DE4235347A1 - Filtermittelträger für den Einsatz in eine Filtervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Filtermittelträger zum Einsatz in einer Filtervorrichtung zum Filtern von Flüssigkeiten, der in einem Topfabschnitt eine zentrische Öffnung und eine an den Topfabschnitt anschließende, am äußeren Umfang mit einem Kragen versehene und zum Abstützen eines Filterkörpers dienende Trichterfläche aufweist.

Ein solcher Filtermittelträger ist aus der EP-A-0 368 076 bekannt. Es handelt sich hierbei um Filtermittelträger, die in ihrem Einsatz in der Filtervorrichtung aufeinandergestapelt werden. Zwischen zwei übereinander angeordneten Filtermittelträgern ist ein Filterkörper eingebettet, der von der zu filtrierenden Flüssigkeit durchströmt wird. Die Kragen am äußeren Umfang der Trichter nehmen an ihrer Außenseite jeweils eine Dichtung auf, die an der Innenseite des Kragens vom darüber angeordneten Filtermittelträger anliegt. Der Filterkörper stützt sich mit seiner äußeren Stirnfläche ebenfalls an dieser Dichtung ab. Die innenliegende Stirnseite des Filterkörpers stützt sich mit Hilfe einer zwischengeschalteten Dichtung an der Außenwand des Topfabschnittes ab. Die zu filtrierende Flüssigkeit strömt von der zentrischen Öffnung in jeweils eine dem Filterkörper zugeordnete Einlaßöffnung und wird dann unterhalb des Filterkörpers in durch Rippen getrennten Kanälen geführt. Die Dichtung an der Einlaßöffnung verhindert hierbei, daß unfiltrierte Flüssigkeit sofort in die oberhalb des Filterkörpers angeordneten Rippen, die Kanäle zur Auslaßöffnung bilden, hineinströmt. Wichtig ist hierbei, daß die unfiltrierte Flüssigkeit vom Filtrat einwandfrei getrennt ist. Die beiden den Filterkörper begrenzenden Dichtungen müssen so gestaltet sein, daß sie eine Relativbewegung der Filtermittelträger beim Schrumpfen der Filterkörper zulassen. Durch eine Spannvorrichtung, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, wird ein ständiger Druck auf die Filtermittelträger ausgeübt. Durch den Druck und die Elastizität der Filterkörper schrumpft der Stapel. Den dabei von den Dichtungen zu überbrückenden Weg können bei dem bekannten Filtermittelträger nur relativ kompliziert aufgebaute Dichtungen gewährleisten. Zumindest die äußere Dichtung wird durch Kegelflächen der einzelnen Filtermittelträger zusammengepreßt, wodurch sich der Druck beim Schrumpfen der Filterkörper ständig erhöht. Bei der großen Anzahl der in diesen Filtervorrichtungen eingesetzten Dichtungen ist ein sorgfältiges Herstellen der Filtermittelträger und deren sauberes Ausrichten unbedingt erforderlich. Trotz aller Sorgfalt beim Verwenden dieses Dichtungskonzeptes der bekannten Filtermittelträger, kommt es wiederholt zum unkontrollierten Vermischen von unfiltrierter Flüssigkeit und Filtrat, sowie vereinzelt zu Problemen mit der Haltbarkeit. Weiterhin ist der Herstellungsprozeß der Filtermittelträger sehr aufwendig, weil die Rippenfelder zum Produktzu- und -abführen durch Fräsen bzw. Eingießen hergestellt werden. Ebenso ist die Abdichtung mittels der außen umlaufenden Profildichtung nur begrenzt gewährleistet. Bei höheren Prozeßdrücken und/oder Druckstößen treten auf der Filtratseite Leckagen an der außen umlaufenden Profildichtung zur Umgebung hin auf, verbunden mit Produktverlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Filterträger, bei dem ein vereinfachtes Dichtungskonzept eine sichere Trennung zwischen Filtrat und Unfiltrat, eine 100%ige Systemabdichtung zur Umgebung insbesondere bei Druckstößen und hohen Drücken und ein Wegfall der fertigungstechnisch schwer realisierbaren Rippenfelder erreicht werden kann, bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kragen nach oben weisend an der Trichterfläche umläuft, so daß der Filtermittelträger im Querschnitt des Topfabschnittes, der Trichterfläche und des Kragens auf einer Seite der Achse die Form eines gestreckten Z aufweist.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß nun die Dichtungen an den Stirnseiten des Filterkörpers entfallen, bzw. einfach ausgeführt sein können. Der Filterkörper stützt sich nun direkt am Kragen und am Topfabschnitt ab. Hierbei übernimmt ein Filtermittelträger nicht das gesamte Abdichten eines Filterkörpers. Denn ein Filtermittelträger dichtet mit seinem Topfabschnitt die innere Stirnseite des unter ihm angeordneten Filterkörpers ab und mit seinem Kragen die äußere Stirnseite des darüber angeordneten Filterkörpers ab. Durch dieses Anordnen wird ein Filterkörper formschlüssig durch zwei Filtermittelträger eingebettet. Der Topfabschnitt und der Kragen sind in ihrem druckabhängigen Verhalten sehr starr und geben somit keinen Spalt für das Durchströmen von unfiltrierter Flüssigkeit zwischen ihnen und Filterkörper frei. Durch das Einsparen bzw. die jetzt einfache Ausführung der bislang kompliziert aufgebauten Dichtungen können bei Verwendung der erfindungsgemäßen Filtermittelträger für eine Filtervorrichtung beträchtliche Kosten eingespart werden. Zusätzlich weisen die einfach aufgebauten Dichtungen durch die symmetrische Bauausführung einfachste Handhabung und eine hohe Haltbarkeit auf. Da die Filterkörper direkt auf dem Filtermittelträger aufliegen können, werden Herstellungskosten für die Rippenfelder eingespart.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Filtermittelträgers sind der Topfabschnitt und der Kragen in einem Winkel α von 1° bis 15°, vorzugsweise 5°, geneigt sind. Bei übereinander angeordneten Filtermittelträgern können sich somit jeweils die Topfabschnitte und die Kragen teilweise überlappen. Die Topfabschnitte geben dann jeweils eine ringförmige Einlaßöffnung und die Kragen jeweils eine ringförmige Auslaßöffnung frei. Durch das teilweise Übergreifen von den Topfabschnitten und den Kragen wird die Stabilität der Abdichtung wesentlich erhöht und das Führen beim Aufeinanderschichten der einzelnen Filtermittelträger erleichtert.

