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Diese
Erfindung bezieht sich auf Filter im Allgemeinen, und insbesondere
auf verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zum automatischen Reinigen
eines Filterelementes.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bekannte
Filter besitzen Gehäuse,
welche Filterelemente umgeben, und einige haben Reinigungselemente,
die innerhalb des Gehäuses
angeordnet sind zum periodischen Entfernen von Rückständen und Schmutzteilchen von
den Filterelementen. Beispiele bekannter Systeme und Verfahren sind in
den 1A und 1B dargestellt.
Im Allgemeinen, Schmutzwasser oder anderes Fluid gelangt in die
Vorrichtung durch einen "Schmutzwassereinlass", strömt in den
mittleren Teil der Filtervorrichtung, und wird dann gefiltert in
dem es radial nach aussen durch ein zylindrisches Filterelement
strömt. Während dem
Betrieb ist der Hochdruckfilterbereich von einem Niederdruckspülbereich
der Vorrichtung durch eine Zwischen- oder Trennwand "abgeschottet"
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Wenn
bei diesen Vorrichtungen der Filter verstopft oder zu schmutzig
wird erfolgt das Öffnen eines
Ventilen in dem Spülauslass
zum "Reinigen" oder "Vakuumreinigen" des Filters. Das
Ventil kann betätigt
werden, z.B. wenn in dem System ein vorbestimmter Druckunterschied
zwischen dem Schmutzfluideinlass und dem Auslass für das gefilterte
Fluid vorliegt. Der Druckunterschied wird üblicherweise durch Fühler überwacht
und er nimmt üblicherweise zu
mit der Ansammlung von ausgefilterten Rückständen auf der Innenseite des
Filterelementes.
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In
Systemen entsprechend den 1A und 1B erfolgt
das Vakuumreinigen durch ziemlich niedrigen Druck an dem Spülauslass
(wenn das Spülventil
offen ist). Dieser niedrige Druck steht in Verbindung über eine
Motoreinrichtung, welche mit Vakuumrotoren verbunden ist. Die Rotoreinlässe befinden
sich nahe angrenzend an das Filterelement. Der verhältnismässig niedrigere
Druck an dem Spülauslass
erzeugt ein Vakuum, der die Rückstände oder
den Filterkuchen, der sich auf der Innenseite des Filters ansammelt,
durch die Vakuumrotore und durch die Motoreinrichtung und schliesslich
durch den Spül/Reinigungsauslass
absaugt. Die vorstehend erwähnte
Fluidströmung übt einen
Schub an den Auslässen
der Motoreinrichtung aus, wodurch der Motor und die gesamte damit
verbundene Einrichtung in Rotation versetzt wird. Die rotierende
Einrichtung umfasst die Vakuumrotore, welche (durch Rotation) sich
mindestens über
einen Teil der Innenfläche
des Filterelementes bewegen und diese "Vakuumreinigen".
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Die
Systeme gemäss
dem Stand der Technik haben viele Nachteile. Unter anderem, obschon
Systeme gemäss
der 1A Vakuumrotore besitzen, welche bemessen und
angeordnet sind, um im Wesentlichen über die gesamte Fläche durch
eine einzige 360 Grad Umdrehung wirksam zu sein, benötigen diese
Rotore grosse Ventile und einen dementsprechend grossen Fluiddurchsatz,
um eine ausreichende Saugwirkung zum zufriedenstellenden Reinigen des
Filters zu erzielen.
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Systeme
gemäss
der 1B haben üblicherweise
kleinere Ventile, erlauben aber keinen "kontrollierten" Reinigungszyklus, der die gesamte Fläche des
Filters zuverlässig
reinigt. Dafür
drehen die Vakuumrotore und die Motoreinrichtung gemäss 1B nicht
nur während
dem Reinigungsvorgang sondern bewegen sich auch in Axialrichtung
von einer rechten Endstellung (wie in 1B dargestellt) nach
links (nicht dargestellt). Ein Passsitz ist zwischen der Trennwand
und der Motoreinrichtung vorgesehen, der eine Rotation des Motors
in der Trennwand erlaubt, aber auch einen Druckverlust zwischen
dem Rotor und der Trennwand zulässt.
Wenn der Spülauslass
offen ist kann Fluid aus dem Hochdruckbereich angrenzend an den
Filter allmählich durch
den Passsitz in den Niederdruckbereich entweichen bis sich die beiden
Drucke schliesslich ausgeglichen haben. Bevor der Druckausgleich
eintritt ist aber der Hochdruck bestrebt die Motor/Rotoreinrichtung
nach links zu drücken.
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Dieser
Bewegung nach links wird einigermassen entgegengewirkt durch relatif
unverdichtbares Fluid in einem Zylinder. Um eine gewisse Bewegung
nach links zuzulassen ist die Öffnung
des Spülauslasses
abgestimmt mit der Öffnung
einer kleinen Auslassöffnung
am Ende eines Zylinders. Diese geöffnete Auslassöffnung erlaubt
beim Herausdrücken von
Wasser aus der Auslassöffnung
die Bewegung eines Kolbens in dem Zylinder (welcher Kolben mit der
Motor/Rotoreinrichtung verbunden ist) nach links.
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Sobald
der Druckausgleich erfolgt ist werden der Spülauslas und die Auslassöffnung geschlossen, und
die grössere
wirksame Oberfläche
auf der linken Seite der Motor/Rotoreinrichtung drückt die
Einrichtung zurück
nach rechts. Während
diesem Teil des Zyklus liegt keine Vakuumwirkung an den Rotoreinlässen vor,
und somit wird der Filter nicht gereinigt. Anders ausgedrückt, die "Reinigung" erfolgt nur während dem
einzigen Durchlauf von rechts nach links. Je nach dem Druckunterschied,
dem Zustand der verschiedenen Dichtungen und Passstellen, und anderen
Faktoren, kann diese einzige Durchlaufbewegung von rechts nach links
so schnell erfolgen dass es ungewiss ist, ob die Rotoreinlässe die
gesamte Filterinnenfläche
der Saugwirkung aussetzen. Diejenigen Bereiche, welche ausgelassen
werden, bleiben schmutzig, wodurch die Wirksamkeit des Filters herabgesetzt
ist und Reinigungszyklen öfters
(aber weniger wirksam) durchgeführt
werden müssen.
