente 1 durchsetzt
und durch die Abführleitung 14 der Anlage, von der die
Filtervorrichtung 10 ein Element ist, wieder zugeführt
wird. Bei der in Fig. 1 dargestellten Filtervorrichtung
10 ist zur Verdeutlichung das Filtermaterial 2 stark
vergrößert dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind die
Strömungsleitelemente 1 teilweise innen, d. h. dem Zuström
rohr 12 zu geschlossen, und weisen teilweise eine Öffnung
zu dem Zuströmrohr 12 hin auf.
Das Filtrierungsmedium strömt nun in dem in Fig. 1
dargestellten Beispiel durch die Öffnungen der zu dem
Zuströmrohr 12 hin offenen Strömungsleitelemente 1, dann,
unter einer Strömungsumlenkung, im wesentlichen um
90°; durch das Filtermaterial 2, und sodann wieder unter
einer Strömungsumlenkung, im wesentlichen wieder unter
90°, durch weitere Strömungsleitelemente 1, die nach außen,
d. h. zu dem Reinmediumraum 16 hin offen sind.
Wie weiter in Fig. 1 zu erkennen sind, werden die
Strömungsleitelemente 1 durch obere und untere Einfassungen
bzw. Abdeckkappen 28 bzw. 30 gehaltert.
Wenn auch zuvor davon gesprochen wurde, daß das
Filtrierungsmedium von der Zufuhrleitung 12 in die
jeweiligen Strömungsleitelemente 1 strömt, so ist doch
genauer zu erkennen, daß die Zuführleitung 12 in
eine Filterinnenleitung 18 mündet, die jedoch im
körperlichen Sinne keine eigene Leitung zu sein
braucht, sondern durch die jeweiligen, zu ihr hin
geöffneten oder nicht hin geöffneten Strömungsleitelemente
bildbar ist.
Wie genauer in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die er
findungsgemäße Filtervorrichtung 10 segmentartig
aufgebaut, nämlich durch im wesentlichen kreis
ringförmige Strömungsleitelemente 1, die aus einem Außen
ring 9 und einem Innenring 8 bestehen. Der Außen
ring 9 und der Innenring 8 werden bei dem in Fig.
2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch Siebkörper
7 zusammengehaltert, die jeweils in dem Außenring
9, wie in der Zeichnung auch zu erkennen sind, form
schlüssig eingeklemmt sind. Dadurch, daß die Sieb
körper 7 auf umlaufenden Absätzen 51 bzw. 52 des
Innenringes 8 aufliegen, wird das Strömungsleitelement 1
insgesamt, das aus einem Außenring 9, den beiden
Siebkörpern 7 und dem Innenring 8 besteht, zusammen
gehalten.
Wie weiter in Fig. 2 dargestellt, sind die Einström
öffnungen 3 bzw. die Ausströmöffnungen 4 bohrungs
artig in dem Außenring bzw. dem Innenring 8 ausge
bildet.
Damit ist erreicht, daß auf dem Außenring 9 und
dem Innenring 8 umlaufende Dichtflächen 53 bzw.
54 ausgebildet werden können, auf denen das
Filtermaterial 2 durchgehend aufliegt. Das Filter
material 2 wird so zwischen zwei Strömungsleitelementen
1, die jeweils auch an ihrer unteren Seite ent
sprechende Dichtflächen 53 und 54 aufweisen,
vollkommen abdichtend gehalten.
In Fig. 2 sind jeweils nur zwei Ausströmöffnungen
4 bzw. Einströmöffnungen 3 zu erkennen. Vorzugs
weise besitzt ein Strömungsleitelement 1 jedoch jeweils
vier Ausströmöffnungen 4 bzw. Einströmöffnungen 3.
Darüber hinaus ist aus Fig. 2 auch noch zu erkennen,
daß das Filtermaterial 2, das auf der Dichtfläche
53 bzw. 54 aufliegt, im zusammengebauten Zustand
der Filtervorrichtung 1 mit Abstand zu den vor-
und nachgeschalteten Siebkörpern 7 sich befindet,
womit die schon weiter vorne angesprochenen Vorteile
verbunden sind.
