DE4101229A1 - Filtersystem mit rueckspueleinrichtung zur reinigung eines mediums - Google Patents

Filtersystem mit rueckspueleinrichtung zur reinigung eines mediums

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Description

Die Erfindung betrifft ein Filtersystem mit Rückspüleinrichtung zur Reinigung eines Mediums, wie Gase oder Flüssigkeiten, durch Abscheidung in ihr befindlicher Schmutzpartikel sowie deren zyklischer Ausbringung aus dem Filtersystem. Als spezieller Anwendungsbereich werden Kraft- und Schmierölkreisläufe ge­ sehen.
Der Einsatz gasförmiger oder flüssiger Medien in technischen Prozessen setzt in der Regel ihre Reinigung durch geeignete Filtersysteme voraus. Einen breiten Anwendungsbereich nehmen hierbei mechanische Siebfiltersysteme ein. Zur Verlängerung des wartungsfreien Betriebes derartiger Filter sind diese mit Rückspüleinrichtungen ausgestattet, die autonom in Ab­ hängigkeit der Betriebswirksamkeit des Filters in Aktion treten. Das hierbei am häufigsten eingesetzte Rückspülprinzip benutzt dazu das Gegenstromprinzip. Nach DE-PS 32 35 552 wird z. B. ein pneumatisch angesteuerter Kolben mit Übertritts­ öffnungen an der Innenseite zylindrischer Filterkerzen vorbei­ geführt, so daß ein Teil des gereinigten Filtrats im jewei­ ligen Bereich der Übertritte durch die Filterkerzenfenster hindurch in den Kolbeninnenraum und von dort zu einem Schmutz­ sammelbehälter übertritt. Hierbei werden die Schmutzablagerungen an dem Siebfilter gelöst und mitgerissen.
Nach analogem Prinzip wurden auch schon Rückspülfilter mit Drehschieberkolben ausgeführt (DE-PS 17 61 437).
Es muß eingeschätzt werden, daß diese Filtersysteme konstruk­ tiv, wie auch fertigungstechnisch aufwendig sind. Ebenso ist für den Reinigungszweck der Bedarf an Spülflüssigkeit relativ groß. Auch wird der Reinigungseffekt dadurch begrenzt, daß der Rückspülvorgang maximal nur mit dem verfügbaren System­ druck erfolgt.
Das Ziel der Erfindung ist auf die Entwicklung eines konstruk­ tiv einfachen und wirtschaftlichen Filtersystems mit Rückspül­ einrichtung zur Reinigung von gasförmigen oder flüssigen Medien gerichtet. Insbesondere soll das Filtersystem autonom arbeiten und eine hohe Wirtschaftlichkeit besitzen. Dement­ sprechend ist das erforderliche Rückspülvolumen gegenüber bis­ herigen Systemen zu minimieren. Des weiteren sind Baugruppen vorzusehen, die weniger verschleißbehaftet sind.
Die Aufgabe der Erfindung beinhaltet die Entwicklung eines autonomen Filtersystems mit Rückspüleinrichtung für gasförmige oder flüssige Medien, das auf der Basis eines Wechselfilters aufgebaut sein soll und bei dem der Rückspülvorgang insbe­ sondere ohne Fremdenergie unter Zuhilfenahme des Systemdruckes erreicht werden. Gleichzeitig ist das für den Rückspülvorgang erforderliche Spülvolumen in der Weise zu minimieren, daß während des Rückspülvorganges die gesamte Querschnittsfläche des Filters erfaßt wird. Hierbei soll der erforderliche Arbeitsdruck des Rückspülmediums mindestens gleich dem System­ druck und darüber hinaus liegen.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Filter aus wenigstens zwei wechselseitig benutzbaren Einzelfiltern be­ steht, die einer gemeinen Eintrittskammer zugeordnet sind und daß zwischen der Eintrittskammer und der Filterpatrone eine Rücklaufsperre sowie ein ventilgesteuerter Schlammabfluß und hinter der Filterpatrone Elemente zur Rückförderung des Filtrates als Rückspülmedium sowie ein Abflußkanal mit Ab­ sperrventil vorgesehen ist und daß alle diesbezüglich vorge­ sehenen Absperrelemente mit einer zentralen Steuereinheit zu­ sammengeschaltet sind und daß ihre Aktivierung in Abhängigkeit des jeweils zwischen Ein- und Austrittsseite des Filtrates an­ stehenden und vorgegebenen Differenzdruckes erfolgt.
Die Elemente zur Erzeugung eines Rückförderhubes können sowohl mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Art sein, wo­ bei in jeder Ausführungsweise eine Differentialumsetzung gegen­ über dem Systemdruck vorgesehen ist.