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Eine
Filterreinigungsvorrichtung gemäss dem
Teil vor dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 zeigt die US-A-4,060,483.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER BESCHREIBUNG
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Erfindungsgemäss schafft
die Erfindung eine Filterreinigungsvorrichtung, mit:
einem
Gehäuse,
das einen Einlass, einen Auslass für sauberes Fluid, und einen
Spülauslass
aufweist;
einem Filterelement das angeordnet ist zum Filtrieren eines
Fluids, das von dem Gehäuseeinlass
zu den Auslass für
sauberes Fluid strömt;
einem
Reinigungselement mit mindestens einem Vakuumrotor, wobei der Vakuumrotor
desweiteren einen Rotoreinlass aufweist, der angeordnet ist zum Sammeln
von Fremdteilchen von dem Filterelement zum Ableiten der Teilchen,
um schlussendlich durch den Spülauslass
abgegeben zu werden;
einem Gestänge zum Umwandeln der Rotationsbewegung
des Reinigungselementes in Längsbewegung
in Bezug auf das Filterelement;
wobei das Reinigungselemet
gestaltet und positioniert ist, um durch das Öffnen des Spülauslasses
betätigt
zu werden; und
wobei der Vakuumrotor sich am Filterelement
vorbeibewegt, um Fremdteilchen vom Filterelement abzusaugen;
gekennzeichnet
desweiteren durch eine Druckleitung, die den Gehäuseeinlass an einen am Gehäuse vom
Einlass entfernten Durchlass anschliesst, wobei der Durchlass angeordnet
ist, um den Druck, der sonst auf das Reinigungselement ausgeübt werden würde zu kompensieren
oder im Wesentlichen auszugleichen.
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Die
Druckleitung gleicht im Wesentlichen den auf der Einlassseite der
Vorrichtung wirkenden Druck aus, und setzt damit die Abnutzung sowie
den Widerstand herab, der auf verschiedene Bauteile einwirkt.
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Es
ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte
Vorrichtungen und Verfahren zum Reinigen eines Filterelementes zu
schaffen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel können verhältnismässig kleine
Ventile und Fluiddurchsätze
benutzt werden zum Vakuumreinigen der Einlassseite einer Filterfläche in einer
sehr geregelten Art und Weise, um zu gewährleisten dass die gesamte
Fläche
gereinigt wird. Wie bei den Geräten nach
dem Stand der Technik können
die Geräte
und Verfahren über
Sensore und dergleichen automatisiert werden.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung können aus der folgenden Beschreibung
und den zugehörigen
Zeichnungen entnommen werden, die lediglich zum Zwecke der Erläuterung
dienen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine z.T. weggeschnittene perspektivische Ansicht eines Gerätes gemäss dem Stand
der Technik;
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1B ist
eine Schnittansicht eines anderen Gerätes entsprechend dem Stand
der Technik;
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2 ist
eine Schnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung;
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3 ist
eine vergrösserte
Ansicht eines Teiles des rechten Endes gemäss 2;
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4 ist
eine vergrösserte
Ansicht eines Teiles des linken Endes der 2;
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5 ist
eine z.T. weggeschnittene Schnittansicht eines der vielen alternativen
Ausführungsbeispiele
der Erfindung;
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6 ist
eine Endansicht der Vorrichtung nach der 5 längs der
Linie 6-6 in 5;
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7 zeigt
einige der inneren Einzelheiten der Vorrichtung nach 5;
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8 ist
eine Endansicht entlang der Linie 8-8 in 7;
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9 zeigt
weitere innere Einzelheiten der Vorrichtung gemäss den 5 und 7;
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10 ist
eine Endansicht längs
der Linie 10-10 in 9;
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11A ist eine Schnittansicht längs der Linie 11A-11A in 3;
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11B ist ähnlich
wie die 11C, und ist eine Seitenansicht
eines bevorzugten Läufers 250, der
um 90 Grad gegenüber
der in 11A dargestellten Lage gedreht
ist; und
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11C ist ähnlich
wie die 11B, und ist eine Seitenansicht
eines bevorzugten Läufers 250 in der
gleichen Lage wie in 11A.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den 2–4 dargestellt
und umfasst die Vorrichtung 200. Obschon diese Vorrichtung bestimmte
allgemein bekannte Merkmale aufweist einschliesslich einigen wie
in den 1A und 1B des
Standes der Technik vorgesehen, wie hierin beschrieben, wird mit
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine wesentlich genauere Steuerung erreicht als es
bei den Vorrichtungen gemäss
dem Stand der Technik, welche dem Erfinder bekannt sind, möglich ist,
und das bevorzugte Ausführungsbeispiel
bietet eine bessere Gewährleistung,
dass der grösste
Teil der Innenfläche
oder die gesamte Innenfläche
des Filterelementes während jedem
Reinigungszyklus gereinigt wird.
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Die
Bauteile der erfindungsgemässen
Vorrichtung sind vorzugsweise aus geeigneten widerstandsfähigen Werkstoffen
gefertigt, um den verschiedenen Drucken und zyklischen Wiederholungen der
hierin beschriebenen Bewegung zu widerstehen. Ausserdem ist es dem
Durchschnittsfachmann geläufig
dass die Werkstoffe vorzugsweise beständig gegen Korrosion und andere
Schädigungen
sein sollen, die durch die verschiedenen Flüssigkeiten und die herausgefilterten
Rückstände entstehen
können.
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Wie
am besten in den 2 und 3 dargestellt,
hat das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Filterreinigungsvorrichtung 200 ein Gehäuse 205 mit einem
Einlass 210, einem Auslass 215 für gefiltertes Fluid,
und einen Spülauslass 220.
