DE69816669T2

DE69816669T2 - Rückspülbare flüssigkeitsfilter mit schleuderabreinigung

Info

Publication number: DE69816669T2
Application number: DE69816669T
Authority: DE
Inventors: Yiftach Sadan
Original assignee: "AR-KAL" PLASTICS PRODUCTS (1973) KIBBUTZ; Ar Kal Plastics Products 1973 LP
Current assignee: ARKAL FILTRATION SYSTEMS C.S. LTD., KIBBUTZ BE, IL
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: IL122675A; EP1054718B1; KR100540030B1; AU1574399A; JP2002508234A; BR9812800A; JP4342727B2; WO1999030796A1; DE69816669D1; AR023296A1; ZA9811395B; US6398037B1; CN1141164C; KR20010033134A; CN1282268A; EP1054718A1; AU747925B2; IL122675A0; ES2207016T3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitsfilter, insbesondere für Bewässerungssysteme; sie ist jedoch auch für andere Industrie- und Haushaltsanwendungen von Nutzen.
Genauer erklärt, betrifft die Erfindung Filtervorrichtungen des Typs, wie er in unserem US-Patent 4 655 910 vom 7. April 1987 veröffentlicht worden ist, wobei dessen Inhalt durch Bezugnahme (nachstehend als „Patent" bezeichnet) hierin enthalten ist. Diesem Patent, das als nächstliegender Stand der Technik betrachtet wird, liegt der Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 zugrunde.
Bei diesem Patent wurde zum ersten Mal das Konzept eingeführt, Filtervorrichtungen – insbesondere derjenigen Art, bei der eine Gruppe von Filterplatten verwendet wird – mit Filterabreinigungsrückspülstufen zu verwenden, wobei die Filterplatten veranlasst werden, sich unter Einwirkung der darauf prallenden Wasserstrahlen zu drehen (nachstehend als „Schleuderabreinigungsfilter" bezeichnet). Die in dem Patent veröffentlichten, verschiedenen Konstruktionsbeispiele wiesen alle eine sich mittig erstreckende Leitung auf, die in einer Doppelfunktion für das Leiten des Spülwassers zu einer Reihe darauf angeordneter Düsen und für das Unterstützen der Rotationsbewegung der Filterplatten diente.
Dieses Konstruktionsmerkmal ergab jedoch gewisse Nachteile: Der Betriebsvorgang des hydraulischen Zylindersystems, das für die Entkopplung der Filterplattengruppe aus der Kompaktposition – der Filterposition – zuständig war, hing hauptsächlich von dem Grad des Gegendrucks ab, der durch die Rückwasserströmung beaufschlagt wurde, der unter anderem durch einen Kolben mit relativ großem Durchmesser diktiert wurde; ziemlich schwerfällige Ventilvorrichtungen mussten zum Dirigieren der Rückwasserströmung in die Düsenleitung verwendet werden. Im Allgemeinen musste eine zu große Anzahl von Vorrichtungsteilen und Komponenten zum Einsatz kommen, was jeweils eine Kostensteigerung des Produkts bei der Herstellung, Montage und Instandhaltung verursachte.