Bei einer mechanischen Huberzeugung ist dementsprechend ein Differentialkolbensystem vorgesehen, das direkt durch das zu filternde Medium vor dem Eingang in das Filtersystem beauf­ schlagt wird. Eine weitere Lösungsvariante kann auch darin be­ bestehen, daß als Hub- und Druckerzeuger ein pneumatisch oder gleichermaßen durch das Medium betätigter Druckspeicher mit flexibler Membranwand als Differentialglied zur Anwendung kommt. Damit ist sichergestellt, daß der Rückspülvorgang der jeweiligen Filterpatrone stets mit dem Systemdruck bzw. mit einem höheren Druck vorgenommen werden kann.
Der Vorteil des vorgeschlagenen Filtersystems besteht darin, daß mit relativ einfachen konstruktiven Mitteln eine hohe Effektivität (Reinigungseffekt) erreicht wird. Das kommt ins­ besondere dadurch zum Ausdruck, daß der Rückspülvorgang mit in der Regel höheren Drücken erfolgen kann als es bei gleichem Systemdruck möglich ist. Die Effektivität wird auch dadurch erhöht, daß während des Rückspülvorganges die gesamte Filter­ fläche in einem Arbeitsgang beaufschlagt wird. Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, daß dieses Filter energieoptimal durch Ausnutzung des eigenen Systemdruckes betrieben werden kann und daß darüber hinaus durch die eingesetzten Baugruppen eine relativ geringe Bauteilbelastung gegeben ist, die eine hohe Verfügbarkeit des Gesamtfilters erwarten läßt.
Ausführungsbeispiel
Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend nochmals an zwei Ausführungsbeispielen verdeutlicht werden. Es zeigen:
Fig. 1 Eine autonome Filtereinrichtung mit hydraulisch betätigter Rückspüleinrichtung,
Fig. 2 eine autonome Filtereinrichtung mit differential­ kolbenbetätigter Rückspüleinrichtung.
Wie die Darstellung der Filtereinrichtung nach Fig. 1 zeigt, sind die beiden Einzelfilter diametral zueinander auf einer Konstruktionsebene angeordnet und in einem gemeinsamen Filter­ gehäuse 1 zusammengeschlossen. Beiderseitig der Eintritts­ kammer I sind die austauschbaren Filtereinsätze 5 und 6 ange­ ordnet. Zwischen den Filtereinsätzen 5 und 6 und der Eintritts­ kammer I ist jeweils eine Rücklaufsperre 3 bzw. 4 angeordnet. Als Rücklaufsperre sind leichtgängige Lamellenplattenventile vorgesehen. Zwischen der Rücklaufsperre 3 bzw. 4 und den Filtereinsätzen 5 bzw. 6 ergibt sich damit jeweils eine Vor­ kammer II und III. Dieser ist jeweils ein ventilgesteuerter Ablaßkanal 18 bzw. 19 zugeordnet, der zu einem gemeinsamen Schlammtank 21 führt. Hinter den Filtereinsätzen 5 und 6 sind Sammelkammern IV und V vorgesehen. Diese Sammelkammern be­ sitzen ebenfalls einen ventilgesteuerten Austrittskanal 16 bzw. 17, die in einer Sammelleitung 20 münden, welche mit dem Ölversorgungssystem verbunden ist. An den Sammelraum IV und V ist jeweils ein hydraulischer Druckumsetzer 7 bzw. 8 zugeordnet. Diese Druckumsetzer 7 und 8 sind ihrerseits über ein magnetgesteuertes 2/3-Wegeventil 26 bzw. 27 mit dem Öl­ versorgungssystem wirkverbunden. Diese Verbindung erfolgt über die Druckleitung 28 bzw. 29 zum Einlaßkanal 2.
Die Trennung der Arbeitsmedien innerhalb der Druckumsetzer 7 und 8 erfolgt durch eine Doppelmembrananordnung, die die Druckumsetzer in jeweils eine Hochdruckkammer VI bzw. VII, eine hermetisch abgeschlossene Zwischenkammer VIII bzw. IX und einer Arbeitskammer X bzw. XI unterteilt. Die Hochdruck­ kammern VI und VII sind hierbei mit den jeweiligen Sammel­ kammern IV bzw. V verbunden und die Arbeitskammer X bzw. XI sind wie vorstehend beschrieben mit dem Einlaßkanal 2 ge­ koppelt.