Die bevorzugte Vorrichtung besitzt ausserdem ein Filterelement 203, das
angeordnet ist um Fluid zu filtrieren, das vom Gehäuseeinlass 210 zu
dem Auslass 215 für
gefiltertes Fluid strömt.
Ein Reinigungselement 230 mit einem oder mehreren Vakuumrotoren 235 ist
ausserdem vorgesehen. Vorzugsweise dreht der Vakuumrotor oder die
Vakuumrotore 235 um eine mittlere Achse 257 des Reinigungselementes 230.
Der Vakuumrotor 235 hat vorzugsweise einen Rotoreinlass 245,
der angeordnet ist zum Sammeln der Rückstände von dem Filterelemente 203 und
zum Ableiten der Rückstände von
dem Filterelement 203, um schlussendlich durch den Spülauslass 220 ausgeschieden
zu werden.
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Das
Reinigungselement 230 hat vorzugsweise auch einen wassergetriebenen
Rotor/Motor 270, um die Rotationsbewegung der Reinigungsvorrichtung
oder des Reinigungselementes 230 zu bewirken, ansprechend
auf die Saugwirkung durch diese Einrichtung beim Absaugen von Rückständen von dem
Filter. Wie im Späteren
erklärt
wird, wird diese Rotationsbewegung vorzugsweise umgesetzt in eine zweidirektionale
Linearbewegung der Einrichtung 230 entlang der Längsachse 257.
Während
dem Reinigen des Filters erzeugt das durch den Rotor/Motor 270 strömende Fluid
einen Schub an dem Motorauslässen,
der den Rotor/Motor 270 und demnach die gesamte mit dem
Motor verbundene Einrichtung 230 in Rotation versetzt.
Demgemäss
kann das Reinigungselement 230 auch als eine Rotor/Motoreinrichtung
bezeichnet werden.
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Gemäss den vielen
alternativen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann der Vakuumrotor 235 auch durch eine
andere Antriebskraft in Rotation versetzt werden als die Vakuumschubkraft
des Wassers beim Austritt während
dem Reinigungszyklus der Vorrichtung. Z.B. kann ein elektrischer
oder manueller Antrieb (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um die
zur Rotation des Reinigungselementes 230 erforderliche
Kraft zu liefern.
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Das
Reinigungselement 230 ist vorzugsweise gestaltet und angeordnet
zur Betätigung
durch Öffnen
des Spülauslasses 220.
Das Öffnen
und Schliessen des Spülauslasses 220 wird
vorzugsweise gesteuert durch herkömmliche Druckmessmittel, ansprechend
auf Druckunterschiede zwischen dem Filterabschnitt und dem Spülabschnitt
der Vorrichtung 200. Durch Öffnen des Spülauslasses 220 entsteht
vorzugsweise ein Unterdruck, der sich von den Einlässen 245 der
Vakuumrotore 235 durch den Motor 270 zum Auslass 220 fortpflanzt.
Der Unterdruck bewirkt vorzugsweise eine Fluidströmung längs dem gleichen
Weg, die ihrerseits vorzugsweise die erwünschte Rotation des Einlasses
oder der Einlässe 245 des
Rotors verursacht. wie hierin beschrieben, führt diese bevorzugte Rotation
des Reinigungselementes 230 (um die Achse 257)
und die bevorzugte longitudinale Bewegung des Reinigungselementes 230 (entlang
der Längsachse 257)
dazu, dass der Einlass oder die Einlässe 245 sich über im Wesentlichen
die gesamte Innenfläche
des Filterelementes 203 vorbeibewegen (und diese dementsprechend "vakuumreinigen"). Diese Vakuumreinigung
entfernt vorzugsweise angesammelte Filterrückstände von der Filteroberfläche.
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Der
Durchschnittsfachmann wird verstehen dass die relative Anzahl und
die relativen Abmessungen der Einlässe 245 je nach der
besonderen Anwendung ändern
können.
Unter anderem kann die relative Grösse der Innenfläche des
Filterelementes 203 und die spezifischen Abmessungen und
Gestaltung der bevorzugten in zwei Richtungen wirksamen Führungs-
und Läuferanordnung
(wie nachfolgend beschrieben) die erforderliche und/oder erwünschte Abmessung
und Anordnung der Öffnungen
oder Einlässe 245 entlang
dem Reinigungselement 230 beeinflussen. Obschon drei dieser
Einlässe 245 in
den 2–4,
und in den 5–10 zwei
Einlässe
vorgesehen sind, kann der Durchschnittsfachmann erkennen, dass nur
ein einziger, oder viel mehr als drei, für bestimmte Anwendungen verwendet
werden können.
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Um
eine höhere
Unterdruckkraft zu erzielen ist der Einlass oder sind die Einlässe 245 vorzugsweise
kleiner (individuell und kollektiv) als die gesamte Breite des Filterelementes 203.
Demgemäss,
um zu gewährleisten
dass die gesamte Innenfläche
des Filterelementes 203 während dem Reinigungszyklus der
Vorrichtung vakuumgereinigt wird, hat die Vorrichtung 200 vorzugsweise
ein Gestänge,
um die Einrichtung 230 während dem Reinigungs-/Rotationszyklus entlang
der Längesachse 257 zu
bewegen. Gemäss
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
besitzt dieses Gestänge
ein Leitstück
oder einen Läufer 250, der
zusammenwirkend in einen schraubenförmigen oder in einen in zwei
Richtungen wirksamen Schraubengang 260 eingreift.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
befindet sich der Schraubengang 260 auf einer mittleren
Schraube 255 und der Läufer 250 ist
in einer Wand des Reinigungselementes 230 drehbar gelagert.
Der Durchschnittsfachmann wird aber verstehen, dass der Schraubengang
und der Läufer
auch vertauscht werden können
(d.h. der Läufer 250 kann in
der mittleren Schraube oder dem Kernelement 255 vorgesehen
sein und der Schraubengang 260 kann sich am Reinigungselement
(Rotor-/Motoreinrichtung) 230 befinden). In allen Fällen gewährleistet
die Einrichtung vorzugsweise eine vollständige (oder im Wesentlichen
vollständige)
Reinigung des Filterelementes 203 durch den Rotoreinlass
oder die Rotoreinlässe 245,
infolge der Kombination der Dreh- und Linearbewegungen der Einrichtung 230,
um bzw. längs
der Schraube 255, wie hierin beschrieben.