Nicht dargestellt ist, daß ein End-Strömungsleitelement
in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit einem Gummiwulst bzw. einem
O-Ring versehen sein kann, und über den dieses
Strömungsleitelement 1 dann mit dem darüber oder darunter
befindlichen Strömungsleitelement 1 zusammenwirkt. Wenn
auch dieser Gummiwulst grundsätzlich in der Dicht
fläche 53 und der Dichtfläche 54 vorgesehen sein
kann, so ist es doch auch möglich, den Gummiwulst
an dem Innenring 8 in der Kontaktfläche 55 aus zu
bilden und in dem Innenring 9 in einem äußeren Be
reich der Dichtfläche 53, so daß das Aufliegen des
Filtermaterials 2 auf den Dichtflächen 53 und 54
nicht gestört wird. Aufgrund dieses Gummiwulstes
bzw. dieses O-Ringes wird Setzungserscheinungen
in der Filtervorrichtung 1 vorgebeugt, die unter
Umständen dazu führen könnten, daß, durch Nach
lassen der Pressung zwischen den einzelnen Strömungsleit
elementen 1, Undichtigkeiten auftreten.
In Fig. 3 ist im Querschnitt und lediglich hälftig
eine Filtermembran dargestellt, die erfindungs
gemäß als Filtermaterial 2 Verwendung findet. Diese
Filtermembran ist bevorzugt eine PTFE-Membran und
besteht aus drei bzw. vier Schichten, von denen
die mittlere oder die beiden mittleren Träger
materialschichten sind, während die äußeren die
eigentliche Filterwirkung erbringen. Im einzelnen
ist dies schon weiter vorne beschrieben. Wie in
Fig. 3 zu erkennen ist, weist das Filtermaterial
2 bzw. die Filtermembran einen äußeren umlaufenden
Dichtwulst 56 und entsprechend einen inneren
umlaufenden Dichtwulst 57 auf, deren Vorteilhaftig
keit auch schon weiter vorne beschrieben ist.
In den Fig. 4 bis 11 sind alternative Ausführungs
formen der Strömungsleitelemente 1 dargestellt, die im
folgenden auch als Filtersegmente bezeichnet werden.
Wie schon aus der vorstehenden Beschreibung hervor
geht, sind für eine erfindungsgemäße Filtervor
richtung 10 zwei unterschiedliche Strömungsleitelemente
1 bzw. Filtersegmente notwendig.
Das in Fig. 4 dargestellte Filtersegment 26 einer
ersten Art ist zu dem Reinmediumraum 16 hin mit
Öffnungen versehen, die eine beliebige, mit der
Stabilität des Filtersegmentes zu vereinbarende
Form besitzen können. Durch diese Öffnungen ist
ein freier Austritt von gereinigtem Material,
welches aus dem Filtermaterial in das nach außen
offene Filtersegment durch die Öffnungen in der
Stirnfläche des Filtersegmentes 24 (Fig. 5) strömt,
möglich. Die zweite Art Filtersegmente 24 ist
nach innen mit Öffnungen versehen, nimmt das nicht
gereinigte Material auf und leitet es durch
Öffnungen in seinen Stirnflächen in das Filter
material 2. Da diese Filtersegmente 24 ständig
den Verschmutzungen ausgesetzt sind, kann es
notwendig sein, ggf. diese Elemente separat zu
reinigen, oder auch zu ersetzen bzw. aus einem
Material herzustellen, welches gegenüber den
Verunreinigungen unempfindlich ist. Die nach
außen offenen Filtersegmente 26 können dagegen
weniger reinigungsanfällig sein und ggf. aus
einem preiswerteren, nicht so resistenten Material
gefertigt sein.
Dabei ist es zur Aufnahme des auf die Filterseg
mente ausgeübten Druckes erstrebenswert, radiale/
sternförmige Stützwände 32 in den einzelnen Seg
menten vorzusehen, welche eine Verformung der je
weiligen Filtersegmente in Richtung der Filter
hauptachse vermeiden, durch welche Undichtigkeiten
der Anordnung hervorgerufen werden könnten. Die
Anzahl der radialen Stützwände 32 ist nicht sehr
kritisch, aus Gründen der erhöhten mechanischen
Beanspruchung kann jedoch das Vorsehen von sehr
viel mehr Stützwänden, als in Fig. 6 dargestellt,
vorteilhaft sein.
