WO2022043106A1 - Druckgasfilter mit durchgangsöffnung im gehäusekopf - Google Patents

Druckgasfilter mit durchgangsöffnung im gehäusekopf Download PDF

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WO2022043106A1
WO2022043106A1 PCT/EP2021/072647 EP2021072647W WO2022043106A1 WO 2022043106 A1 WO2022043106 A1 WO 2022043106A1 EP 2021072647 W EP2021072647 W EP 2021072647W WO 2022043106 A1 WO2022043106 A1 WO 2022043106A1
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compressed gas
gas filter
functional element
housing
processing element
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PCT/EP2021/072647
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Johannes Sinstedten
Stefan Kampfer
Peter BEUMERS
Lennart OHLBERG
Thomas Prior
Jörg Rambow
Patrick BONN
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Beko Technologies Gmbh
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Publication date
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    • B01D46/42—Auxiliary equipment or operation thereof
    • B01D46/429—Means for wireless communication

Definitions

  • the invention relates to a compressed gas filter, for example for compressed air or nitrogen.
  • the compressed gas filter consists of a filter housing and a housing head with an inlet and an outlet.
  • a processing element In the interior of the filter housing there is a processing element, into which compressed air to be processed flows through the inlet and flows out through the outlet as processed usable air.
  • the compressed air In compressed air systems, the compressed air must be treated in accordance with legal regulations and internal requirements.
  • the possible quality classes for the compressed air are defined in ISO8573-l:2015. The standard specifies the proportions of solid particles, water and oil (aerosols) to be complied with.
  • pressurized gas is treated, among other things, by filters. Treatment elements in filters separate the unwanted components of the pressurized gases.
  • Compressed air or compressed gases generated by compressors contain e.g. solid particles as well as water and oil in vapor and droplet form. They come from the ambient air sucked in for the process, the coolants and lubricants in the system, abrasion caused by wear or production residues. These components can cause disturbances in downstream systems and processes and must therefore be separated from the compressed air or compressed gas.
  • Compressed gas filters consist of a metallic housing and a housing head.
  • the treatment element for example a filter element, is located within the metallic housing and is connected to the housing head.
  • a sealing point on the processing element cap e.g. 0-R.ing
  • a differential pressure gauge or indicator is used as an indicator for a treatment element change.
  • processing elements are adapted to the respective material separation task and are usually equipped with identical interfaces to the housing.
  • the interfaces enable, for example, the changing of treatment elements, desired flow control and often also a display of a filling level using sight glasses.
  • the operating pressure in the flow direction before and after the treatment element can be recorded via channels in the container wall. This pressure tap allows the measurement of the differential pressure between the inlet and outlet sides of the filter, allowing the interpretation of the saturation state of a treatment element.
  • the flow resistance typically increases and with it the pressure difference between the inlet and outlet sides of the filter.
  • a commonly used gauge to indicate pressure differential is a differential pressure gauge or indicator.
  • Embodiments with pressure connections on channels of the outer container wall are known. Others have channels on the inner wall of the container in combination with a signal transmitter with magnetic transmission to a transducer with a display instrument on the outer wall. This embodiment can only be used with containers made of non-magnetically shielding materials or with sufficiently small signal transmitters and receivers.
  • the identical interfaces have the advantage of a uniform and therefore cost-effective housing construction with identical parts. These housings are typically designed for nominal pressure levels with operating pressures of up to 10, 16 bar and up to 500 bar.
  • the pressure-resistant filters usually consist of a housing head that is connected to the treatment element via a plug-in, tie-rod or threaded connection.
  • the housing head is usually connected to an elongated housing base with a union nut, screw or bayonet connection. This provides the space for the conditioning element.
  • treatment elements or filter element types that can be used in a housing. These include, for example, treatment elements for different particle sizes or for separating oil aerosols. During assembly or maintenance, care must therefore be taken to ensure that the wrong treatment element is not accidentally installed. Since the built-in processing element type in a closed filter housing is difficult or impossible to identify from the outside, there is a risk of confusion due to the large number of different processing elements.
  • the treatment elements can still be mixed up and serious maintenance errors can occur.
  • the direction of flow can be in different directions.
  • the flow through a dust filter is from the outside to the inside
  • the flow through a coalescing element is usually from the inside to the outside in order to ensure that the condensate drains off on the outside of the drainage layer.