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Der
Durchschnittsfachmann wird verstehen dass, während dem Reinigungszyklus,
diese Bewegungen vorzugsweise die ganze (oder im Wesentlichen die
ganze) Innenfläche
des Filterelementes dem über
den Einlass oder die Einlässe
245 angelegtem Unterdruck aussetzen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
falls ein ausreichender Druckunterschied vorliegt, um die Einrichtung 230 oft
genug zu drehen, kann in einem Reinigungszyklus die Filterinnenfläche z.T.
oder ganz dem Unterdruck am Einlass 245 mehr als ein Mal
ausgesetzt werden (bei der wiederholten Hin- und Herbewegung der
Einrichtung 230 entlang dem in zwei Richtungen wirksamen Schraubengang 260).
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Wie
am besten in den 11A–C dargestellt, ist das Leitstück oder
der Läufer 250 vorzugsweise
während
dem Reinigungszyklus in einer in dem Reinigungselement 230 geformten,
zylindrischen Queröffnung
drehbar gelagert. Dies erlaubt vorzugsweise eine Rotation des Läufers 250 um
eine zur mittleren Achse 257 quer verlaufende Achse währenddem
sich die Führung
oder der Schraubengang 260 unter dem Läufer hindurchbewegt (oder er sich über dem
Schraubengang vorbeibewegt). Diese Drehbewegung wird vorzugsweise
veranlasst durch die Zusammenwirkung zwischen dem Läufer 250 und
der schraubenförmigen
Führung 260.
Im Zusammenbauzustand ragt ein Zahn 275 des Läufers 250 vorzugsweise
in den Kanal oder Schraubengang 260 der mittleren Schraube
oder des Kernelementes 255, und ist darin aufgenommen,
um in dem Schraubengang zu gleiten. Während der Rotation des Reinigungselementes 230 als
Teil des Reinigungszyklus folgt die Ausrichtung des Zahnes 275 dem
Schraubengang 260, einschliesslich bei jeder Umkehrung der
Schraubengangrichtung, wie es vorzugsweise bei dem in zwei Richtungen
wirksamen Ausführungsbeispiel
des Schraubengangs 260 erfolgt.
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Gemäss dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
sind das Reinigungselement 230 und der in dem Reinigungselement 230 gelagerte
Läufer 250 um
die mittlere Schraube 255 drehbar, und die mittlere Schraube 255 ist
in Bezug auf das Gehäuse 205 feststehend.
In einigen der vielen alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung (wie z.B. in 5 dargestellt) kann die Vorrichtung 200 eine mittlere
Schraube 255 aufweisen, die mit dem Reinigungselement 230 dreht,
während
der eingreifende Läufer 250 "feststeht" in Bezug auf das
Gehäuse 205.
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Weiter
betreffend das Ausführungsbeispiel der 5–10,
viele der allgemeinen Prinzipien dieses Ausführungsbeispieles sind die gleichen
wie vorstehend beschrieben für
das Ausführungsbeispiel der 2–4.
Schmutzflüssigkeit
gelangt in die Vorrichtung durch den Einlass 302 und filtrierte
oder saubere Flüssigkeit
verlässt
die Vorrichtung durch den Auslass 304 nachdem es eine offene
Zwischenwand 306 und einen Filter 308 durchströmt hat.
Die drehbare Reinigungselementeinrichtung 314 ist mit einem
Passsitz 312 in einer massiven Zwischenwand 310 aufgenommen.
Ein Ventilelement (nicht dargestellt) kann in einem Unterdruck-/Reinigungsauslass 316 geöffnet werden,
um das Ableiten der Rückstände von
der Innenfläche
des Filters 308 durch den Auslass 316 zu veranlassen.
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Zu
den Unterschieden zwischen dem Ausführungsbeispiel nach den 2–4 und
dem Ausführungsbeispiel
nach den 5–10 gehört die Anzahl
der Vakuumrotore/-einlässe 318 (nur
zwei Rotore in dem Ausführungsbeispiel
nach 5, anstelle der drei Rotore gemäss 2)
und die Lage und Befestigung des Kernelementes 320 mit
dem Schraubengang und des Läufers 322 (beide
befinden sich auf der rechten Seite der offenen Trennwand 306 in
dem Ausführungsbeispiel
gemäss 5,
aber auf der linken Seite der offenen Trennwand in dem Ausführungsbeispiel
gemäss
der 2).
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Das
Leitstück
oder der Läufer 250 ist
vorzugsweise zurückgehalten
in einer Weise, um seine Rotation zu erlauben, wie vorstehend beschrieben.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
erfolgt dies durch einen Befestigungsteil wie z.B. eine Schraube 252 (11A) aus Messing oder einem anderen ähnlichen,
geeignetem Lagerwerkstoff (um eine Rotation des Läufers zu
erlauben). Dem Durchschnittsfachmann ist es geläufig dass das Zurückhalten
des Läufers 250 auf
viele verschiedene Art und Weisen erfolgen kann. Z.B. für andere
Ausführungsbeispiele (nicht
dargestellt), wobei der Läufer
an der mittleren Schraube befestigt ist und einen Zahn aufweist
der sich nach aussen erstreckt zum Eingriff in einen den Zahn aufnehmenden
Schraubengang, kann ein Querloch in der mittleren Schraube vorgesehen,
eine Feder in das Loch eingesetzt, und der Läufer dann über die Feder eingefügt sein.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Feder anfänglich
zusammengedrückt,
um den Läufer
in den Schraubengang einzuführen,
und nach dem Zusammenbau drückt
die Feder den Läufer
nach aussen in den erwünschten
Eingriff mit dem Schraubengang. Wie vorstehend erwähnt, besteht
die Feder und/oder ein Berührungsteil derselben
(in ähnlicher
Weise wie die Schraube 252) vorzugsweise aus Messing oder ähnlichem
Werkstoff, um eine Lagerfläche
bereitzustellen, welche die erwünschte
Drehbewegung des Läufers 250 erlaubt, wenn
er auf der Feder sitzt.
