DE3812876A1 - Konisches filter- und abscheideelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein konisches Element zum Filtern und Abscheiden unterschiedlicher Substanzen und Partikel.

Herkömmliche, gut bekannte konische, d. h. sich verjün­ gende Filter- bzw. Abscheideelemente weisen in der Regel eine netzartige oder gitterartige Struktur mit Filterdurch­ trittsöffnungen auf.

In jüngster Zeit ist ein poröses konisches Element aus Ke­ ramik für Kaffeemaschinen, die nach dem Zulauftropfver­ fahren arbeiten, entwickelt worden.

Die zuerst erwähnte Stuktur mit Punktfilteröffnungen führt jedoch zu kleinen Filterbereichen, in denen typischerweise eine Verstopfung eintreten kann. Ein Problem dabei besteht darin, daß die Verstopfungstendenz um so mehr zunimmt, je kleiner die Partikelgröße ist, die gefiltert werden soll.

Andererseits führt die an zweiter Stelle genannte Gitterstruk­ tur des porösen Strukturaufbaus zwangsläufig dazu, den Fil­ terprozeß dreidimensional durchzuführen, so daß die undurch­ lässigen Fremdmaterialen in dem porösen Strukturaufbau zu einer Verstopfung anwachsen, was zwangsläufig zu einer un­ vermeidbar reduzierten Filtermenge führt. Folglich müssen die Fremdmaterialien in dem porösen Strukturaufbau unter Zu­ hilfenahme von Reinigungsmitteln häufig vollständig entfernt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist von daher, die vor­ stehend genannten Probleme zu überwinden. Im besonderen ist es Aufgabe der Erfindung, ein konisches Filter- und Ab­ scheideelement zum Filtern verschiedener Substanzen und Ab­ scheiden von Partikeln zu schaffen, in dem ein Draht konisch, d. h. kegel- bzw. kegelstumpfförmig zu einem Wirbel bzw. zu einer Spirale gebogen wird, wobei ein umlaufender Schlitz zwischen den benachbarten peripheren Rändern des Drahtes gebildet wird. Dadurch wird der Filter- und Abscheidebe­ reich aufs äußerste vergrößert, und zwar mittels der soge­ nannten linearen Behandlungs- bzw. Wirköffnungen, um die Filter- bzw. Abscheidewirkung zu steigern.

Da die Konstruktion konisch gebildet ist, wodurch eine Art Trichter- oder Kamineffekt erzeugt wird, wird der Behand­ lungsbereich für ein zu filterndes Fluid, beispielsweise in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases, vergrößert. Da zudem die Öffnungen für die Filter- oder Abscheidebehand­ lungen aus wirbelförmigen Schlitzöffnungen bestehen, werden sogenannte lineare Behandlungsöffnungen gebildet, durch die die Filterströmung verbessert wird.

Das Filtrierverfahren kann gleichmäßig durchgeführt wer­ den, da jeder Rückstand, beispielsweise ausgesiebte Abson­ derungen mittels eines einfachen einzigen Bearbeitungsschrit­ tes, beispielsweise mittels einer Rückströmung oder durch Weg­ kratzen entfernt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Seitendarstellung eines erfindungsgemäßen konischen Filter- und Abscheidelementes;

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des äußeren Peripherabschnittes des Filter- und Abscheidelementes gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Frontdarstellung in dem Zustand, in dem der Draht an dem äußeren Peripherabschnitt entfernt ist;

Fig. 4 eine Querschnittdarstellung längs der Linie IV-IV;

Fig. 5 eine teilweise vergrößerte Draufsicht in einen Zustand, an dem der Draht an dem Zentralab­ schnitt entfernt ist.

Eine konische Rahmenplatte 1 mit einer allgemein sich konisch verjüngenden Oberfläche setzt sich zusammen aus einem Zen­ tralglied 2, einem Ringelement bzw. -glied 3, welches an dem Außenumfang des flachen Rahmens 1 vorgesehen ist, und aus mehreren Trägerrahmenteilen 4, die zwischen den Teilen 2 und 3 vorgesehen sind.

Wirbelförmig angeordnete und diskrete Eingriffs- und Fixier­ nuten 5 sind präzise eingeschnitten, und zwar in einem regel­ mäßigen Abstand zum Zentrum der flachen Rahmenplatte 1 aus­ gehend zu deren äußeren Umfangsrand. Ein Draht 6 ist spiral-, wirbel- bzw. unter konischer Verjüngung wendelförmig längs der Eingriffs- und Fixiernuten 5 gewickelt, in dem er in die Eingriffs- und Fixiernuten 5 eingreift. Beide Enden des Drahtes 6 stehen mit einer konkaven Nut bzw. Vertiefung 7 in Ein­ griff, die in dem Ringelement 3 und in dem Zentralelement 2 eingebracht sind. Der Draht 6 ist daran mittels einer Fixier­ einrichtung 8 beispielsweise in Form einer Maschinenschraube befestigt und angebracht.

