DE3902770C2

DE3902770C2 -

Info

Publication number: DE3902770C2
Application number: DE3902770A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter O-1500 Potsdam De Manke; Frank O-1901 Stolpe De Jelinski; Gerd O-2520 Rostock De Stahl
Original assignee: Dieselmotorenwerk Rostock O-2500 Rostock De GmbH
Current assignee: DIESELMOTORENWERK ROSTOCK GMBH, O-2500 ROSTOCK, DE
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1992-04-16
Also published as: DD271276A1; DE3902770A1

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisch arbeitendes Rückspülfilter für flüssige Medien, vorzugsweise für flüssige Brennstoffe wie Schweröl für Verbrennungskraftmaschinen und Schmierstoffe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekannte technische Lösungen realisieren den Reinigungseffekt dadurch, daß kurzzeitig die Schmutzseite des Filterelements ohne Unterbrechung des Filtervorganges mit einem Schlammablaß innerhalb des Rückspülfilters verbunden wird.

Nach der gattungsbildenden DE-PS 32 35 552 ist ein derartiges Rückspülfilter bekannt, bei dem einem Filtergehäuse je 1 Filterein- und -auslaß sowie ein Schlammablauf zugeordnet ist. Im Filtergehäuse ist ein von dem zu filternden Medium von innen nach außen durchströmter Stützkäfig angeordnet, der an seiner Außenseite ein Filterelement trägt. Im Stützkäfig sind weiterhin mindestens 2 Gruppen schlitzartige Fenster vorgesehen, von denen die Fenster innerhalb jeder Gruppe zueinander parallel verlaufen, die durch parallele schmale Stege im Stützkäfig voneinander getrennt sind. Im Inneren des Stützkäfigs ist eine in diesem mittels eines Verstellantriebes bewegliche Rückspülvorrichtung angeordnet.

Bei Bewegung dieser Rückspülvorrichtung werden die Fenster im Stützkäfig durch Spaltöffnung in der Rückspülvorrichtung nach innen aufeinanderfolgend freigegeben, so daß die Filterfläche während des Filterbetriebes unter Ausnutzung des Differenzdruckes zwischen Filteraustrittsseite und dem Schlammablauf zonenweise freigespült werden. Für die atmosphärische Verbindung des Schlammablaufes ist am Ende der Hubstange ein Verschlußstück und im Filtergehäuse ein Ventilsitz angeordnet.

Diesem vorstehend beschriebenen Konstruktionsprinzip liegt der Lösungsvorschlag nach DE-AS 14 36 267 zugrunde, bei dem insbesondere für die Umsteuerung der Rückspüleinrichtung die Verstellstange (Hubstange) des Verstellantriebes mit dem Schieber der Rückspüleinrichtung so gekoppelt ist, daß die Verstellstange in axialer Richtung frei beweglich im Schieber gehalten wird.

Entscheidend für die Reinigungswirkung entsprechend diesen Konstruktionsprinzipien ist hierbei die Mediengeschwindigkeit am Siebgewebe. Sie ist abhängig vom Betriebsdruck des Filters, der Zähigkeit des Mediums und den im Schlammablaß auftretenden Strömungswiderständen.

Die Entnahme der Rückspülflüssigkeit aus dem bereits gefilterten Medium führt, wenn auch kurzzeitig, zu einem Druckabfall im System. Dieser Druckabfall wird in der Regel durch eine Anpassung der Pumpenförderleistung kompensiert. Ein hoher Rückspülvolumenstrom pro Siebflächeneinheit ist einerseits für eine gute Reinigungswirkung erforderlich, sie bewirkt aber auch den bereits genannten hohen Druckabfall im Filtersystem. Dieser Druckabfall kann in Abhängigkeit der Filternennweite zwischen 12-30% betragen. Er erhöht sich noch in Abhängigkeit des Lastbereiches des Motors, seiner Bauart, der Viskosität des Mediums bis zum 2fachen.

Ableitend von dem Lösungsprinzip nach DE-AS 14 36 267 wurde mit DE-AS 23 35 214 ein automatisch arbeitendes selbstreinigendes Flüssigkeitsfilter bekannt, bei dem insbesondere für die Umsteuerung der Hubrichtung des Arbeitskolbens der Verstelleinrichtung mechanisch umschaltbare Doppelventile vorgeschlagen werden. Diese sind dazu im Arbeitskolben selbst integriert und werden beim Erreichen der jeweiligen Endlage des Arbeitskolbens durch Berührung des jeweiligen Zylinderbodens betätigt, wobei der Ventilkolben des Umschaltventiles gegen die Kraft einer Feder umgeschaltet wird.