In Fig. 7 ist eine weitere mögliche Ausführung der
Öffnungen in den Stirnflächen der Filtersegmente
als radiale Schlitze vorgesehen, welche aus
Fertigungs- bzw. Material- bzw. Widerstandsgründen
erstrebenswert sein kann. Selbstverständlich können
auch kreisförmige Öffnungen oder jede anderen geeig
nete Art von Öffnungen in den Stirnflächen der
Filtersegmente vorgesehen sein, wodurch der Größe
und Form der Öffnungen lediglich durch die Stabi
lität der Filterelemente Grenzen gesetzt sind.
Eine Abdichtung des Filtermaterials 2 gegen die In
nen-und Außenleitung ist notwendig. Dabei ist in
Fig. 8 eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt,
bei welcher in beiden Arten Filtersegmenten 24, 26
ringförmige Wulste ausgebildet sind, in welche
ringartige Abdichtelemente 38 gelegt werden können,
zwischen welche sodann das Filtermaterial 2 einge
füllt oder in Blatt-/ oder Scheibenform eingelegt
wird. Diese Dichtelement können bspw. aus Teflon,
Silikon, Gummi od. dgl. hergestellt sein, je nach
Art der zu reinigenden Materialien.
In Fig. 8 ist eine weitere bevorzugte Ausführungs
form der Abdichtung gezeigt, wobei die Filterseg
mente auf ihrer einen Stirnfläche wulstartige,
ringförmige Vertiefungen aufweisen, während die
Segmentoberfläche Erhöhen aufweist, welche bei
Zusammendrücken beider Filtersegmente derart mit
einander in Eingriff kommen, daß eine Abdichtung
zwischen Vertiefung und Wulst erreicht wird, und
daß das zwischen den Filtersegmenten 24, 26 ein
gebettete Filtermaterial 20 gegen die Innen- und
Außenleitung abgedichtet wird.
In Fig. 10 ist nun ein Filter dargestellt, in welchem
das zu reinigende Material in umgekehrter Form von
außen nach innen durch den Filter strömt. Äquivalente
Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Um eine ungefähre Dimensionsvorstellung, welche
keinesfalls begrenzend für die Erfindung ausge
legt werden soll, zu geben, bewegen sich die Innen
durchmesser der Filterinnenleitung herkömmlicher
Kerzenfilter zwischen 3 und 15 cm, während die
Länge herkömmlicher Kerzenfilter zwischen 2 und 100
cm variieren kann. Die erfindungsgemäße Ausführungs
form ist keinesfalls auf diesem Maßangaben beschränkt.
Ein Beispiel von Filterelementen, wie sie in Fig. 1
dargestellt sind, sind Ölabscheider, Wasserabscheider,
Ionenaustauscher und ähnliches.
Die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform eignet
sich bspw. für Sterilfilter.
In den Fig. 12 bis 20 sind desweiteren unterschied
liche Ausführungsformen eines Membranelementes bzw.
eines Filtermaterialpaketes dargestellt.
Wie in Fig. 12 dargestellt, ist zur Abdichtung eines
Membranelementes bzw. einer Filtermaterialscheibe auf
dem Randbereich einer kreisförmigen Filtermaterial
scheibe eine abdichtende Einfassung aufgebracht, welche
wie in den Fig. 13 oder 14 dargestellt, aus einem
anderen Material als das Filtermaterialblatt, bevor
zugt einem elastischem Material, wie Gummi, Kunststoff
oder ähnlichem bestehen kann. Durch Aufbringen von
Druck senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des
Filtermaterials wird sodann durch Zusammendrücken
des Materials eine Abdichtung erzielt.
Falls nun plane Flächen als Abdichtflächen zur
Flächendichtung zur Verfügung stehen, kann wie in
Fig. 13 dargestellt, eine rechteck- bzw. quader
förmige Ausgestaltung der Abdichteinfassungen 114
bzw. 116 vorteilhaft sein.
Es kann jedoch auch aus gußtechnischen Gründen er
wünscht sein, für derartige Einfassungen 116, 114
wie in Fig. 14 am Beispiel eines Oberflächenfilters,
das hier als Sieb dargestellt ist, verdeutlicht,
einen runden, elliptischen oder kreisförmigen Quer
schnitt der Einfassung zu wählen.