Daher ist es eine generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor aufgeführten Mängel der herkömmlichen Schleuderabreinigungsfilter zu beseitigen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Ausführung der Schleuderabreinigungsfilter zu vereinfachen, indem ein Kernelement für die Filtervorrichtung mit einer unitären und integrierten Konstruktion bereitgestellt wird, das mittels eines Kunststoffformverfahrens leicht zu produzieren ist, und das effektiv die folgenden kombinierten Funktionen erfüllt:

– Erzeugen von Wasserstrahlen;
– Unterstützen der Rotationsbewegung der Filterplatten (oder des integrierten Filterelements der unterschiedlichen Typen, wie zum Beispiel Rahmensiebfilter);
– Bereitstellen eines praktischen Zugangs zur hydraulischen Kolbeneinheit mittels externer Drucksteuerungsvorrichtung;
– Bilden eines Sitzes für ein einfaches, rückfederndes, schieberartiges Ventilteil, das auf die gegenläufig gerichteten Wasserströme während des Filter- und Spülbetriebs jeweils reagiert; sowie
– Bereitstellen einer mittig verlaufenden Röhre, über die Druckbefehle für die Betätigung des Hydraulikkolbens zugelassen werden und das Steuern der Entkopplung der Filterplatten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es noch, eine Filtervorrichtung mit einer oder mehreren Wasserstrahlen erzeugenden Leitungen zur Verfügung zu stellen, die sich außermittig in Bezug auf die Achse des Filterelements erstreckt bzw. erstrecken sowie entlang und angrenzend zu deren Generatrixleitung.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stegstruktur für das Unterstützen der Rotationsbewegung des Filterelements bzw. der Filterelemente vorzusehen, die von der bzw. den Wasserstrahl erzeugenden Leitungen unabhängig ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher vorgeschlagen, eine Flüssigkeitsfiltervorrichtung zur Verfügung zu stellen, insbesondere für Bewässerungsanlagen, die ein Zylindergehäuse mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung sowie ein Zylinderfilterelement umfasst, das in dem Gehäuse angeordnet ist, so dass das Wasser, das vom Einlass zum Auslass strömt, radial in das Filterelement eintritt und durch die Auslassöffnung ausströmt, und dass umgekehrt während der Filterabreinigungsrückspülstufen, die Vorrichtung ein Filterkernelement aufweist, das innerhalb des durch das Filterelement definierten Zylinderraums mittig angebracht ist, wobei das Filterkernelement mindestens eine röhrenförmige Leitung umfasst, die sich innerhalb, angrenzend zu und entlang einer Generatrixleitung des Filterelements erstreckt, wobei die Röhrenleitung an einem Ende geschlossen ist und durch ihr anderes Ende in freier Verbindung mit der Auslassöffnung steht; eine Reihe von Düsen aufweist, die der Röhrenleitung zugeordnet sind, so dass unter Druck das Wasser innerhalb der Leitung in Form von Wasserstrahlen ausströmt, sowie eine Filterstützstruktur, die so ausgelegt ist, damit eine freie Umdrehung um das Filterelement ermöglicht wird; eine Sperrventilvorrichtung, die so ausgerichtet ist, um den gefilterten Wasserstrom von dem Filterelement zur Auslassöffnung zuzulassen, aber auch, um den Spülwasserstrom von der Auslassöffnung über den Filter in die umgekehrte Richtung zu verhindern; ein feststehendes Filterteil auf einer Seite und ein verstellbares Filterteil auf der anderen Seite des Filterelements; Mittel für die Druckauflagerung des verstellbaren Filterteils gegen das Filterelement, um dieses zwischen dem verstellbaren und dem feststehenden Filterteil einzuklemmen; Hydraulikbetätigungsmittel, die dem verstellbaren Filterteil zugeordnet sind, sowie extern steuerbare Druckmittel, die mit dem verstellbaren Filterteil funktional gekoppelt sind, wobei die Ausführung so erfolgt, dass nach einem durch die Druckmittel erfolgten Druckbefehl das verstellbare Filterteil von dem Filterelement entfernt wird, damit dessen Verklemmungseingriff entkoppelt ist, und dass nach Anwendung der Filterabreinigungsspülung die Wasserstrahlen zum Spülen des Filterelements gesprüht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Filterkernelement mittels eines Kunststoffformverfahrens integriert ausgebildet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und zusätzliche Konstruktionsmerkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in Anbetracht der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform besser verstanden, die lediglich anhand von Beispielen unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen erfolgt, welche zeigen:
1 ist eine Längsquerschnittsansicht einer Filtervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die den Betriebsvorgang eines normalen Filterverfahrens zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht in aufgelösten Einzelteilen der Filteranordnung der 1.