Bei diesem Filtersystem ist eine Regulierung des Schlammablaufes nicht vorgesehen. Dieser erfolgt kontinuierlich während des gesamten Rückspülvorganges, so daß sich ständig ein relativ großes Rückspülvolumen im Umlauf befindet und somit die Effektivität des Filters mindert.

Die Aufgabe der Erfindung betrifft die Entwicklung eines automatisch arbeitenden Rückspülfilters für flüssige Me dien, vorzugsweise von Brennstoffen wie Schweröle für Ver brennungskraftmaschinen und Schmieröle mit einem zentralen Schlammabfluß, bei dem eine Reinigung der verschmutzten Filterelemente mit minimalen Rückspülmengen bei geringem Druckabfall gegenüber dem Gesamtsystem ohne Unterbrechung des Filtervorganges möglich ist.

Das Rückspülfilter soll mittels mechanischer Filterelemente das Filtrat von festen Teilchen einer vorgegebenen Größe reinigen. Gleichzeitig soll sichergestellt werden, daß bei Überschreitung eines Grenzwertes der Verschmutzung des Filters ein Rückspülvorgang zu dessen Reinigung ohne Unter brechung des Filtervorganges durchgeführt wird. Der Druck abfall durch diesen Rückspülvorgang, bezogen auf das Gesamt system soll hierbei wesentlich unter 10% liegen. Ebenso soll das Rückspülfilter so ausgebildet sein, daß auch für kleine Filterdurchsatzmengen von beispielsweise 0,5 m³/Std. eine sichere Filtratreinigung möglich ist. Die auftretenden Fil terrückstände sind bei diesem System drucklos über einen zentralen Schlammablaß auszubringen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch das Filter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Verbesserung der Reinigungswirkung ergibt sich aus dem unabhängig vom Betriebsdruck gleichbleibend hohen Rückspül volumenstrom bei gleichbleibend kleinem Druckabfall von un ter 10% gegenüber dem Gesamtsystem, was insbesondere durch die Differenzialwirkung des Kammerkolbens erreicht wird. Dadurch, daß das Rückspülfilter mit einem gewissen Unter druck während des Rückspülens arbeitet, wird der Reini gungseffekt bei gleichbleibend kleiner Rückspülmenge er höht. Dieser Effekt wirkt sich auch dahingehend aus, daß das Rückspülfilter auch für kleine Durchsatzmengen von beispielsweise 0,5 m³/Std. funktionswirksam benutzt wer den kann bzw. für unterschiedliche Betriebsdrucksysteme einsetzbar ist. Insbesondere kann der Reinigungsvorgang bei dem vorgeschlagenen Prinzip bei einer hohen Arbeits geschwindigkeit der Rückspülvorrichtung erfolgen. Das Aus schieben der Filterrückstände kann hierbei bei langsamen Hubgeschwindigkeiten (Rückwärtslauf) vorgenommen werden, da der Ablaß des größten Teils des Rückstandfiltrates erst nach Abschluß des Reinigungsvorganges aus dem Schlammsam melraum erfolgt. Damit wird die Sicherheit gegen einen größeren Druckabfall im Gesamtsystem erhöht. Auch ist sichergestellt, daß durch die 2stufige Ansteuerung des Ablaßventiles eine Entlüftung des Schlammsammelraumes er folgt, wogegen die Drossel am Entlüftungsrohr eine nicht gewünschte Schlammableitung über dieses Rohr unterbindet.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel nochmals verdeutlicht werden. Die Abbildung zeigt einen ver tikalen Schnitt durch ein Rückspülfilter mit zentralem Schlammablaß.

Das Rückspülfilter besteht aus einem Gehäuse 1, in dem ein Stützkäfig 3 mit außen aufgezogenen Filterelementen 16 eingesetzt ist. Der Stützkäfig 3 ist mit auf radialen Ebenen angeordneten bogenförmigen Fenstern 17 ausgestattet. Der Stützkäfig 3 und die Filterelemente 16 werden gemeinsam durch den mit dem Gehäuse 1 verschraubten Deckel 4 und im unteren Teil durch eine Spannmutter fest eingespannt.

Das zu reinigende und unter Druck stehende Medium tritt über den Filtereinlaß 31 in das Filtergehäuse ein und passiert die im Spülschieber 8 eingesetzte Buchse 14, wonach es in die innere Filterkammer II gelangt. Über die Fenster 17 im Stützkäfig 3 strömt das Medium nach außen in den Filtersammelraum I. Hier passiert es die Filterelemente 16, wo es gereinigt wird. Danach tritt das gereinigte Medium über den Filterauslaß 32 aus dem Gehäuse 1 wieder aus.