Die Ansteuerung der Rückspüleinrichtung erfolgt mittels der Differenzdruckschalter 11 bzw. 12, die mit einem zentralen Steuerblock 15 schaltungstechnisch verblockt sind. Ausgangs­ seitig ist dieser Steuerblock 15 mit den Absperrventilen 22 bis 25 in den dazugehörigen Ablaßkanälen 16 bis 19 sowie mit den 2/3-Wegeventilen 26 und 27 wirkverbunden. Gleichzeitig ist in den jeweiligen Hochdruckkammern VI und VII ein Endlagen­ sensor 13 bzw. 14 angeordnet, der die Membranenendlage der Membrane 10 erfaßt und diese als Steuersignal an den Steuer­ block 15 weitergibt. Der Anschluß der Differenzdruckschalter 11 und 12 erfolgt ebenfalls in vorteilhafter Weise an den Sammelkammern IV bzw. V sowie an dem Einlaßkanal 2.
Neben diesen funktionsbedingten Mechanismen ist an den Arbeits­ kammern X und XI ein weiterer Druckgasanschluß 43 angeordnet, mit dem es möglich ist, den Druckumsetzer 7 bzw. 8 im Reparatur- bzw. Havariefall mittels fremder Druckgasenergie zu aktivieren.
Der konstruktive Aufbau der Filtereinrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich im wesentlichen darin, daß anstelle der hydraulischen Druckumsetzer 7 und 8 mechanische Servomotoren 32 und 33 mit Differentialkolben 36 und 37 vorgesehen sind, die unmittelbar mit den Sammelkammern IV bzw. V wirkverbunden sind. Die Anordnung der Differentialkolben 36 und 37 erfolgt in der Art, daß stets der kleinere Kolbendurchmesser in unmittelbarem Funktionsbezug zur Sammelkammer IV bzw. V steht. Die Ansteuerung des Servomotors 32 bzw. 33 erfolgt über die 2/4-Wegeventile 39 bzw. 40. Der Beginn des Rückspülvorganges selbst wird wie nach Fig. 1 durch die Differenzdruckschalter 11 bzw. 12 ausgelöst. Das Abschlußsignal wird durch die End­ lagenschalter 34 bzw. 35, die durch den Differentialkolben 36 bzw. 37 betätigt werden, an den Steuerblock 15 abgegeben.
Für den Hilfsenergieanschluß ist in der Druckleitung 28 bzw. 29 gleichermaßen ein Druckgasanschluß 43 vorgesehen. Zwischen diesem Druckgasanschluß 43 und dem Einlaßkanal 2 sind dazu zusätzliche Rückschlagventile 44 bzw. 45 eingefügt. Eine weitere konstruktive Abweichung gegenüber Fig. 1 besteht auch darin, daß die Ablaufkanäle 18 bzw. 19 aus den Vorkammern II und III über ein gemeinsames Drehschieberventil 38 ange­ steuert werden.
Der Funktionsablauf der konstruktiv vorgestellten Filterein­ richtung gestaltet sich wie folgt: Das aus einem Betriebssystem abgeleitete und zu reinigende Medium wird über den Einlaßkanal 2 in die Eintrittskammer I des Filtergehäuses 1 in das Filter eingeleitet. Von hier aus gelangt es über die vorzugsweise als Lamellenventil ausge­ bildete Rücklaufsperre 3 bzw. 4 in die betreffende Vorkammer II bzw. III, um dann die Filtereinsätze 5 bzw. 6 zu passieren und als gereinigtes Filtrat über die Sammelkammer IV bzw. V über die ventilgesteuerten Austrittskanäle 16 bzw. 17 und der Sammelleitung 20 wieder dem Betriebssystem zugeführt zu werden. Bei diesem Funktionsablauf sind die den Vorkammern II und III zugeordneten Ablaufkanäle 18 bzw. 19 durch die Ab­ sperrventile 24 und 25 bzw. nach Fig. 2 durch das Drehschieber­ ventil 38 geschlossen. Parallel zu diesem Vorgang wird ein Teil des gereinigten Mediums aus der Sammelkammer IV bzw. V in die Hochdruckkammer VI bzw. VII der Druckumsetzer 7 bzw. 8 geleitet. Die Arbeitskammer X bzw. XI ist über die Ent­ lastungsleitung 30 bzw. 31 entlastet, so daß sich die Mem­ branen 10 und 9 proportional zueinander in die Arbeitskammern X bzw. XI verlagern. Damit wird das Volumen der Hochdruck­ kammer VI bzw. VII auf ihren Maximalwert erweitert. Ent­ sprechend diesem Funktionsablauf sind die Membranen 9 und 10 vorzugsweise als Roll- bzw. Ziehharmonikamembranen ausge­ bildet.