3 ist ein Querschnitt, der entlang der Linie 3-3 der 1 entnommen ist.
4 ist ein Querschnitt, der entlang der Linie 4-4 der 1 entnommen ist.
5 ist ein Querschnitt, der entlang der Linie 5-5 der 1 entnommen ist.
6 ist ein Querschnitt, der entlang der Linie 6-6 der 1 entnommen ist.
7 ist ein Querschnitt, der entlang der Linie 7-7 der 1 entnommen ist.
8 ist ein Querschnitt, der entlang der Linie 8-8 der 1 entnommen ist.
9 ist eine Perspektivenansicht eines Hülsensperrventils aus Gummi, das in dem Filter der 1 zum Einsatz kommt.
10 zeigt die Filtervorrichtung der 1 bei einem Betriebsvorgang des Rückspülstroms in der Schleuderabreinigungsstufe.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Es wird auf 1 Bezug genommen, wobei die Filtervorrichtung generell mit 10 angegeben wird und ein Zweigehäuseelement umfasst, nämlich erstens, das gewölbte Abdeckelement 12 und zweitens, das Einlass-/Auslassöffnungselement 14. Die Gehäuseelemente sind auf herkömmliche Weise zusammenmontiert, wie zum Beispiel mit Festspannringen oder dergleichen (nicht dargestellt). Das zweite Gehäuseelement 14 umfasst eine Einlassöffnung 16, vorzugsweise mit einem ersten Druckmessernippel 18 für das Messen der Eintrittsdruckbedingungen sowie eine Auslassöffnung 20 mit einem zweiten Druckmessernippel 22.
Das eingebaute Hauptfilterkernelement, generell mit 24 angegeben (siehe 2), umfasst die nachfolgenden Unterstrukturkomponenten: eine sich mittig erstreckende Verbindungsröhre für Druckbefehle 26, die zur hydraulischen Kolbenanordnung führt, generell mit 28 angegeben, wie nach stehend beschrieben wird; eine Anordnung von drei, außermittig angeordneten Spüldüsenleitungen 30a, 30b und 30c (siehe 3), wobei jede mit einer Vielzahl von wasserstrahlförmigen Düsen ausgestattet ist, die mit N bezeichnet werden; eine Struktur, die aus drei Filter unterstützenden Lamellenflügeln 32a, 32b, 32c besteht; eine kegelförmige Ventilsitzhohlwand 34 (siehe 2) mit einer Vielzahl von Filterwasserdurchfluss-Schlitzen S, die auf einem Zwischenwandabschnitt herum zum Einsatz kommen; ein feststehendes Rückhalteflanschteil 36, das mit einem Schraubengewinde-Montagering 38 verbunden ist; eine erste zylinderförmige Höhlung 39; sowie eine zweite konzentrische Höhlung 40, wobei die letztgenannte den Kolbenzylinder 40 für den hydraulischen oder pneumatischen Kolben 58 bildet, wie noch nachstehend beschrieben wird.
Des Weiteren sollte von drei Durchlässen 42 (wobei nur einer in den 1 und 2 zu sehen ist) Kenntnis genommen werden und von drei oder mehreren Schrauben aufnehmenden Bohrungen 44, wobei der Hauptpunkt der ist, dass das Kernelement 24, das sämtliche zuvor beschriebenen Teile und Komponenten enthält, leicht als einstückiger, kompakter Gegenstand mittels eines Kunststoffformverfahrens nach dem Stand der Technik in der Produktion gefertigt werden kann.
Es wird nun auf die hydraulische (oder pneumatische) Zylinder- und Kolbenanordnung 28 Bezug genommen, wie sie in 1 und noch deutlicher in den 2, 7 und 8 zu ersehen ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst eine zylindrische Schraubenfeder 52, die zwischen der Kranzeinfassung 54a des perforierten Trägers 54b der kreuzförmigen Kolbenstange 54 (so dass das Wasser dort entlang unterbrechungsfrei fließen kann) und einer Stützscheibe 56 komprimiert ist, die durch Schneidschrauben 56a befestigt ist, welche in die vorgeformten, aufnehmenden Schraubenbohrungen 44 getrieben werden.