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Folglich
führt während dem
Reinigungszyklus das Leitstückelement 250 (und
die drehende Vakuumrotor-/Motoreinrichtung 230 an
der es befestigt ist) vorzugsweise mindestens einen Betriebszyklus längs der
gesamten Länge
eines bevorzugten, in zwei Richtungen wirksamen Schraubenganges 260 aus.
Das bevorzugte, in zwei Richtungen wirksame Ausführungsbeispiel des Schraubenganges 260 gestattet
die Vakuumreinigung auf einer kontinuierlichen Schleife oder einem
kontinuierlichen Weg (vorausgesetzt dass ein ausreichender Druckunterschied vorliegt,
um die Einrichtung oft genug zu drehen) wobei die Einlässe 245 um
die Achse 257 und hin- und her entlang der Achse 257 bewegt
werden. Demgegenüber
führen
Geräte
gemäss
dem Stand der Technik, welche dem Erfinder bekannt sind, nur einen
einzigen Durchlauf entlang der Länge
der Achse aus, und jede "restliche" Antriebsenergie
dreht lediglich die Vakuumeinlässe
an einer festen Stelle entlang der Länge der Achse (üblicherweise
an der Stelle der axialen Längsbewegung,
die am weitesten von der Ausgangs-/Ruhelage entfernt ist, während anderen Betriebszeiten
als der Reinigungszyklus). In anderen Worten, Ausführungen
gemäss
dem Stand der Technik treiben die Vakuumeinlässe nicht zurück über die Innenfläche des
Filters. Die vorliegende Erfindung macht dies, und bietet somit
die Gelegenheit für
eine weitere/bessere Reinigung des Filters bei jedem vorliegendem
Reinigungszyklus.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
die Steigung und axiale Länge
des in zwei Richtungen wirksamen Schraubenganges 260 auf
der mittleren Schraube 255 oder dem Reinigungselement 230 vorzugsweise
ausgewählt
und angepasst an die relative Grösse
und die Anzahl der Rotoreinlässe 245.
Es ist dem Durchschnittsfachmann verständlich, dass eine geeignete
Auswahl dieser Steigung gewährleisten
kann, z.B., dass eine einzige 360 Grad Rotation des Vakuumrotors 235 die
Vakuumrotor-/Motoreinrichtung 230 axial (entlang der Länge der
Achse 257) nicht weiter bewegt als die Breite des Rotoreinlasses 245.
Gemäss
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
findet jeder Umlauf der Rotor-/Motoreinrichtung 230 einen
gegebenen Motoreinlass 245 unmittelbar neben dem Weg (oder
diesen überlappend)
eingestellt, den er bei dem vorherigen Umlauf gereinigt hat.
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Der
Durchschnittsfachmann wird verstehen dass bei den vielen alternativen
Ausführungsbeispielen
(nicht dargestellt) der Erfindung der Steigungswinkel des Schraubenganges
verschieden sein kann. Beispielsweise, jedoch nicht als Einschränkung zu verstehen
(und in den Figuren nicht dargestellt), kann, wenn eine Vielzahl
der Einlassarme 235 an der gleichen axialen Längslage
entlang der Einrichtung 230 vorgesehen sind, der Steigungswinkel
des Schraubenganges so gewählt
sein damit eine 360 Grad Umdrehung die Einrichtung entlang der Länge der
Achse 257 weiter bewegt als eine Breite des Einlasses.
Z.B., wenn zwei dieser Arme an der Einrichtung 230 miteinander
ausgerichtet sind, könnte
die gesamte Innenfläche
des Filters vakuumgereinigt werden durch eine Steigung des Schraubenganges, die
die Einrichtung um eine Einlassbreite bewegen würde für einen Drehwinkel von nur
180 Grad (drei dieser miteinander ausgerichteten Arme – auch nicht in
den Zeichnungen dargestellt – würden eine
Steigung des Schraubenganges zulassen, der nur einen 120 Grad Drehwinkel
benötigt
für jede
axiale Bewegungsstrecke in Längsrichtung,
usw.).
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Ausserdem,
wenn die Rotor-/Motoreinrichtung 230 ihre Bewegung von
rechts nach links (wie in den Zeichnungen dargestellt) beendet hat,
gewährleistet
das bevorzugte Gestänge
mit dem in zwei Richtungen wirksamen Schraubengangweg 260 und dem
Läufer 250,
dass die Rotor-/Motoreinrichtung 230 ihre
Bewegung selbsttätig
umkehrt und sich nach rechts zurückbewegt,
um dabei die Filterfläche 203 wieder
vakuumreinigt. Die Öffnung
des Spülauslasses/Ventils 220 für eine ausreichende
Zeitspanne gewährleistet,
dass kein Bereich der Filterfläche 203 ungereinigt
bleibt, und kann sogar sicherstellen dass vielfache Reinigungsdurchläufe in jeder
Richtung (rechts und links) während
jedem Reinigungszyklus ausgeführt
werden.
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Wenn
die relativen Durchsätze
des einströmenden
Schmutzwassers oder der Schmutzflüssigkeit (über den Einlass 210),
das ausströmende
gefilterte Wasser (durch den Auslass 215), der abgeleiteten
Filterrückstände (durch
den Auslass 220) in geeigneter Weise in Bezug aufeinander
gesteuert werden (mittels Ventilen oder anderen herkömmlichen oder
geeigneten Einrichtungen), kann die Vorrichtung betrieben werden
unter Fortsetzung der Filtrierung (und Abgabe gefilterter Flüssigkeit
durch den Auslass 215) während dem gesamten Reinigungszyklus.