Der Draht 6 hat einen Querschnitt eines gleichseitigen bzw. gleichschenkeligen Dreieckes, wobei die damit zusammenwir­ kenden Eingriffs- bzw. Vertiefungsrillen 5 in der Form eines V in Übereinstimmung mit der Form der Spitze bzw. des obe­ ren Teiles des Drahtes 6 so eingebracht sind, daß diese in eine Spiral- bzw. Wirbelform eingelegt werden kann. Die be­ nachbarten Oberflächen des gewickelten bzw. gewundenen Drahtes 6 sind in der gleichen konisch geformten Fläche lie­ gend angeordnet, um eine gleichmäßig, glatte Kurvenfläche P zu bilden.

Wirbelförmige Schlitzöffnungen 8 mit gleichförmigen Abstän­ den werden dadurch zwischen den benachbarten Umlaufrändern des Drahtes 6 gebildet, der, wie erwähnt, wirbelförmig gewun­ den angeordnet ist. Die Genauigkeit der Schlitzöffnungen 8 wird zunächst durch die Herstellgenauigkeit des Drahtes 6 und die Schnittgenauigkeit des wirbelförmig angeordneten, mit dem Draht in Eingriff befindlichen Rillen 5 in der konischen Rahmenplatte 1 und schließlich durch den wirbel-, spiral- bzw. konisch wendelförmigen Einleg- und Windungsvorganges des Drahtes 6 bestimmt und festgelegt.

Wenn ein Draht 6 mit einem Querschnitt eines gleichschenke­ ligen bzw. gleichseitigen Dreiecks wie in den in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispielen verwand wird, dann beträgt die Toleranz der Weite der Schlitzöffnun­ gen weniger als 1 Micron, wenn nicht sogar nur einen Bruchteil eines Microns.

Das Drahtelement 6 und die konische Rahmenplatte 1 müssen nicht nur aus Metall, sondern können auch aus anderen be­ vorzugten Materialien wie beispielsweise Plastik oder Keramik bestehen.

Nachfolgend wird die Wirkung basierend auf dem oben er­ läuterten Stukturaufbau näher erläutert.

Die gleichmäßige Kurvenfläche P des wirbel- bzw. spiral­ förmigen Drahtes 6 wird auf die Primärseite zu ausgerichtet, wie dies in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wobei das Ringglied 3 mit seinem Außenumfang an einem Rohr befestigt wird. Das zu behandelnde Fluid (eine Flüssigkeit oder ein Gas) kann nunmehr auf die Schlitzöffnungen 8 zuströmen, und zwar ent­ sprechend den Pfeilmarkierungen.

Die Ablagerungen bzw. Rückstände, die größer als die Brei­ te der Schlitzöffnungen 8 sind und die deshalb deren Aus­ filterung und Trennung ermöglichen, werden aus dem Fluid herausgefiltert bzw. abgetrennt, und zwar auch dann, wenn in dem Fluid Partikel enthalten sind, die kleiner sind als die Breite der Schlitzöffnungen 8, und die deshalb durch diese Öffnung hindurchströmen können. Dadurch kann eine Filterung und Trennung im Hinblick auf die unterschiedlichen Größen der Partikelteilchen vorgenommen werden.

Die Rückstände, die aus dem Fluid herausgefiltert und ge­ trennt worden sind, sammeln sich auf der glatten Kurven­ fläche P auf der durch den Draht 6 gebildeten konischen Fläche. Sie können jedoch leicht und sorgfältig durch Umdrehen und durch Hindurchströmenlassen eines Fluids mit umgekehrter Strö­ mungsrichtung (von der zweiten Seite her), durch Rückspü­ lung oder mittels eines (nicht gezeigten) Schabers gereinigt werden, so daß anschließend eine erneute nachfolgende Fil­ terung und Abscheidung im gewünschten Sinne durchgeführt werden kann.