Von Vorteil ist es, wenn die Außenwand der konischen Trichterfläche in einem Winkel β von 5° bis 60° geneigt ist. Die Neigung ist hierbei durch den jeweiligen Einsatzfall bestimmt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Filtermittelträger mit einer im wesentlichen am Kragen angeordneten umlaufenden Schürze versehen. Die Schürze weist an der Außenwand eine Aufnahme auf, in die eine im wesentlichen umlaufende Profildichtung einsetzbar ist. Die Schürze bietet die Möglichkeit eine einwandfreie Abdichtung nach außen für einen sich zwischen der Außenwand des Kragens und der Innenwand der Schürze befindlichen Ringkanals zu gewährleisten. Durch das Anordnen der Profildichtung an der Außenwand der Schürze, wird diese bei erhöhtem Druck verstärkt gegen die Dichtfläche gepreßt, wodurch sich die Dichtwirkung verstärkt.

Als besonders simpel und kostengünstig zeigt sich eine Filtervorrichtung, bei der die Profildichtung als O-Ring ausgebildet ist. O-Ringe sind in nahezu sämtlichen Normmaßen erhältlich, arbeiten sehr zuverlässig und sind sehr preisgünstig.

Bevorzugt wird die Aufnahme für die Profildichtung im Querschnitt halbringförmig ausgebildet. Der Grund liegt im sicheren Haltern des O-Ringes. Weder bei der Montage noch bei der Demontage wird der O-Ring bei der Verwendung einer solchen Aufnahme aus seiner Lage verschoben. Auch beim Entlangrutschen an der Dichtfläche beim anfänglichen Setzen der Filterkörper wird der O-Ring durch das Ausgestalten der Aufnahme in seiner Lage gehalten und die Dichtwirkung nicht beeinträchtigt.