In Fig. 15 ist eine Ausführungsform dargestellt,
bei welcher verschiedene Schichten durch dazwischen
liegendes Stützgewebe verstärkt und sodann durch
aufpolimerisierte Einfassungen fixiert werden.
Dabei wechseln Stützgewebeschichten 108 mit Filter
vlies 20 und Filterharz 22 ab.
Für besonders hohe Drücke kann es, wie in Fig. 16
dargestellt, nützlich sein, wenn ein aus reißfestem
Material bestehendes Filtermaterialblatt durch be
kannte mechanische Fixierungseinrichtungen befestigt
wird. In diesem Falle wurden Schrauben 118 durch das
Filtermaterialblatt 100 und ein Metalleinfassungs
teil 120 zur Befestigung des Filtermaterialblattes
eingesetzt, wobei eine weitere elastische Schicht
122 den festen Metallkern umgibt, um eine bessere
Abdichtung zu gewährleisten. Durch eine derartigen
Fixierung des Filtermaterialblattes wird ein
Durchschlagen des Filters vermieden und eine ver
besserte Befestimmung desselben ermöglicht.
In Fig. 17 ist nun eine weitere bevorzugte Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterial
paketes dargestellt, bei welcher ein lockeres, oben
und unten mit Stützgewebe versehenes Filtermaterial
durch zwei Abdeckkappen 110 über eine Klemmwirkung ge
halten ist.
Aus den Fig. 18 und 19 sind weitere Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Filtermaterials ersichtlich,
bei welchen die Einfassungen mit Abstand vom äußersten
Rand der Filtermaterialscheiben aufgebracht sind.
Diese Wahrung von Abstand kann bspw. notwendig sein,
falls durch eine derartige Aufbringung eine bessere
Durchdringung des Materials mit dem Dichtmaterial
bzw. Einfassungsmaterial möglich ist bzw. eine bessere
mechanische Festigkeit der abdichtenden Verbindung,
insbesondere gegen Druck, erzielt werden kann.
In Fig. 20 ist nun der Einsatz des erfindungsgemäßen
Filtermaterialpaketes in einer Filtervorrichtung ge
mäß der weiter vorne beschriebenen Art betreffend
eine Filtervorrichtung zum Filtern von Gasen und
Flüssigkeiten beschrieben. Durch das in Fig. 20 als
oberes dargestellte Filtersegment tritt das zu
filternde Medium durch offene Seitenwände der Filter
segmentscheibe ein, gelangt durch die Perforation
im Segmentboden in das darunterliegenden Filtermaterial
paket 100 und verläßt es gefiltert in ein bauähnliches
Filtersegment, welches zur Filterinnenleitung hin
offen und zur Filteraußenleitung hin geschlossen
ist und ebenfalls Perforationen in seinen beiden
Stirnwänden aufweist, zur Filterinnenleitung. Der
artige Filteranordnungen können in beliebigen
Höhen übereinander gestapelt werden, wobei zum
Erzielen einer zufriedenstellenden Filterung die
Abdichtung der Filtermaterialpakete gegenüber
den Filtersegmenten wesentlich ist.
Es darf noch darauf hingewiesen werden, daß in
Fig. 17 mit Bezugszeichen 112 ein Oberflächenfiltrations-
Filtermaterialblatt bezeichnet ist.
Claims (26)
1. Filtervorrichtung zur Filterung von Gasen,
Flüssigkeiten oder anderen Filtrierungsmedien, gekennzeich
net durch einen segmentartigen Aufbau, gebildet durch im
wesentlichen kreisringförmige Strömungsleitelemente (1) mit
Dichtungswirkung, die von innen und außen anströmbar sind,
sowie zwischengeschaltetes, scheibenförmiges Filtermaterial
(2), wobei das Filtermaterial (2) an seinem gesamten
Randbereich abdichtend mit den Strömungsleitelementen (1)
zusammenwirkt.
2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Strömungsleitelement (1) eine
Einströmöffnung (3) oder eine Ausströmöffnung (4) aufweist,
die jeweils in einer Innenwand (5) oder einer Außenwand (6)
des Strömungsleitelementes (1) ausgebildet sind.