  • the direction of installation can also be confused during the initial installation and/or retrofitting of complete filters in the compressed air system.
  • the identification of the installation and flow direction of filters is often only visible on a sticker on the outside of the filter or on the differential pressure gauge (if available).
  • the object of the invention is to create an improved compressed gas filter.
  • the operational safety and reliability and also the efficiency or performance of the compressed gas filter should be increased over the service life.
  • the object is achieved by a compressed gas filter whose housing head has a through-opening through which a functional element connected to the processing element extends when the processing element is in place.
  • the invention is based on the idea of providing a through-opening in the pressurized housing or housing head, contrary to conventional wisdom.
  • This allows information about the processing element used itself, or its current state or also generally about states inside the housing, for example about pressure conditions or temperatures, to be transmitted to the outside via corresponding functional elements that extend into the through-opening.
  • the functional element can be used to immediately identify the built-in processing element and/or the direction of flow can be displayed directly.
  • the functional element can also be used for signal transmission and fluid drainage.
  • the functional element can protrude upwards from an upper end cap of the processing element through the through-opening.
  • the functional element can also be formed by an additional element that is not physically connected to the processing element, but is arranged in the through-opening.
  • Each treatment element (dust filter, water separator, fine filter, etc.) has its own specific marking.
  • the functional element has an information surface that is visible from the outside when the processing element is in the inserted state.
  • Information symbols can be attached to this information surface, which, for example, identify the type of processing element used.
  • Information symbols can also be provided which indicate the direction of flow within the compressed gas filter, for example easily recognizable arrows. Using the arrow symbol, an incorrect installation direction of the processing element would be noticed immediately and would protect the end application.
  • the information symbols can not only be visually recognizable, but alternatively or additionally can also be haptically tactile.
  • the information symbol is designed with appropriate elevations and depressions. This facilitates identification by specialists with visual impairments (e.g. color-blind people, far-sighted people, etc.) or poor visibility (e.g. dust, darkness, etc.) at the installation site.
  • the color and/or shape of the functional elements can preferably also be used as information carriers.
  • the functional element and the processing element can be designed in such a way that the functional element can be moved in the axial direction in the through-opening, so that the functional element can assume different positions in the through-opening depending on the pressure conditions in the compressed gas filter.
  • the functional element itself is pushed slightly upwards by the excess operating pressure and projects slightly in relation to an outer surface of the housing head. If the filter is under pressure, the functional element protrudes a few millimeters from the housing head. This immediately signals to the specialist staff that the filter is under pressure.
  • the functional element has at least one fluid channel, which connects the interior of the processing element and/or the housing with the environment.
  • the fluid channels in the processing element can be used to conduct the static pressure from the input and output sides of the processing element to the outside.
  • two corresponding fluid channels are then provided on the input and output side of the editing element.
  • Another advantage is an additional filter element in the fluid channel of the processing element, which protects the measurement technology from contamination.
  • This additional filter element is preferably part of the processing element and is replaced each time the processing element is changed, thus increasing the functionality of the measuring technology in the long term.
  • the through opening has great advantages, especially in an otherwise metallic filter housing, since it can preferably also be used to transmit signals of any type (electronic, radio, wire, etc.) from an interior of the filter housing to the outside or from the outside to the inside .
  • the functional element or also an additional plug accordingly offers an insulation function of the signal transmitter (e.g. wire) and the function of signal transmission/permeability in the case of wireless signal transmission.
  • the through opening and the functional element also enable the use of actuators and readable information carriers.
  • actuators and readable information carriers include R.FID tags, NFC chips or actuators of any kind.
  • R.FID tags include R.FID tags, NFC chips or actuators of any kind.
  • These are preferably arranged in an end cap of the processing element or in an additional plug and can use appropriate readers to read details about the processing element (e.g. type of processing element, degree of filtration, temperature, date of manufacture , batch number, etc.) can be automatically read from the outside.
  • the usual metallic filter housings do not allow this.
  • the invention is also particularly suitable for membrane dryers that are selectively permeable to water vapor.
  • a bundle of highly selective hollow fiber membranes membrane fibers
  • the scavenging air is fed in countercurrent to the compressed air over the outside of the hollow fibers. This process runs continuously. The scavenging air constantly dries the incoming moist compressed air. Only water molecules can penetrate the membranes of the hollow fibers. The composition of the dried compressed air remains unchanged. The result is clean, dry compressed air with a low pressure dew point.