In ähnlicher
Weise kann durch Schliessen des Auslasses 215 für filtriertes
Fluid und Offenlassen des Auslasses 210 während dem
Reinigungszyklus (oder durch Vorsehen eines ausreichenden Fluiddurchsatzüberschusses
in dem Einlass 210 im Vergleich zu dem Ausfluss durch den
Auslass 215 für
filtriertes Fluid, über
Ventile oder anderswie), der Druck oder die zusätzliche Strömung des einströmenden Fluids
benutzt werden zum "Antrieb" der Reinigungseinrichtung 230 für so lange
wie erwünscht
bei einer bestimmten Anwendung.
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Gemäss dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
gewährleistet
dementsprechend eine in zwei Richtungen wirksame Steuereinrichtung 280 die
vollständige
oder verbesserte Reinigung des Filterelementes 225 durch
den Rotoreinlass oder die Rotoreinlässe 245, wie in 11A dargestellt. Die in zwei Richtungen wirksame
Steuereinrichtung 280 hat vorzugsweise einen Kernteil oder
ein Schraubenelement 255 und einen Hülsenteil 285. Der
Kernteil 255 und der Hülsenteil 285 sind
vorzugsweise konzentrisch miteinander ausgerichtet und drehbar in
Bezug aufeinander. Wie in den 11B und 11C gezeigt, hat die Steuereinrichtung 280 desweiteren
vorzugsweise ein Leitstück 250 mit
einem Eingriffteil 275 zur Steuerung der in zwei Richtungen
wirksamen Axialbewegung. Das Leitstück 250 ist angeordnet,
um zwischen dem Kernteil 255 und dem Hülsenteil 285 wirksam
zu sein. Der Eingriffteil 275 wirkt vorzugsweise zusammen
mit dem Kernteil 255 und dem Hülsenteil 285 bei der
Rotation des Kernteiles 255 oder dem Hülsenteil 285. Es ist
dem Durchschnittsfachmann geläufig
dass der Zahn- oder der Eingriffteil 275 (wie am besten
in 11B dargestellt) vorzugsweise eine konkave Fläche aufweist,
um einen tieferen und sichereren "Eingriff" des Zahnes 275 in der schraubenförmigen Nut 260 zu
gewährleisten.
Die vielen alternativen Ausführungsbeispiele
der Erfindung umfassen Zähne 275 mit
einer flachen oder einer anderen, nicht konkaven Form.
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Dem
Fachmann ist auch verständlich
dass unter den vielen Vorteilen des bevorzugten Ausführungsbeispieles
der Erfindung, der Reinigungszyklus beginnen kann bei irgendeiner
Lage der Reinigungseinrichtung 230 entlang der Längsachse 257.
Dementsprechend muss bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
die Reinigungseinrichtung 230 nicht für jeden Reinigungszyklus axial
in eine Startposition zurück "gedrückt" werden, wie dies bei
Geräten
gemäss
dem Stand der Technik, die dem Erfinder bekannt sind, der Fall ist.
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Die
bevorzugte Betriebsweise der in zwei Richtungen wirksamen Steuereinrichtung 280 wird im
Nachfolgenden ausführlicher
beschrieben. Es ist dem Durchschnittsfachmann geläufig dass
viele alternative Verfahren und Prozeduren verschiedene Gesichtspunkte
der Erfindung in verschiedenen Ausführungsbeispielen anwenden können, zusätzlich zu denjenigen,
die hierin erwähnt
sind.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann
der Hülsenteil 285 sich
in Bezug auf den Kernteil 255 bewegen. Vermöge des bevorzugten
Gestänges
zwischen diesen Teilen 285 und 255 ist die bevorzugte
Bewegung zwischen ihnen im Wesentlichen sowohl in Drehrichtung (um
die Achse 257) als auch linear (entlang der Achse 257).
Als Teil dieses Gestänges,
hat der Kernteil 255 vorzugsweise ein in zwei Richtungen
wirksames oder kontinuierliches, im Wesentlichen schraubenförmiges Gewinde 260. Dem
Durchschnittsfachmann ist es jedoch geläufig dass die gleichen allgemeinen
hierin beschriebenen Betriebsprinzipien in alternativen Ausführungsformen angewendet
werden können,
einschliesslich (beispielsweise) in Ausführungsbeispielen, gemäss welchen
ein in zwei Richtungen wirksamer Schraubengang 260 auf
der Innenseite eines Hülsenteiles 285 vorgesehen
ist.
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Dem
Durchschnittsfachmann ist es geläufig dass
das Gestänge
zum Erreichen der gewünschten Rotations-
und Längsbewegung
gemäss
einer Vielzahl von Ausführungsbeispielen
ausgeführt
sein kann. Z.B., wie in 5 und in 7 gezeigt,
ist der Hülsenteil 285 feststehend
in Bezug auf den Kernteil 285 und der Läuferteil (nicht dargestellt)
ist am Gehäuse 205 gefestigt.
Folglich, anstelle der Rotation des Läufers (in der Einrichtung 230 befestigt)
um den Kern 255 (wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 erfolgt)
dreht der Kernteil 255 mit der Einrichtung 230 in
einer gekoppelten Beziehung mit einem "feststehendem" Läufer.
Der Durchschnittsfach wird verstehen dass, wie bei vielen anderen
alternativen Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die erzeugte Rotations-/Translationsbewegung in jedem
Falle die gleiche sein kann.
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Wie
in 11A gezeigt, erzeugt während dem Reinigen des Filters
das den Rotormotor 270 verlassende Fluid (infolge der Unterdruckkraft
durch den Druckunterschied zwischen der Innenseite des Filterelementes
und dem Spülauslass 220,
wenn er zur Reinigung offen ist) vorzugsweise einen Schub an den
Motorauslässen.
Dieser Schub versetzt den Rotormotor 270 vorzugsweise in
Rotation und somit die gesamte Einrichtung 230, die damit
verbunden ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
(siehe 11A) ist der Hülsenteil 285 vorzugsweise
an dem Reinigungselement 230 befestigt, damit die Rotation des
Rotormotors 270 das Reinigungselement 230 und
den Hülsenteil 280 in
Rotation versetzt.