Mit einer Zunahme der Verschmutzung der Filtereinsätze 5 und 6 stellt sich zwischen der Filtereinlaß- und -austrittsseite ein Differenzdruck ein. Dieser wird durch die Differenzdruck­ schalter 11 bzw. 12 erfaßt und bei Überschreitung eines vor­ gegebenen Grenzwertes als Steuersignal an den Steuerblock 15 weitergegeben. Dieses Steuersignal löst über den Steuerblock 15 den Rückspülvorgang der Filtereinsätze 5 und 6 aus, indem in zeitlicher Reihenfolge das Absperrventil 22 bzw. 23 ge­ schlossen, das Wegeventil 26 bzw. 27 umgeschaltet und an­ schließend das Absperrventil 18 bzw. 19 geöffnet wird. Über die Druckleitung 28 bzw. 29 baut sich jetzt über das einge­ leitete Filtrat aus dem Einlaßkanal 2 in den Arbeitskammern X bzw. XI der gleiche Arbeitsdruck wie auf der Filtereintritts­ seite auf. Durch diesen höheren Arbeitsdruck werden im Druck­ umsetzer 7 bzw. 8 die Membranen 9 beaufschlagt und in Rich­ tung Hochdruckkammer VI bzw. VII bewegt. Die in der Arbeits­ kammer X bzw. XI erfolgte Volumenerweiterung wird über die Zwischenkammer VIII bzw. IX entsprechend dem Differenzflächen­ unterschied der Membranen 9 und 10 übersetzt. Das in der Hoch­ druckkammer VI bzw. VII befindliche Medium wird dann mit er­ höhtem Druck in die Sammelkammer IV bzw. V befördert. Damit wird ein Teil des gereinigten Filtrates aus der Sammelkammer IV bzw. V zurück über die Filtereinsätze 5 bzw. 6 in die Vor­ kammer II bzw. III gedrückt. Der festgesetzte Schmutz in den Filtereinsätzen 5 bzw. 6 wird gelöst und mitgerissen. Diese Filtratrückstände werden dann aus der Vorkammer II bzw. III über den geöffneten Ablaufkanal 18 bzw. 19 in den Schlamm­ tank 21 abgeführt. Der Rückspülvorgang wird beendet, wenn die Membrane 10 in den Bereich des Endlagensensors 13 bzw. 14 kommt und diesen aktiviert, der ein Steuersignal an den Steuer­ block 15 abgibt, von dem in umgekehrter Reihenfolge die Ab­ sperrventile 22 bzw. 23; 24 bzw. 25 und die Wegeventile 26 bzw. 27 in ihrer Ausgangslage umgeschaltet werden. Damit kehrt sich die Förderrichtung um und die Filtereinsätze 5 und 6 übernehmen wieder ihre vorgesehene Funktion. Mit dem Umschalten der Wegeventile 26 und 27 wird gleichzeitig die Entlüftungsleitung 30 bzw. 31 geöffnet und damit die Arbeits­ kammer X bzw. XI entlastet.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 wird beim Einsetzen des Rück­ spülvorganges der Differenzkolben 36 bzw. 37 der Servomotoren 32 bzw. 33 durch das Filtrat aus dem Einlaufkanal 2 beauf­ schlagt. Damit wird der Differentialkolben 36 bzw. 37 in die jeweils zugehörige Sammelkammer IV bzw. V geschoben, so daß entsprechend dieser Volumensverkleinerung die entsprechend ge­ reinigte Filtratmenge als Rückspülmedium durch die Filterein­ sätze 5 bzw. 6 gedrückt wird. Der Rückspülvorgang bei diesem System wird durch die Endlagenschalter 34 bzw. 35 bewirkt. Alle übrigen Funktionsabläufe sind analog wie nach Fig. 1.