  • the invention is also suitable for flange filters which also have processing elements arranged in a housing, often also several in a single housing. Since there are also different types of treatment elements for flange filters, it makes sense for them to be able to tell from the outside which type is inside a closed housing.
  • flange filters can also be operated with a different number of processing elements, for example one to four processing elements can be used.
  • a through-opening is provided for each processing element that can be used, into which a functional element connected to the processing element extends when the processing element is in the inserted state.
  • the passage openings are closed using blind plugs, the blind plugs being visible from the outside, for example because of their color are easy to spot. It is not only quick and easy to see from the outside which types of processing elements are installed, but also how many processing elements are arranged in the housing.
  • Fig. 2 the housing head according to the invention from Fig. 1 with pressure indication
  • Fig. 5 an embodiment variant of an end cap according to the invention
  • FIG. 7 a top view of a housing head of the flange filter from FIG.
  • Figure 1 shows a housing head 26 of a compressed gas filter 20 according to the invention ( Figure 1-1), an end cap 28 of a processing element 24 in an enlarged view ( Figure 1-2) and the processing element 24 itself ( Figure 1-3).
  • a composite compressed gas filter 20 according to the invention is shown, for example, in FIG. 4 in section.
  • the housing head 26 can be connected to a housing 22 in which the processing element 24 is arranged.
  • the conditioning element 24 is also connected to the housing head 26 .
  • Compressed gas for example compressed air or nitrogen, passes through an inlet 30 through the housing head 26 into an interior 40 of the processing element 24, in the exemplary embodiment shown enters a cylindrical processing component (e.g. filter fleece or membrane) into a housing interior 42, i.e. an annular space between the processing element 24 and the inner wall of the housing 22. Flows out of the housing interior 42 the compressed gas finally exits the housing head 26 through an outlet 34 as processed usable air.
  • a cylindrical processing component e.g. filter fleece or membrane
  • FIGS. 3 and 4 make it clear that a functional element 54 arranged on an end cap 28 extends through a through-opening 50 arranged on a free end face of the housing head 26 .
  • the functional element 54 and the end cap 28 are designed as a single one-piece component.
  • the end cap 28 is located within the housing head 26 when the compressed gas filter 20 is in the assembled state.
  • the functional element 54 extends coaxially to a longitudinal axis X-X of the conditioning element 24 away from the end cap 28 and protrudes in a cylindrical shape.
  • the outer contour of the functional element 54 is adapted to the shape of the through-opening 50 in such a way that they can interact functionally and the through-opening 50 can be sealed off from the functional element 54 .
  • the length of the functional element 54 protruding from the end cap 28 is adapted to the structure of the housing head 26 in such a way that the functional element 54 protrudes into the through-opening 50 .
  • the coaxial arrangement of the functional element 54 and the processing element 24 allows the processing element 24 to be screwed in with a functional element 54 with a round cross section.
  • FIG. 1 also shows that the functional element 54 has an information surface 60 at its free distal end, which is visible from the outside when the compressed gas filter 20 is in the assembled state.
  • an arrow is shown as information symbol 64 on information surface 60 .
  • the arrow indicates the direction of flow of the pressurized gas through the pressurized gas filter 20 in the assembled state.
  • the arrow can also be raised or recessed, so that it is not only visually visible, but can also be felt.
  • FIG. 2 illustrates a particularly advantageous embodiment variant of the invention.
  • the functional element 54 is movably mounted in the axial direction in the through-opening 50 arranged in the end face of the housing head 26 so that it protrudes to a greater or lesser extent beyond an outer surface of the housing head 26 depending on the pressure conditions in the compressed gas filter 20 .
  • FIG. 2 shows the state in which overpressure prevails in an interior space 42 of the compressed gas filter 20, so that the functional element 54 is pushed out of the housing head 26 upwards.
  • a pressure test can also be used to test whether the functional element 54 can be pressed back in the direction of the interior space 42 . This would be the case, for example, if it had simply gotten stuck in the up position due to dirt. However, if the compressed gas filter 20 is still under overpressure, it cannot be pushed back, or only with great difficulty.
  • FIG. 2 also shows a thread 32, via which the housing head 26 can be screwed to the housing 22.
  • FIG. 3 shows a further variant of the invention according to the invention.