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Bei
dem Ausführungsbeispielen
nach den 2, 3 und 11A ist ein Leitstück 250, wie z.B. ein
Läufer,
in dem Hülsenteil 285 durch
einen Befestigungsteil wie z.B. eine Schraube, eine Feder, ein Lager
oder eine ähnliche
angepasste Einrichtung oder Bauteilkombination zurückgehalten.
Das Leitstück 250 rotiert
somit zusammen mit dem Kernteil 285. vorzugsweise kann
der Läufer 250 auch
um eine vertikale Achse drehen, die durch den Mittelpunkt des Läufers in
der Ebene der 11A verläuft, damit er sich mit den
Orientierungsänderungen
des gegenüberstehenden
Teiles der Nut oder des Schraubenganges 260 in den er eingreift
ausrichten kann. Wie dem Durchschnittsfachmann verständlich ist, ändert diese
Orientierung vorzugsweise (in der Tat "wendet" sie) an jedem Ende der schraubenförmigen Nut 260, und
somit wendet in gleicher Weise auch die lineare Translationsbewegung
der Einrichtung 230 (und kehrt zurück in der entgegengesetzten
linearen/axialen Richtung) beim Erreichen eines jeden Endes der Nut 260.
Für den
Durchschnittsfachmann ist es verständlich dass, solange wie ein
ausreichender Druckunterschied zur Rotation der Einrichtung 230 vorliegt, diese
Einrichtung 230 gleichzeitig entlang der Länge des
Schraubenganges 260 hin- und herbewegt wird.
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Anders
ausgedrückt,
bei der Rotation der Einrichtung 230 und des darin befestigten
Leitstückes 250 um
den Kern 255, läuft
der Eingriffteil 275 entlang dem in zwei Richtungen wirksamen
Gewindegang 260 des Kernteiles 255. Beim Erreichen
des Endes in einer Richtung des in zwei Richtungen wirksamen Gewindeganges 260 schwenkt
das Leitstück 250 (um
die Vertikalachse durch den Mittelpunkt des Läufers in der Ebene der 11A, wie vorstehend beschrieben) zum Fortsetzen
der Bewegung entlang dem in zwei Richtungen wirksamen Schraubengang 260,
um eine weitere lineare Bewegung der Einrichtung 230 in
Bezug auf den Kern 255 zu veranlassen, aber jetzt in der
entgegengesetzen Richtung. Somit wandert das Leitstück 250 vorzugsweise
wiederholt hin und her durch einen in zwei Richtungen wirksamen
Gewindegang 260 des Gangelementes oder der mittleren Schraube 255.
Der in zwei Richtungen wirksame schraubenförmige Weg 260 erlaubt
das selbsttätige
Wenden (axial, nicht radial) der Rotor-Motor-Einrichtung 230 und ihre Axialbewegung
in der entgegengesetzten Richtung, wieder zurück über die Filterfläche 203 zum
Vakuumreinigen derselben (und wieder und wieder, solange wie erwünscht/angetrieben).
Wie vorstehend beschrieben, gewährleistet
das Öffnen
des Spülventils 220 für eine ausreichende Zeitspanne
dass kein Bereich der Filterfläche 203 ungereinigt
bleibt, und kann sogar gewährleisten
dass eine Vielzahl von Durchläufen
in jeder Richtung während
jedem Reinigungszyklus ausgeführt
wird.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie
am besten 3 dargestellt, ist die Steigung
des in zwei Richtungen wirksamen Schraubenganges 260 vorzugsweise
ausgelegt, unter anderem, um zu gewährleisten, dass durch eine
einzige 360 Grad Rotation des Vakuumrotors 235 die Vakuumrotor/Motoreinrichtung 230 (und
jeden Einlass 245 derselben) axial in Längsrichtung nicht weiter bewegen
wird als die Breite "X" (3)
des Rotoreinlasses 245. Z.B., wie in 3 gezeigt,
falls die wirksame Öffnung
eines Rotoreinlasses 245 eine Länge "X" ist,
bewegt eine einzige 360 Grad Rotation des Vakuumrotors 235 den
Vakuumrotor/-motor 230 vorzugsweise um eine Strecke, die
im Wesentlichen kleiner oder gleich ist zu der Strecke "X". Die Begrenzung der Axialbewegung der
Rotor-/Motoreinrichtung 230 auf eine Strecke im Wesentlichen
gleich oder kleiner als "X" gewährleistet
eine vollständige
Abdeckung der Filterfläche 203 durch
den Rotoreinlass 245 während
dem Reinigungszyklus. Dementsprechend findet jede Rotation der bevorzugten
Rotor-/Motoreinrichtung 230 einen
gegebenen Rotoreinlass 245 unmittelbar neben dem Weg eingestellt
(oder diesen überlappend), den
er bei dem vorhergehenden Umlauf gereinigt hat.
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Folglich
hat die bevorzugte Filterreinigungsvorrichtung gemäss der Erfindung
ein Gehäuse
mit einem Einlass, einem Auslass für gefiltertes Fluid, und einem
Spülauslass;
ein Filterelement eingestellt zum Filtrieren von Fluid, das vom
Gehäuseeinlass
zu dem Auslass für
gefiltertes Fluid strömt;
und ein Reinigungselement mit einem Vakuumrotor. Der Vakuumrotor
hat des weiteren vorzugsweise einen oder mehrere Rotoreinlässe, die
eingestellt sind zum Sammeln von Filterrückständen vom Filterelement und
zum Ableiten der Rückstände, um
schliesslich durch den Spülauslass
auszuströmen.
Das Reinigungselement ist gestaltet und angeordnet zur Betätigung durch Öffnen des
Spülauslasses,
und der Vakuumrotor durchläuft
im Wesentlichen das gesamte Filterelement zum Vakuumreinigen desselben.