Aufstellung der benutzten Bezugszeichen
 1 Filtergehäuse
 2 Einlaßkanal
 3 Rücklaufsperre
 4 Rücklaufsperre
 5 Filtereinsatz
 6 Filtereinsatz
 7 Druckumsetzer
 8 Druckumsetzer
 9 Membrane
10 Membrane
11 Differenzdruckschalter
13 Endlagensensor
14 Endlagensensor
15 Steuerblock
16 Austrittskanal
17 Austrittskanal
18 Ablaufkanal
19 Ablaufkanal
20 Sammelleitung
21 Schlammtank
22 Absperrventil
23 Absperrventil
24 Absperrventil
25 Absperrventil
26 Wegeventil
27 Wegeventil
28 Druckleitung
29 Druckleitung
30 Entlüftungsleitung
31 Entlüftungsleitung
32 Servomotor
33 Servomotor
34 Endlageschalter
35 Endlageschalter
36 Differentialkolben
37 Differentialkolben
38 Drehschieberventil
39 Wegeventil
40 Wegeventil
41 Flanschöffnung
42 Flanschöffnung
43 Druckgasanschluß
44 Rückschlagventil
I Eintrittskammer
II Vorkammer
III Vorkammer
IV Sammelkammer
V Sammelkammer
VI Hochdruckkammer
VII Hochdruckkammer
VIII Zwischenkammer
IX Zwischenkammer
X Arbeitskammer
XI Arbeitskammer

Claims (9)

1. Filtersystem mit Rückspüleinrichtung zur Reinigung eines Mediums, bei dem die ausgefilterten Schmutzrückstände in zyklischer Folge aus dem Filter ausgebracht werden, gekenn­ zeichnet dadurch, daß das Filter aus wenigstens zwei Einzel­ filtern besteht, die einer gemeinsamen Eintrittskammer (I) zugeordnet sind und daß zwischen dieser und dem jeweiligen Filtereinsatz (5; 6) eine Rücklaufsperre (3; 4) vorgesehen ist, die zu dem Filtereinsatz (5; 6) in eine Vorkammer (II; III) abgrenzt, der ein ventilgesteuerter Ablaufkanal (18; 19) zu einem Schlammtank (21) zugeordnet ist und daß hinter dem Filtereinsatz (5; 6) eine Sammelkammer (IV; V) mit ventilgesteuerten Austrittskanälen (16; 17) folgt, der gleichzeitig Mittel zur Rückförderung des gereinigten Mediums zugeordnet sind, in dem ein Druckimpulsgeber vorge­ sehen ist, der ventilgesteuert mit dem Einlaßkanal (2) des Filters wirkungsverbunden ist und daß zwischen der Filter­ eintritts- und -austrittsseite ein Differenzdruckschalter (11; 12) vorgegeben ist, der über einen Steuerblock (15) mit allen funktionsbedingten Ventilen (22 bis 27 bzw. 38 bis 40) elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch wirkungs­ verbunden ist und daß zur Beendigung der Rückspülung mit dem Druckimpulsgeber in wirkungsbezug stehende Rückmelde­ signale vorgesehen sind.
2. Filtersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckimpulsgeber als hydraulischer Druckumsetzer (8; 9) ausgebildet ist und membranartige Differenzdruckflächen aufweist.
3. Filtersystem nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Differenzdruckflächen aus zwei unterschiedlich großen Membranen (9; 10) bestehen, die untereinander durch einen hermetisch abgeschlossenen Zwischenraum (VIII; X) ge­ trennt sind und daß die größere Membrane (9) dem Arbeits­ raum (10; 11) und die kleinere Membrane (10) der Hoch­ druckkammer (VI; VII) zugeordnet sind.
4. Filtersystem nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Arbeitskammer (X; XI) über eine Druckleitung (28; 29) mit dem Einlaßkanal (2) wirkungsverbunden ist und daß in dieser Druckleitung (2) ein Wegeventil (26; 27) mit an­ geschlossener Entlüftungsleitung (30; 31) angeordnet ist.
5. Filtersystem nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Hochdruckkammer (VI; VII) einen Endlagensensor (13; 14) für die Endlagenerfassung der Membrane (10) aufweist, der schaltungstechnisch mit dem Steuerblock (15) wirkver­ bunden ist.
6. Filtersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Druckimpulsgeber ein mit Differentialkolben (36; 37) bestückter Servomotor (32; 33) am Filtergehäuse (1) ange­ blockt ist, von dem die kleinere Kolbenseite des Differen­ tialkolbens (36; 37) mit dem Funktionsraum der Sammelkammer (V; VI) in Wirkbezug steht und daß die größere Differen­ tialkolbenseite als Doppelkolben ausgebildet ist, die ihrerseits mit dem Einlaßkanal (2) über ein 3/4-Wegeventil (38; 40) wechselseitig wirkverbunden ist und daß zur Be­ grenzung des Arbeitshubes im Servomotor (32; 33) Endlagen­ schalter (34; 35) vorgesehen sind, die ihrerseits mit dem Steuerblock (15) wirkverbunden sind.
7. Filtersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Rücklaufsperre (3; 4) vorzugsweise Lamellenrückschlag­ ventile vorgesehen sind.
8. Filtersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Ablaufkanäle (18; 19), Absperrventile (24; 25) oder aber gemeinsam ein Drehschieberventil (38) aufweisen.
9. Filtersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Arbeitskammerseite der Arbeitskammer (X; XI) einen separaten Druckgasanschluß (43) besitzt.
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