Ein Kolben 58 mit Dichtungsprofil 58a (siehe 1) ist innerhalb der zweiten konzentrischen Höhlung verschiebbar, die den mit 40 bezeichneten Kolbenzylinder gebildet hat. Eine Kolbenkappe 60 wird über den Kolbenzylinder 40 gestülpt, die mittels Flügelsperrmuttern 62 mit dem Kolben 58 versiegelt ist, und die an dem Bolzengewindeabschnitt 54c der kreuzförmigen Kolbenstange 54 befestigt werden.
Die Kolbenkappe 60 besitzt einen Kappenflansch 60a, der den Gegenpart zum feststehenden Rückhalteflanschteil 36 bildet, und umfasst die verstellbare, hydraulische Kolbenanordnung 28, welche die Entkopplung des Verklemmungseingriffs der mit 70 bezeichneten Filterplattengruppen ausführt.
Wenn man nochmals auf das Vorderende des eingebauten Filterkernelements 24 (1, 2 und 6) zurückkehrt, ist zu erkennen, dass der Schraubengewinde-Montagering 38 mit einer Auflagezwischenbefestigung 80 über einen Ring 82 (mit O-Ringen 80a und 80b) gekoppelt ist, und dass er somit an eine Erweiterung der Auslassöffnung 20 angebracht ist und diese bildet.
Dazwischen ist eine trichterförmige Hülse vorgesehen, die als Sperrventil 90 dient, die in die kegelförmige Ventilsitzhohlwand 34 passt (siehe 2), und die drei Montagebeine 90a, 90b und 90c aufweist (siehe 9). Drei eingeschnittene Bereiche 90d, 90e und 90f (nicht dargestellt) sind so ausgelegt, dass die zusammengesetzte Position der Röhrenöffnungen 30a, 30b und 30c geöffnet bleibt, wogegen die Auslass-Schlitze S der kegelförmigen Ventilsitzhöhlungswand 34 federnd abgedichtet sind.
Der Einbau des trichterförmigen Ventils 90 wird durch das Einführen der Beine 90a–90c in die Durchlässe 42, die während des Formens des eingebauten Hauptfilterkernelements 24 für diesen Zweck verblieben sind, in praktischer Weise ausgeführt. Das trichterförmige Ventil 90 aus Gummi wird vorzugsweise aus Latexgummi oder aus einem äquivalenten, elastischen Kunststoffmaterial hergestellt.
Schließlich wird die Verbindungsröhre für die Drucksteuerbefehle 26 durch das L-förmige Röhrenelement 80c verlängert, das vorzugsweise mit der Auflagezwischenbefestigung 80 (siehe 6) integriert ausgebildet ist. Die Verbindung zu der Quelle (nicht dargestellt) des Druckfluids (hydraulisch oder pneumatisch) wird durch die Verlängerungsröhre 100 mit dem Nippel 100a abschließend hergestellt, der aus der Gehäusewand des Einlass-/Auslassöffnungselements 14 hervorsteht.
Nun wird der Betriebsvorgang der Filtervorrichtung 10 unter Bezug auf die 1 und 10 beschrieben. Zu filterndes Wasser wird durch die Einlassöffnung 16 eingelassen; es umgibt das eingebaute Hauptfilterkernelement 24 mit den Filterplattengruppen 70; es durchdringt die Filterplattengruppen 70; es schiebt sich durch die Innendeformierung des trichterförmigen Sperrhülsenventils 90 seinen Weg durch die Schlitze S und wird durch die Auslassöffnung 20 ausgeströmt.