  • the functional element 54 has a fluid channel 66 which connects an interior space 40 of the processing element 24 to the environment. Measuring devices, for example, can be connected to this fluid channel 66 .
  • An additional filter 46 can also be seen, which is arranged in the fluid channel 66 of the functional element 54 and protects the processing element 24 from contamination.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment variant in which two fluid channels 66 are provided.
  • FIG. 4-1 shows a processing element 24 in a perspective view and
  • FIG. 4-2 shows the corresponding compressed gas filter 20 in cross section.
  • a first fluid channel 66 connects an inlet side and a second fluid channel 66 an outlet side of the compressed gas filter 20 with the environment.
  • a sealing element 58 designed as an O-ring, which seals the functional element 54 in the passage opening 50 , can also be seen.
  • the sealing element 58 is also with the others Design variants provided, even if it is not always apparent or not shown.
  • a further element can be accommodated within the functional element 54 .
  • a readable information carrier 68 is shown, which has stored information about the built-in processing element 24, for example.
  • FIGS. 6 and 7 show a compressed gas filter 20 designed as a flange filter, in the housing 22 of which up to four processing elements 24 can be arranged.
  • Figure 6 shows a cross-section along the section line X-X in Figure 7, which is why only two conditioning elements 24 can be seen.
  • the processing elements 24 extend through a holding plate 70 , as a result of which inflow elements 72 of the processing elements 24 are located above the holding plate 70 in the housing head 26 .
  • the inflow elements 72 each have inflow openings 74 through which compressed gas flowing in through the inlet 30 reaches the processing elements 24 .
  • Functional elements 54 each extend from the inflow elements 72 into passage openings 50 of the housing head 26.
  • FIG. 7 makes it clear that information surfaces 60 of the functional elements 54 can be seen from the outside.
  • two processing elements 24 have fluid channels 66 to which, for example, measuring devices can be connected.
  • the information areas 60 can, for example, symbolize different types of processing elements 24 .
  • a blind plug can be introduced into the corresponding through-opening 50 if no processing element 24 is to be used.
  • the blind plug seals the compressed gas filter 20 in a pressure-tight manner.
  • flange filters according to the invention can also be used as described above for other compressed gas filter types 20 Have elements, such as actuators and readable information carrier (eg, RFID tags, NFC chips or actuators of any kind).
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown, but also includes other variants that can be implemented on the basis of the illustrative invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckluftfilter (20) mit einem Gehäuse (22) und einem Gehäusekopf (26) mit einem Einlass (30) und einem Auslass (34), wobei in einem Innenraum (42) des Gehäuses (22) ein Aufbereitungselement (24) angeordnet ist, in das durch den Einlass (30) einströmende aufzubereitende Druckluft einströmt und durch den Auslass (34) als aufbereitete Nutzluft ausströmt. Der Gehäusekopf (26) weist eine Durchgangsöffnung (50) auf, durch die sich im eingesetzten Zu-stand des Aufbereitungselements (24) ein mit dem Aufbereitungselement (24) verbundenes Funktionselement (54) hinein erstreckt.

Description

Druckgasfilter mit Durchgangsöffnung im Gehäusekopf
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasfilter, beispielsweise für Druckluft oder Stickstoff. Der Druckgasfilter besteht aus einem Filtergehäuse und einem Gehäusekopf mit einem Einlass und einem Auslass. Im Innenraum des Filtergehäuses befindet sich ein Aufbereitungselement, in das durch den Einlass einströmende aufzubereitende Druckluft einströmt und durch den Auslass als aufbereitete Nutzluft ausströmt.
In Druckluftsystemen muss die Druckluft entsprechend der gesetzlichen Regularien sowie den internen Anforderungen aufbereitet werden. Die möglichen Qualitätsklassen an die Druckluft sind in der ISO8573-l :2015 definiert. In der Norm werden die einzuhaltenden Anteile an Feststoffpartikeln, Wasser und ÖI-(Aeroso- len) vorgegeben.
In Abhängigkeit der Kompressorleistung werden zur Erfüllung der geforderten ISO8573-l :2015 Klassen unterschiedliche Aufbereitungskomponenten verwendet. Die Aufbereitung von Druckgas erfolgt in der Praxis u.a. durch Filter. Aufbereitungselemente in Filtern trennen die unerwünschten Bestandteile der unter Druck stehenden Gase ab.