3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des
Filtrierungsmediums dem Filtermaterial (2) zumindest ein
Siebkörper (7) vorgeschaltet ist.
4. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filtermaterial (2) ein
Siebkörper (7) nachgeschaltet ist.
5. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement
(1) mehrteilig aufgebaut ist, nämlich zumindest aus einem
Innen- und einem Außenring (8, 9) besteht.
6. Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement (1) einen oder
mehrere Siebkörper (7) umfaßt.
7. Filtervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Siebkörper (7) in den Außenring (9)
und/oder den Innenring (8) einrastbar ist.
8. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (2) mit
Abstand zu dem Siebkörper (7) anordenbar ist.
9. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Strömungsleit
element (1) gegen die nachfolgenden Strömungsleitelemente
(1) über einen Gummiwulst/O-Ring abgestützt ist.
10. Filtervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das abgestützte Strömungsleitelement ein
End-Strömungsleitelement (1) ist.
11. Filtervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß im Falle eines Strömungsleitelementes
(1) aus einem Innen- und einem Außenring (8, 9) der Innen-
und/oder der Außenring (8, 9) einen Gummiwulst/O-Ring
aufweist.
12. Filtermaterial, insbesondere zur Verwendung in
einer Filtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermaterial (2) Kunst
stoffmembranen verwendet sind.
13. Filtermaterial nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kunststoffmembran eine PTFE-Membran ist
14. Filtermaterial nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß eine zumindest zweischichtige Membran
verwendet wird.
15. Filtermaterial nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß eine zumindest dreischichtige Membran
verwendet wird.
16. Filtervorrichtung, insbesondere nach einem der
Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter
innenleitung (18) als eine Öffnung aufweisender Zuganker,
auf welchem die Filtersegmente (24, 26) und das Filter
material (2) durch Halteelemente (28, 39) befestigbar sind,
ausgebildet ist.
17. Filtervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die ringförmigen Filtersegmente (24, 26)
radial zur Achse der Innenleitung (18) verlaufende, senk
recht zu den Stirnflächen (34) verlaufende Stützwände (32)
aufweisen.
18. Filtervorrichtung nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in einer oder
beiden Stirnflächen (34) der Filtersegmente lochartig
und/oder schlitzförmig und/oder siebartig sind.
19. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 16
bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (24,
26) jeweils zwei parallel zur Segementaußenwand und Außen
wand (27, 29) verlaufende Ringwulste auf ihrer Stirnfläche
bzw. ihren Stirnflächen (34) aufweisen.
20. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 16
bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (24,
26) zwei parallel zur Segmentaußenwand (27) und Innenwand
(29) verlaufende ringförmige Vertiefungen auf ihrer bzw.
ihren Stirnseiten (34) aufweisen, die zum abdichtenden
Eingriff mit der Ringwulst eines benachbarten Filterele
mentes ausgebildet sind.
21. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial
(2) ein nicht wieder verwendbares Material, wie Papier,
Zellulose, Filz, Leder, Asbest, Sägemehl, Bimsstein,
Titandioxid und ähnliches ist.
22. Filtervorrichtung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial
(2) ein regenerierbares Material, wie Glas, Teflon, Porzel
lan, Kunstharz-Ionenaustauscher, Metall oder ähnliches ist.
23. Verwendung einer Filtervorrichtung nach einem
der vorangehenden Ansprüche in verfahrenstechnischen
Anlagen, insbesondere der Lebensmittel- und Getränke
industrie.
24. Verwendung einer Filtervorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 11 oder 16 bis 22 zur Druckluftaufbe
reitung.
25. Verwendung nach Anspruch 24, unter Überdruck
bedingungen und/oder bei hohen Temperaturen.
26. Verwendung nach einem der Ansprüche 23 bis 25 im
Sterilbetrieb.
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DE3502777A1 DE3502777A1 (de) | 1985-08-14 |
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DE3502777A Expired - Fee Related DE3502777C2 (de) | 1984-02-13 | 1985-01-28 | Filtervorrichtung in Segmentbauweise |
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DE (1) | DE3502777C2 (de) |
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