Durch den kontinuierlich ablaufenden Filterprozeß setzen sich die Filterelemente 16 nach und nach durch die Filterrückstände zu. Dadurch erhöht sich gleichzeitig der Filterwiderstand und es ergibt sich eine Druckdifferenz zwischen dem Filtereinlaß und -auslaß. Diese Druckdifferenz löst als Steuersignal einen Differenzdruckschalter aus, der den Rückspülvorgang zur Reinigung der Filterelemente 16 einleitet.

Die Rückspülvorrichtung besteht aus einem Spülschieber 8, der sich aus einem Schieberoberteil 9 und Schieberunterteil 10 zusammensetzt und in sich eine Spülschieberkammer IV umschließt. Dieser Spülschieberkammer IV sind im Spülschieber 8 an dessen äußerem Umfang und in axialer Staffelung Spaltöffnungen 11, 12 und 13 zugeordnet. Diese Anordnung der Spaltöffnungen 11, 12 und 13 sichert während des Rückspülablaufes einen kontinuierlichen Übertritt des Rückspülmediums. Der Spülschieber 8 ist gleitdicht im Stützkäfig 3 gelagert und wird mittels einer zentralen Koppelstange 18 von einem Hubkolbenmotor mit Arbeitskolben 20 angetrieben.

Die Koppelstange 18 selbst ist im Schieberoberteil 9 axial beweglich gelagert und endet im Inneren der Spülschieberkammer IV mit einem Anschlagbund 19, der gleichzeitig mit seiner Stirnfläche als Ventilteller das im Schieberunterteil 10 angeordnete Kammerventil 21 als Verschlußelement gegenüber dem Schlammsammelraum III bildet. Das Schieberunterteil 10 und der Kammerkolben 6 im Schlammsammelzylinder 2 bilden hierbei eine konstruktive Einheit. Die Koppelstange 18 ist durch den Deckel 4 geführt, auf dem der Hubkolbenmotor aufgesetzt ist. Sie ist im Arbeitszylinder 5 mit dem Arbeitskolben 20 verbunden.

Zum Rückspülen der Filterelemente 16 wird die Arbeitskammer V über den Druckleitungsanschluß 33 und Kanal 34 druckbeaufschlagt. Dadurch zieht der Arbeitskolben 20 die Kolbenstange 18 mit dem Anschlagbund 19 gegen das Schieberoberteil 9 und bewegt damit den kompletten Spülschieber 8 über die Innenwand des Stützkäfigs 3 nach oben.