Vorteilhaft für das bessere Abführen des Filtrates ist es, wenn das obere Ende des Kragens einen davon abgewinkelten Lochkranz aufweist, an dessen Rand die Schürze befestigt ist. Der Lochkranz befindet sich somit in den sich zwischen Kragen und Schürze befindlichen Ringkanal. Ein einwandfrei abgedichtetes Abführen des Filtrates ist somit gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahme der Schürze an der Stirnseite des Lochkranzes befestigt ist. Hierdurch wird bei Druckerhöhung die Dichtwirkung durch direktes Einbringen der Kraft in Höhe der Aufnahme verstärkt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der Topfabschnitt, die Trichterfläche, der Kragen und ein eventuell daran angeordneter Lochkranz einstückig und die Schürze separat hergestellt. Durch diese Zweiteiligkeit sind einfach herzustellende Grundkörper entstanden, die dann lediglich noch zusammengefügt werden müssen. Die Kosten werden erheblich reduziert.

Günstig erweist es sich, wenn sämtliche Teile aus Blech hergestellt sind, wobei die Schürze durch eine bekannte Verbindungsmethode, bevorzugt Schweißen, befestigt ist. Hierdurch sind bekannte Blechverarbeitungsverfahren wie Rollen und Tiefziehen einsetzbar. Diese Ausgestaltung eines Filtermittelträgers erweist sich als relativ stabil und gewährleistet die genaue Maßhaltigkeit.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Schürze einen Absatz und an dem der Aufnahme abgewandten Ende einen mit einem Radius versehenen und nach außen weisenden Kranz aufweist. Der Kranz verleiht der außen umlaufenden Schürze eine große Stabilität. Weiterin ist durch den mit dem Radius versehenen Kranz das Einfädeln eines jeweils von oben aufzusetzenden Filtermittelträgers sehr einfach und dichtungsschonend. Der Absatz der Schürze gibt gleichzeitig die Endlage für die Dichtung an.

Eine Filtervorrichtung, für die gesondert Schutz beansprucht wird, sieht vor, daß auf der Ober- und/oder Unterseite der Filtermittelträger ein- oder mehrlagige Siebgewebe angeordnet sind. Die Siebgewebe bestehen bevorzugt aus einem relativ engmaschigen Metallgeflecht. Die Aufgabe der Siebgewebe besteht darin, daß sie an der Unterseite der Filtermittelträger das Unfiltrat gleichmäßig verteilen und einer größeren Filterfläche zugänglich machen. Auf der Oberseite der Filtermittelträger können die Siebgewebe das Filtrat über die gesamte Filterfläche aufnehmen und abführen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filtermittelträgers anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Filtermittelträger,

Fig. 2 den Ausschnitt I aus Fig. 1 in einer vergrößerten Ansicht,

Fig. 3 eine Draufsicht des Filtermittelträgers aus Fig. 1 in einem 90°-Ausschnitt,

Fig. 4 mehrere übereinander angeordnete Filtermittelträger in einer geschnittenen Detailansicht, und

Fig. 5 den Ausschnitt II gem. Fig. 4 in einer vergrößerten Ansicht.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Filtermittelträger 1 dargestellt. Der Filtermittelträger 1 weist eine zentrale Öffnung 2 auf, die sich in einem kegeligen Topfabschnitt 3 befindet. Am oberen Ende des kegeligen Topfabschnittes 3 ist in einem Winkel β eine konusförmige Trichterfläche 4 angeordnet. Das äußere Ende der Trichterfläche 4 ist mit einem kegelförmigen Kragen 5 versehen. Ein Lochkranz 6 mit parallel zur zentrischen Öffnung 2 ausgerichteten Löchern 7 ist am oberen Ende des Kragens 5 angewinkelt. Eine umlaufende Schürze 8 weist eine im Querschnitt halbringförmige Aufnahme 9 auf, die mit der Mitte ihrer geschlossenen Seite an der Stirnseite des Lochkranzes 6 verbunden ist. Die Schürze 8 ist mit einem nach unten durchschnittserweiternden Absatz 10 versehen. Am freien Ende der im wesentlichen unterhalb des Lochkranzes 7 befindlichen Schürze 8 ist ein mit einem Radius versehener Kranz 11 angebracht. Die Stirnseite des Kranzes 11 verläuft dabei im wesentlichen koaxial zur Achse des Filtermittelträgers 1.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Filtervorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Filtermittelträgers 1 zum Filtern von Flüssigkeiten dargestellt. Die Filtervorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Turm übereinander angeordneter Filtermittelträger 1, zwischen denen Filterkörper 12 angeordnet sind.