Ein Leitstück
oder Läufer
ist vorzugsweise vorgesehen zwischen dem Reinigungselement und einer
mittleren Schraube, und hilft zum Herleiten einer gesteuerten Bewegung
der Vakuumrotoreinlässe über die
Filterfläche
während
dem Reinigungszyklus.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst verschiedene Verfahren zur Fluidfiltrierung
und zur wahlweisen Reinigung des Filters. Gemäss den bevorzugten Ausführungsbeispielen
kann diese Reinigung oft durchgeführt werden ohne die Vorrichtung
auseinanderzubauen. Der erste Zusammenbau der verschiedenen Bauteile
der Vorrichtung kann durch irgendwelche geeignete Mittel erfolgen.
Vorzugsweise umfasst der Zusammenbau die Schritte des Befestigens des
Hydraulikmotors 270 an der Wendeeinrichtung 230,
den Einbau der Trennwände
an dem Tragrahmen, und die Befestigung der Muttern (vier sind dargestellt
in dem Ausführungsbeispiel
der Figuren) zum Zurückhalten
der Bauteile innerhalb des Gehäuses.
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Die
Verfahren gemäss
der Erfindung umfassen vorzugsweise die Schritte des Fluidfiltrierens
bis ein vorbestimmter Druckunterschied zwischen dem in den Gehäuseeinlass
strömenden
Fluid und dem durch den Auslass für filtriertes Fluid ausströmenden Fluid
erreicht ist; sowie dem Ausspülen
von Filterrückständen vom
Filterelement, d.h. dem Druckunterschied zwischen dem einströmenden Schmutzfluid
und dem ausströmenden
gefilterten Fluid. Der Spülschritt
kann auch die Schritte umfassen des Öffnens des Spülauslasses
zum Betätigen
des Reinigungselementes und des Schliessens des Spülauslasses
nachdem das Reinigungselement sich über die gesamte Oberfläche des
Filterelementes bewegt hat. Vorzugsweise überwacht eine automatische Steuereinrichtung
den Druckunterschied zwischen dem durch den Gehäuseeinlass strömenden Fluid und
dem Fluid, das den Auslass für
gereinigtes Fluid verlässt.
Wenn der Druckunterschied einen vorbestimmten Wert erreicht, wird
die automatische Steuereinrichtung aktiviert und öffnet das
Spülventil.
Zum Durchführen
des bevorzugten Verfahrens wird die Vorrichtung und die Funktionalität des bevorzugten Ausführungsbeispieles
der 2 und 3 eingesetzt, aber der Durchschnittsfachmann
wird verstehen dass andere Vorrichtungen und andere Verfahrensschritte
auch benutzt werden können.
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Obschon
Verfahren und Prozeduren gemäss der
vorliegenden Erfindung vorstehend erläutert und/oder hierin beschrieben
worden sind, mit gemäss
einer vorbestimmten Folge ablaufenden Verfahrensschritten, ist es
für den
Durchschnittsfachmann verständlich,
dass die besondere Folge der Verfahrensschritte nicht notwendigerweise
erforderlich ist, da bestimmte Verfahrensschritte nicht von anderen
bestimmten Verfahrensschritten abhängig sind. Beispielhaft ist
in diesem Zusammenhang dass der Schritt des Spülens von Filterrückständen auf
einer periodischen Grundlage erfolgen kann, z.B. als Schutzmassnahme
vor dem Filtrieren. Ausserdem schliessen sich die Verfahrensschritte
des Filterns und des Spülreinigens
nicht gegenseitig aus, sondern können
im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen.
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Wie
am besten aus 2 ersichtlich, verbindet eine
Fluidleitung (nicht dargestellt) vorzugsweise die Durchlässe 212 (die
mit dem Flüssigkeitseinlass 210 kommunizieren)
mit dem Durchlass 297, um die innere Belastung der Bauteile
(während
dem Rotations-/Reinigungszyklus oder sonst wie) herabzusetzen. Es
ist dem Durchschnittsfachmann geläufig dass, unter anderem, diese
Leitung den Nettodruck equilibriert oder im Wesentlichen ausgleicht,
der sonst auf der Seite des Einlasses 210 der Vorrichtung wirken
würde im
Sinne, um die Rotor-/Motoreinrichtung 230 nach links zu
drücken
(wie in 1 ersichtlich). Der Druck
auf der "Hochdruck"-Seite der massiven
Trennwand in 2 wird durch den Durchlass 212 über die
Leitung (nicht dargestellt) übertragen, um
den gleichen "Hochdruck" durch den Durchlass 297 in
die Kammer 295 einzuleiten. Der Durchschnittsfachmann erkennt
dass der Druck in der Kammer 295 dann auf die Kolbeneinrichtung 299 wirkt
zum Ausüben
einer Gegenkraft nach rechts, um den vorstehend erwähnten, nach
links wirkenden Druck auszugleichen oder zu equilibrieren. Dies
verbessert die Leistungsfähigkeit
und verringert die Abnutzung und die Belastung der verschiedenen
Bauteile. In diesem Zusammenhang erkennt der Fachmann auch dass
der gesamte Teil des bevorzugten Ausführungsbeispieles der 2 auf
der rechten Seite der massiven Trennwand vorzugsweise in Fluidkommunikation
miteinander steht (einschliesslich beidseitig der offenen Trennwand,
durch diese offene Trennwand oder sonst wie), so dass der einzige "Niederdruck"-Bereich in der Vorrichtung der Bereich
auf der linken Seite der massiven Trennwand ist (mit Ausnahme dass
die Kammer 295 über
den Durchlass 297 an den Hochdruck anschliessbar ist, wie
vorstehend erwähnt).
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Wie
vorstehend beschrieben, kann die Anzahl, die Abmessung und die Lage
der verschiedenen Bauteile (wie z.B. die Rotoreinlässe, die
Motorauslässe,
die Schmutzfluideinlässe,
die Auslässe für filtriertes
Fluid, die Spülauslässe usw.)
gemäss der
Erfindung verändert
werden, je nach der Anwendung und anderen Faktoren. Die Erfindung
kann eingesetzt werden für
eine grosse Vielzahl von Fluids und Anwendungen, und die Werkstoffe
aus welchen die Bauteile hergestellt sind können irgendwelche kräftigen,
flüssigkeitsbeständige Stoffe
sein.