Gleichzeitig wurde mit dieser Hubbewegung der Kolbenstange 18 das Kammerventil 21 im Schieberunterteil 10 geöffnet. Mit Beginn der Hubbewegung des Spülschiebers 8 wird gleichzeitig der am Schieberunterteil 10 fest angekoppelte und posaunenartig in den Schlammsammelzylinder 2 eintauchende Kammerkolben 6 angehoben. Durch diese Hubbewegung öffnet sich die 1. Stufe des zweistufigen Ablaßventiles 22, indem der Kammerkolben 6 den Ventilbolzen 30 freigibt und so die vorgespannte Ventilfeder 27 den Führungskolben 26 mit Ventilnadel 25 anhebt. Mit fortschreitender Hubbewegung erfolgt dann die Freigabe der radial liegenden Einlaßöffnung 24 im Ventilgehäuse 23 gegenüber dem Schlammsammelraum III, indem der vom Führungskolben 26 und Ventilnadel 25 gebildete Absatz für die Auflage der Ventilfeder 27 als Steuerkante die Einlaßöffnung 24 freigibt. Mit dem Hochfahren des Kammerkolbens 6 und dem Öffnen des Kammerventiles 21 wird entsprechend der Querschnittsfläche des Kammerkolbens 6 das Kammervolumen des Schlammsammelraumes III kontinuierlich vergrößert und in diesem Raum ein Unterdruck erzeugt. Durch das offene Kammerventil 21 erstreckt sich die Wirkung des Unterdruckes gleichzeitig auf die Spülschieberkammer IV, so daß sich nachfolgend beidseitig der Filterelemente 16 ein unterschiedliches Druckniveau einstellt. Dieses Druckniveau bewirkt einen Übertritt des gereinigten Mediums aus der Filterkammer I in die Spülschieberkammer IV, wobei es intensiv die Filterelemente 16 durchspült. Der Rückspülvorgang wird dadurch eingeleitet, daß während der Aufwärtsbewegung des Spülschiebers 8 die Spaltöffnungen 11, 12 und 13 aufgrund ihrer axialen Anordnung nacheinander die auf gleicher Radialebene im Stützkäfig 3 angeordneten Fenstergruppen 17 passieren. Durch die gestaffelte Anordnung der Spaltöffnungen 11, 12 und 13 wird sichergestellt, daß der jeweils verbleibende freie Strömungsquerschnitt in Verbindung mit den Fenstern 17 gegenüber dem gesamten Öffnungsquerschnitt der auf einer Radialebene liegenden Fenster 17 während der Bewegung der Rückspülvorrichtung nicht unter 50% abnimmt. Wie bereits angesprochen, wird durch den bestehenden Differenzdruck zwischen der Spülschieberkammer IV und dem Schlammsammelraum III gegenüber dem Filtersammelraum I und der Filterkammer II ein Teil des bereits gefilterten Mediums aus dem Filtersammelraum I durch die verschmutzten Filterelemente 16 hindurchgedrückt und dabei der auf den Filterelementen 16 anhaftende Schmutz gelöst und mitgerissen. Dieses Rückspülmedium wird dann durch die Fenster 17 in die Rückspülvorrichtung 7 mit der Spülschieberkammer IV abgeleitet. Es passiert hierbei die Spaltöffnungen 11, 12 und 13 in kontinuierlicher Reihenfolge entsprechend der Hubbewegung des Spülschiebers 8. Aus der Spülschieberkammer IV wird das Rückspülmedium über das offene Kammerventil 21 in den Schlammsammelraum III weitergeleitet und tritt dann über die Einlaßöffnung 24 in die Ventilnadelkammer VII ein, von wo es über die Ablaßbohrung 44 mit Drossel 28 kontinuierlich aus dem Filter druckfrei abfließt. Durch den während der Reinigungsbewegung der Rückspülvorrichtung 7 erzeugten Unterdruck und den anstehenden atmosphärischen Druck vor der Ablaßbohrung 44 mit Drossel 28 kann das Rückspülmedium nur in begrenztem Maße und sehr langsam aus dem Filter austreten. Das bewirkt, daß nur ein relativ geringer Druckabfall im System eintritt, der noch dadurch reduziert wird, indem durch das Hochfahren des Kammerkolbens 6 gleichzeitig die Filterkammer II sich kontinuierlich verkleinert und somit der durch das Rückspülmedium verursachte Volumenverlust ausgeglichen wird. Durch einen Austausch der Drossel 28 ist es möglich, diesen Funktionsablauf in begrenztem Maße zu regulieren.

Nach Abschluß des Reinigungshubes und der Umkehr der Arbeitsrichtung wird die Arbeitskammer VI des Hubmotors über den Druckleitungsanschluß 35 mit einem kleineren Arbeitsdruck beaufschlagt bzw. der Druckabfall in der Arbeitskammer V wird gedrosselt, so daß dadurch ein langsamer Rücklauf der Rückspülvorrichtung 7 erfolgt. Mit der Umkehr der Arbeitsrichtung wird durch den Arbeitskolben 20 die Koppelstange 18 nach unten bewegt und mittels des tellerartigen Anschlagbundes 19 das Kammerventil 21 im Spülschieber 8 geschlossen. Anschließend wird der Spülschieber 8 in seine Ausgangslage zurückgeführt. Durch den Verschluß des Kammerventils 21 ist sichergestellt, daß kein weiteres Filtrat aus dem Filtersammelraum I in die Spülschieberkammer IV und in den Schlammsammelraum III übertreten kann. Damit bleibt ohne nennenswerten Druckabfall der Systemdruck erhalten. Mit der Rücklaufbewegung der Rückspülvorrichtung 7 wird das im Schlammsammelraum III aufgestaute Rückspülfiltrat durch den Kammerkolben 6 kontinuierlich aus dem Schlammsammelraum III ausgebracht. Kurz vor der unteren Endlage der Rückspülvorrichtung 7 betätigt der Kammerkolben 6 mit seiner unteren Kante über den radial liegenden Ventilbolzen 30 das zweistufige Absperrventil 22. Die Steuerkante am Führungskolben 26 verschließt dabei die Einlaßöffnung 24. Bis zum Abschluß der Rücklaufbewegung und dem Aufsitzen der Ventilnadel 25 wird jetzt die im Schlammsammelraum III befindliche Luft über das Entlüftungsrohr 41 und die Entlüftungsbohrung 42 in die Ventilnadelkammer VII und dann über die Ablaßbohrung 44 mit Drossel 28 nach außen gedrückt. Die Drossel 43 am Eintritt des Entlüftungsrohres 41 bewirkt, daß sich bei offener Einlaßöffnung 24 die festen Filterrückstände nicht absetzen können, indem das Rückspülfiltrat innerhalb des Kammerkolbens 6 zirkuliert und somit mit Sicherheit aus dem Rückspülfilter ausgebracht werden kann.