Bei den aufeinandergesetzten Filtermittelträgern 1 und 1′ ist zu erkennen, daß in die Aufnahme 9 eine Profildichtung 13 in Form eines O-Ringes eingelegt ist. Die Profildichtung 13 des Filtermittelträgers 1 drückt jeweils gegen die Innenwand einer Schürze 8 eines darüber angeordneten Filtermittelträgers 1′. Die Schürze 10, die Lochkränze 6 und 6′ der Filtermittelträger 1 und 1′ und der Kragen 5′ des oberen Filtermittelträgers 1′ bilden jeweils eine Ringkammer 14. Der gesamte Aufbau muß außen nicht zusätzlich abgestützt werden. Die zusammengesetzten Filtermittelträger 1 und 1′ bilden zwischen den kegeligen Topfabschnitten 3 und 3′ von jeweils übereinander angeordneten Filtermittelträgern 1 und 1′ eine ringförmige Einlaßöffnung 16. Auf der anderen Seite des Filterkörpers 2 und 2′ bilden jeweils die Kragen 5 und 5′ eine ringförmige Auslaßöffnung 17.

Auf der Ober- und Unterseite der Filterkörper 12 können, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, Siebgewebe 15 angeordnet sein. Die Siebgewebe 15 bedecken vorzugsweise die gesamte Ober- und Unterseite der Filterkörper. Die Siebgewebe 15 auf der Oberseite sind bevorzugt an dem Filtermittelträger 1 fixiert, während die Siebgewebe 15 auf der Unterseite fixiert sind.

Im folgenden wird nun die Wirkungs- und Funktionsweise des erfindungsgemäßen Filtermittelträgers im Einsatz in einer Filtervorrichtung näher erläutert.

Zunächst werden, wie in den Fig. 4 und 5 ausschnittsweise dargestellt, jeweils abwechselnd Filtermittelträger 1 und Filterkörper 2 aufeinandergestapelt, wobei in die Aufnahme 9 jeweils eine Profildichtung 13 eingelegt ist. Das nicht dargestellte Fußteil und Kopfteil weisen eine andere Ausgestaltung auf, sind aber mit der gleichen Dichtungsvariante der anderen Filtermittelträger 1 versehen. Um einen sicheren Aufbau der turmartigen Filtervorrichtung zu gewährleisten und sie in ihrer Lage zu fixieren, wird durch eine nicht dargestellte Fixiervorrichtung eine Spannkraft aufgebracht. Vorzugsweise wird als Fixiervorrichtung eine Spindel- oder Hydraulikpresse verwendet.

Im Einsatz wird eine Flüssigkeit unter Druck in die zentralen Öffnungen 2 der Filtermittelträger 1 eingeleitet. Das nicht dargestellte Kopfteil schließt die zentralen Öffnungen 2 am oberen Ende der Filtervorrichtung ab. Die Flüssigkeit, deren Strömungsrichtung anhand der Pfeile zu erkennen ist, teilt sich auf und dringt jeweils in die ringförmigen Einlaßöffnungen 16 zwischen zwei Topfabschnitten 3 und 3′ ein.