Obgleich eine erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben ist, muß nicht extra betont werden, daß die oben erwähnte konische Rahmenplatte 1 anstelle des Trägerrahmenteiles 4 auch aus einer flachen Platte bestehen kann, die mit einer Anzahl von Löchern versehen ist, einem Gitternetz und einem Ablaufbrett, wobei alle vorgenannten Teile in der Form eines Trich­ ters gefertigt sind. Ferner können die Eingriffsrillen 5 als Vertiefungen und Nuten ausgebildet sein, die mit irgend­ einer Form des Querschnittes des Drahtes 6 beispielsweise in Form eines Kreises, einer Ellipse oder eines Trapezes in Übereinstimmung stehen, wobei der Draht mit seinem entspre­ chenden Querschnitt wirbelförmig gewunden wird.

Zur Fixierung und Sicherung des spiralförmig zu windenden Drahtes 6 an der konischen Rahmenplatte 1 können unter­ schiedliche Verfahren verwandt werden. Bevorzugt kann da­ bei die Verwendung einer Maschinenenschraube, eines Punkt­ schmelz- bzw. -schweißverfahrens oder die Haftwirkung eines Klebers an jedem Abschnitt zusätzlich zur Fixierung der bei­ den Drahtenden mittels der Fixiereinrichtung 8 in dem oberen Ausführungsbeispiel oder anstelle der oben erwähnten End­ fixiereinrichtungen verwandt werden.

Erfindungsgemäß können die Schlitzöffnungen an dem koni­ schen Plattenrahmen mittels eines wirbelförmigen Drahtes in flachem Zustand eingebracht werden, der eine glatte Kurven­ fläche bildet, wodurch das Behandlungsvolumen für den Fil­ terungs- und Abscheideprozeß mit sogenannten linearen Be­ handlungsöffnungen ausgesprochen vergrößert wird. Die Schlitz­ öffnungen selbst können durch die benachbarten Abstände zwischen dem spiralförmig gewundenen Draht wirbelförmig ge­ bildet sein, wobei die Weite und der Abstand der Durchtritts­ öffnungen äußerst exakt festgelegt werden kann, um ein Fil­ ter- und Abscheideverfahren mit hoher Genauigkeit und Prä­ zision durchführen zu können.

Da das Behandlungselement durch eine völlig gleichmäßige, glatte Kurvenfläche gebildet ist, kann es mit hoher Aus­ tauschbarkeit als permanentes Filter- und Abscheideelement anstelle verschiedener verwendbarer Filter für Kaffeemaschinen eingesetzt werden, die nach dem Zulauftropfverfahren ar­ beiten.

Das Filter- und Abscheideelement muß nicht zwangsläufig konisch ausgebildet sein. Es kann auch beispielsweise flach oder auch zylinderförmig geformt sein. Insoweit wird auf die mit gleichem Tag durch den gleichen Anmelder eingereichten Patentanmeldungen mit dem Titel "Flaches Filter- und Abscheide­ element" (japanische Priorität vom 20.04.1987; 62-0 95 458) und mit dem Titel "Zylinderförmiges Filter- und Abscheideelement" (japanische Priorität vom 22.04.1987; 62-0 97 284) verwiesen, deren Offenbarungsgehalt zum Inhalt dieser Anmeldung ge­ macht wird.

Claims (3)

1. Konisches Filter- und Abscheideelement zum Filtern und Abscheiden unterschiedlicher Partikel, gekennzeichnet durch wirbel- bzw. spiralförmige diskrete Fixiernuten (5), die von der Mitte aus zur Außenseite gerichtet an der Innenseite einer konischen Rahmenplatte (1) vorgesehen sind, die mit einer durchlässigen Struktur zu deren Außenumfang (3) versehen ist, wobei in den Eingriffs- und Fixiernuten (5) der Rand bzw. eine Teilhöhe des Außenumfanges eines in einem ge­ wünschten Querschnitt hergestellten Drahtes (6) eingreift und gehalten ist, um wirbel-, spiral- bzw. konisch wendelför­ mige Schlitzöffnungen (8) zwischen den Umfangsrändern des jeweils benachbarten Drahtabschnittes (6) zu bilden.

2. Konisches Filter- und Abscheideelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Rahmenplatte (1) mit einer durchlässigen Struktur aus einem Zentralglied (2), einem Ringglied (3) und mehreren Trägerrahmenteilen (4) ge­ bildet ist.

3. Konisches Filter- und Abscheideelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirbel-, spiral- bzw. konisch wendelförmigen Eingriffs- und Fixiernuten (5) einen V-förmigen Querschnitt aufweisen und mit der Spitze des Drahtes (6) mit einem Querschnitt in der Form eines gleichschenkeligen bzw. gleichseitigen Dreiecks im Eingriff stehen.