Wie die Abbildung auch weiterhin zeigt, sind alle Gleitpaarungen durch kombinierte PTFE- und Rundring-Dichtungen 36, 38 und 40 realisiert. Für die ruhenden 37 und 38 werden O-Ringe eingesetzt. Die austauschfähige Drossel 28 in der Ablaßbohrung 24 des Ventilgehäuses 23 wird durch einen Sicherungsring 29 gehalten. Durch diese Austauschbarkeit der Drossel 43 ist es möglich, wie bereits oben zitiert, den zeitlichen Ablauf zur Ausbringung der Filtratrückstände zu regulieren bzw. das Filtersystem auf unterschiedliche Viskosität einzustellen.

Claims

1. Rückspülfilter für flüssige Medien, vorzugsweise für flüssige Brennstoffe wie Schweröl und Schmierstoffe mit

a) einem Filterein- und -auslaß sowie Schlammablauf aufweisendem Filtergehäuse
b) einem im Filtergehäuse feststehend angeordneten, mit schlitzartigen Fenstern ausgestatteten, zylindrischen Stützkäfig
c) mindestens einem auf dem Stützkäfig außen aufgezogenen, von innen nach außen von dem zu filternden Medium durchströmten Filterelement
d) einem im Inneren des Stützkäfigs gleitdicht und durch einen Hubantrieb betätigten, mehrere axial gestaffelte Spaltöffnungen aufweisenden Spülschieber mit einem an dessen unterem Teil befindlichen Rohr, welches
e) aus dem Filterraum heraus und gleitdicht nach Art eines Posaunenrohres in einem Schlammzylinder des Filtergehäuses geführt ist und
f) an seinem unteren Ende eine Ventilnadel eines mit Axial- und Radialbohrung versehenen Ablaßventiles trägt, wobei
g) das Ablaßventil in dieser unteren Endlage geschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

h) das Rohr als nach unten offener Kammerkolben (6) ausgebildet ist,
i) dessen Außendurchmesser mindestens den halben Durchmesser des Spülschiebers (8) entspricht und
k) der Kammerkolben (6) in seiner unteren Endlage die Ventilnadel (25) gegen eine vorgespannte Ventilfeder (27) in Schließstellung hält.

2. Rückspülfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltöffnungen (11, 12 und 13) des Spülschiebers (8) in ihrer Höhe und in ihrem Abstand in axialer Richtung so ausgebildet sind, daß sie beim Überstreichen der auf einer Radialebene liegenden Fenster (17) im Stützkäfig (3) einen solchen Öffnungsquerschnitt freigeben, der gegenüber dem möglichen Gesamtquerschnitt der auf einer Radialebene liegenden Fenster (17) während eines Bewegungsablaufes nicht unter 50% liegt.

3. Rückspülfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (22) 2stufig ausgebildet ist, indem neben der Ventilnadel (25) das Ventilgehäuse (23) seitliche Einlaßöffnungen (24) vorgesehen sind, die mit einer Steuerkante, gebildet von der abgestuften Ventilnadel (25) und dem aufgesetzten Führungskolben (26), in Wechselbeziehung steht, wobei der Funktionseingriff der Steuerkante vor dem Verschluß der Ventilnadel (25) erfolgt.

4. Rückspülfilter nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskolben (26) ein Entlüftungsrohr (41) trägt, das in den freien Innenraum des Kammerkolbens (6) bis in das obere Viertel des Schlammsammelraumes (III) ragt und daß dieses Entlüftungsrohr (41) am Eintritt eine Drossel (43) trägt und über einen Entlüftungskanal (42) in der Ventilnadel (25) mit der Ventilnadelkammer (VII) verbunden ist.

5. Rückspülvorrichtung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Betätigung des Ablaßventiles (22) der Führungskolben (26) einen Ventilbolzen (30) oder einen perforierten Ventilteller trägt, der durch die Einlaßöffnung (24) radial bis in den Arbeitsbereich des Kammerkolbens (6) reicht und daß der axiale Hub der Ventilnadel (25) und des Führungskolbens (26) durch die Einlaßöffnung (24) fixiert ist.

6. Rückspülvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ablaßventil (22) im Bereich der Ablaßbohrung (24) eine austauschfähige Drossel (28) angeordnet ist.