Nach dem Einströmen des Unfiltrates durch die ringförmigen Einlaßöffnungen 16, verteilt es sich in den auf der Unterseite der Filterkörper 12 angeordneten Siebgeweben 15. Die unteren Siebgewebe 15 bestehen bevorzugt aus einem engmaschigen Metallgeflecht, was die Filterkörper 12 über die gesamte Filterfläche stützt und ein Verteilen des Unfiltrates auf die gesamte Filterfläche bewirkt. Danach durchfließt die Flüssigkeit die Filterkörper 12 und wird hierdurch gereinigt. Die an der Oberseite der Filterkörper 12 angeordneten Siebgewebe 15 sind bevorzugt an der jeweiligen Unterseite eines Filtermittelträgers fixiert. Die oberen Siebgewebe 15 nehmen das Filtrat über die gesamte Filterfläche auf und führen es zu den Auslaßöffnungen ab. An den ebenfalls ringförmigen Auslaßöffnungen 17 zwischen zwei Kragen 5 und 5′ strömt das Filtrat in die Ringkammern 14 ein. Da die Löcher 7 in den Ringkammern 14 ebenfalls durch das Kopfteil nach oben hin verschlossen sind, strömt das Filtrat nun durch die Löcher 7 nach unten. Das Filtrat kann dann an einem entsprechend ausgestalteten Fußteil abgeführt werden. Durch das gezielte Anordnen der Mitte der Aufnahmen 9 an der Stirnseite des Lochkranzes 6 wird bei steigendem Druck die Dichtwirkung verstärkt. Die Dichtkraft wird somit genau radial zum Lochkranz 6 durch die Achse der Profildichtung 13 auf die Innenwand der Schürze 8 übertragen. Hierdurch kann kein Moment an der Profildichtung 13 angreifen. Das annähernd vollständige Umfassen eines Filterkörpers 12 von zwei Filtermittelträgern 1 und 1′ gewährleistet ein gutes Abdichten von unfiltrierter Flüssigkeit und Filtrat.

Wenn die Filterkörper 12 ausgetauscht werden, verbleiben die Profildichtungen 13 in der Aufnahme 9. Die Profildichtungen 13 sind für diesen Einsatz sehr gut geeignet und können mehrmals wieder eingesetzt werden. Eine einzige Profildichtung 13 pro Filtermittelträger 1 gewährleistet somit ein sicheres Trennen von Filtrat zur Umgebung.

Claims (12)

1. Filterträger zum Einsatz in einer Filtervorrichtung zum Filtern von Flüssigkeiten, der in einem Topfabschnitt eine zentrische Öffnung und eine an den Topfabschnitt anschließende, am äußeren Umfang mit einem Kragen versehenen und zum Abstützen eines Filterkörpers dienende Trichterfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (5) nach oben weisend an der Trichterfläche (4) umläuft, so daß der Filtermittelträger (1) im Querschnitt des Topfabschnittes (3) der Trichterfläche (4) und des Kragens (5) auf einer Seite der Achse die Form eines gestreckten Z aufweist.

2. Filtermittelträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfabschnitt (3) und der Kragen (5) in einem Winkel α von 1 bis 15°, vorzugsweise von 5°, geneigt sind.

3. Filtermittelträger nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichterfläche (4) in Winkel β von 5 bis 60° geneigt ist.

4. Filtermittelträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Kragen (5) eine umlaufende, etwa vertikal gerichtete Schürze (8) angeordnet ist, die an ihrer Außenwand eine Aufnahme (9) aufweist, in die eine im wesentlichen umlaufende Profildichtung (13) einsetzbar ist.

5. Filtermittelträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Aufnahme (9) einsetzbare Profildichtung (13) als O-Ring ausgebildet ist.

6. Filtermittelträger nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (9) für die Profildichtung (13) im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist.

7. Filtermittelträger nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Kragens (5) einen davon abgewinkelten Lochkranz (6) aufweist, an dessen Rand die Schürze (8) befestigt ist.

8. Filtermittelträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (9) der Schürze (8) an der Stirnseite des Lochkranzes (6) befestigt ist.

9. Filtermittelträger nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfansatz (3), die Trichterfläche (4), der Kragen (5) und ein eventuell daran angeordneter Lochkranz (6) einstückig und die Schürze (8) separat hergestellt sind.

10. Filtermittelträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Teile aus Blech hergestellt sind, wobei die Schürze (8) durch eine bekannte Verbindungsmethode, bevorzugt Schweißen, befestigt ist.

11. Filtermittelträger nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schürze (8) einen Absatz (10) und an dem der Aufnahme (9) abgewandten Ende einen mit einem Radius versehenen und nach außen weisenden Kranz (11) aufweist.

12. Filtervorrichtung mit Filtermittelträger, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, und Filterkörper, die abwechselnd aufeinandergestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ober- und/oder Unterseite der Filterkörper (12) ein- oder mehrschichtige Siebgewebe (15) angeordnet sind.