Es sei angemerkt, dass der innerhalb des Filters vorhandene Druck bei diesem normalen Filterungsbetriebsstand der Auslassdruck ist, d. h., dass er fast dem atmosphärischen Druck gleichkommt, und dass kein Druckbefehl auf dem Kolbensystem 28 zum Einsatz kommt. Demzufolge entspricht die durch die Kolbenkappe 60 auf die Filterplattengruppe 70 beaufschlagte Kraft dem Einlassdruck (in der Regel etwa 3– 5 atm.) multipliziert mit der (projektierten) Kolbenfläche 58 plus der Kraft der Kompressionsschraubenfeder 52.
Der Spülstufenzyklus geht folgendermaßen vor sich (siehe 10): Der Einlassstrom wird zunächst unterbrochen und der Kolben 58 wird durch den Einlassdruck entkoppelt (wogegen die Kraft auf der Kompressionsschraubenfeder 52 immer noch beaufschlagt bleibt). Es ist der Druckbefehl, der von dem Steuerungssystem (nicht dargestellt) durch den Nippel 100a, die Röhre 80c, die Röhre 26 und um die kreuzförmige Kolbenstange 54 gesendet wird, der die Verschiebung des Kolbens 58 (und der Kolbenkappe 60) veranlasst (weg von der linken Seite der Zeichnung der 10) und wobei demzufolge die Entkopplung der Filterplattengruppe 70 aus ihrem kompakten Zustand als eine vorbereitende Stufe vor deren Schleuderabreinigung ausgeführt wird.
Spülwasser wird durch die Auslassöffnung 20 zugelassen, das in die Düsenleitungen 30a–30c (siehe 2) frei eintritt, und das in Form von abgeschrägten Wasserstrahlen gegen die Filterplatten 70 ausströmt, um den Schleuder- und Spülvorgang auszuführen. Die Filterplatten sind freigesetzt, um über den Rändern der drei Lamellenflügel 32a–32c herum (siehe 3) rotieren zu können (obgleich die Möglichkeit vorhanden ist, die Filterplatten durch die Düsenleitungen 30a–30c auch direkt zu unterstützen).
Das Wasser erreicht den Innenraum des rahmenähnlichen Kernelements nicht, da die Wand des federnden, trichterförmigen Hülsenventils 90 gegen die kegelförmige Ventilsitzhohlwand 34 gepresst wird, wodurch die Wasserdurchlass-Schlitze S versiegelt werden.
Der Spülstufenbetrieb ist somit fertig, welcher von der Druckstufe des spülenden Gegenstroms unabhängig ist, soweit es die Verschiebung der Kolbenkappe 60 betrifft, im Unterschied zu den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, einschließlich jener zu unserem bisherigen Patent.
Von den Fachleuten auf dem Gebiet wird daher positiv anerkannt werden, dass die vorgestellte, erfindungsgemäße Konstruktion im Hinblick auf die diesbezügliche Produktionstechnik, die Anzahl der Systemteile und Montagekosten sowie im Hinblick auf die Anforderungen der Instandhaltung vorteilhaft ist, und zwar vorwiegend auf Grund der einzigartigen Aufbaustruktur der außermittigen Position der Wasserstrahl erzeugenden Düsenleitung bzw. Düsenleitungen 30.
Wenn die vorstehende Beschreibung auch viele spezifische Einzelheiten enthält, sollten diese jedoch nicht als Einschränkung zum Schutzumfang der Erfindung ausgelegt werden, sondern vielmehr als eine Veranschaulichung von bevorzugten Ausführungsformen. Die Fachleute auf dem Gebiet werden sich weitere machbare Variationen vorstellen können, die aber innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Demzufolge sollte der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die veranschaulichten Ausführungsformen festgelegt werden, sondern sie unterliegt den anhängenden Patentansprüchen und deren rechtmäßigen Äquivalenten. Daher kann zum Beispiel eine einzige Wasserstrahl erzeugende Düsenleitung 30 sogar ausreichend sein, jedoch stellen selbstverständlich drei Düsenleitungen eine symmetrischere und ausgewogenere Konstruktion her. Ferner kann eine rotationsunterstützende Funktion durch die Düsenleitungen 30 korrekt ausgeführt werden, ohne dass eine Notwendigkeit besteht, die Lamellenflügel 32 überhaupt bereitstellen zu müssen.

Claims

Flüssigkeitsfiltervorrichtung, insbesondere für Bewässerungsanlagen, enthaltend: – ein Zylindergehäuse (10, 12) mit einer Einlassöffnung (16) und einer Auslassöffnung (20); – ein Zylinderfilterglied (70), das im Gehäuse so angeordnet ist, dass das Wasser während des normalen Filterbetriebs mit Durchfluss von der Einlassöffnung (16) nach der Auslassöffnung (20) in das Filterglied (70) radial eintritt und durch die Auslassöffnung (20) ausströmt, sowie umgekehrt während der Filterabreinigungsrückspülstufen; – ein Gerüst, das im vom Filterglied (70) abgegrenzten Zylinderraum als Halterung für das Filterglied (70) mittig angeordnet ist, um seine freie Umdrehung während der Filterabreinigungsrückspülstufen zu gestatten; – ein standfester Teil (36), der gegen eine Achsenseite des Filterglieds (70) aufliegt; – eine auf dem Gerüst eingebaute Zylinder-Kolben Einheit (28) mit einem verstellbaren Teil (60a), der gegen die andere Achsenseite des Filterglieds (70) normalerweise aufliegt; – ein Sperrventil (90), das in einer ersten Betriebsstellung die Wasserströmung aus dem Filterglied (70) abgegrenzten Zylinderraum nach der Auslassöffnung (20) und in einer zweiten Betriebsstellung die Wasserströmung von der Auslassöffnung (20) in den besagten Zylinderraum gestattet; – Mittel für den Einlass von Druckflüssigkeit in die Einheit (28), um den verstellbaren Teil (60a) vom standfesten Teil (36) für die oben genannte freie Umdrehung des Filterglieds zu entfernen; – Mittel für die Erzeugung von Wasserstrahlen gegen das Filterglied, um das Filterglied während der Filterabreinigungsrückspülstufen zu reinigen; dadurch gekennzeichnet, dass ein einstückiges Kernglied (24) vorgesehen ist, enthaltend: (a) den oben erwähnten standfesten Teil (36); (b) mindestens eine röhrenförmige Leitung (30a, 30b, 30c), die sich ausmittig entlang einer inneren Erzeugende des Filterglieds (70) erstreckt und mit einem Satz Düsen für das Ausströmen der Wasserstrahlen in Richtung des Filterglieds (70) während der Filterabreinigungsrückspülstufen versehen ist, (c) eine Höhlung (40) als Zylinder für den Kolben 58 der Einheit (28), der mit dem verstellbaren Teil (60a) gekoppelt ist, und (d) ein gestrecktes Rohr, das an einem Ende mit der Höhlung (40) und am anderen Ende mit den Einlassmitteln für die Druckflüssigkeit in Verbindung steht; und dass das Kernglied (24) eine kegelförmige mit Durchlässen (S) versehene Höhlung (34) aufweist, die den Sitz für das Sperrventil (90) bildet, welches aus elastischem Werkstoff besteht, die Form eines der Höhlung (34) entsprechenden Trichters hat und einen die Durchlässe (S) elastisch schliessenden Wandteil sowie eingeschnittene Teile (90d, 90e, 90f) aufweist, die die Öffnungen der Leitungen (30a, 30b, 30c) zur Verbindung mit der Auslassöffnung (20) entdecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (90) mit mindestens einem sich axial erstreckenden Bein (90a, 90b, 90c) versehen ist und das Kernglied (24) mindestens eine Aushöhlung (42) hat, um das besagte Bein für den Einbau des Sperrventils (90) auf dem Kernglied (24) aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernglied (24) ein Gerüst aufweist, das geeignet ist, das Filterglied (70) frei zu stützen, als das Filterglied vom verstellbaren Teil (60a) freigelassen wird.