Durch Kompressoren erzeugte Druckluft oder Druckgase enthalten z.B. Feststoffpartikeln sowie Wasser und Öl in Dampf und Tropfenform. Sie stammen aus der für den Prozess angesaugten Umgebungsluft, den Kühl- und Schmierstoffen der Anlage, Abrieb durch Verschleiß oder Fertigungsrückständen. Diese Bestandteile können Störungen in nachgelagerten Systemen und Prozessen verursachen und müssen daher von der Druckluft bzw. Druckgas getrennt werden.
Verbreitet sind hierfür Systeme aus Druckbehältern mit austauschbaren Aufbereitungselementen, wie z.B. Filtervliese, Adsorber oder Abscheider. Druckgasfilter bestehen aus einem metallischen Gehäuse und einem Gehäusekopf. Das Aufbereitungselement, beispielsweise ein Filterelement, befindet sich innerhalb des metallischen Gehäuses und ist mit dem Gehäusekopf verbunden. Über eine Dichtstelle an der Aufbereitungselementkappe (z.B. 0-R.ing) ist gewährleistet, dass keine kontaminierten Fluide der Eingangsseite ungefiltert an die Ausgangsseite des Filters gelangen. Zur Kontrolle des Beladungszustandes der Aufbereitungselemente nutzen viele Hersteller ein Differenzdruckmanometer oder -indikator als Indikator für einen Aufbereitungselementwechsel.
Diese Aufbereitungselemente sind an die jeweilige Aufgabe zur Stofftrennung angepasst und sind meist mit identischen Schnittstellen zum Gehäuse ausgerüstet. Die Schnittstellen ermöglichen beispielsweise den Wechsel von Aufbereitungselementen, gewünschte Strömungsführungen und oftmals auch eine Anzeige eines Füllstandes mittels Schaugläsern. Über Kanäle in der Behälterwandung kann der Betriebsdruck in Strömungsrichtung vor und nach dem Aufbereitungselement erfasst werden. Dieser Druckabgriff ermöglicht die Messung des Differenzdrucks zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite des Filters, wodurch der Sättigungszustand eines Aufbereitungselements interpretiert werden kann. Wenn sich Partikel im Aufbereitungselement ansammeln, steigt typischerweise der Durchströmungswiderstand und damit die Druckdifferenz zwischen der Ein- und Ausgangsseite des Filters an. Abhängig von der Installation ist es ab einem gewissen Differenzdruck rentabel das Aufbereitungselement zu ersetzen und damit die Energiekosten für die Druckgaserzeugung zu senken.
Ein häufig verwendetes Messinstrument zur Anzeige der Druckdifferenz ist ein Differenzdruckmanometer oder -indikator. Bekannt sind Ausführungsformen mit Druckanschlüssen an Kanälen der äußeren Behälterwandung. Weitere weisen Kanäle an der inneren Behälterwandung auf in Kombination mit einem Signalgeber mit magnetischer Übertragung zu einem Aufnehmer mit Anzeigeinstrument an der Außenwandung. Diese Ausführungsform ist nur einsetzbar bei Behältern aus nicht magnetisch abschirmenden Werkstoffen oder bei hinreichend kleinen Signalgeber und -aufnehmer.
Die identischen Schnittstellen haben den Vorteil einer einheitlichen und damit kostengünstigen Gehäusekonstruktion mit Gleichteilen. Diese Gehäuse sind typischerweise für Nenndruckstufen mit Betriebsüberdrücken bis 10-, 16bar und bis zu 500bar ausgelegt.
Zur Gewährleistung der Druckfestigkeit sind die drucktragenden Teile des Filters meist aus metallischen Werkstoffen (meist Aluminium- oder Stahllegierungen) gefertigt. Die druckfesten Filter bestehen i.d.R. aus einem Gehäusekopf, der über Steck-, Zuganker- oder einer Gewindeverbindung mit dem Aufbereitungselement verbunden wird. Der Gehäusekopf ist i.d.R.. mit einer Überwurfmutter, Schrauboder Bajonettverbindung mit einem länglichen Gehäuseunterteil verbunden. Dieses stellt den Raum für das Aufbereitungselement zur Verfügung.
Je nach Hersteller existiert eine Vielzahl an Aufbereitungselementen bzw. Filterelementtypen, die in ein Gehäuse eingesetzt werden können. Hierzu zählen z.B. Aufbereitungselemente für unterschiedliche Partikelgrößen oder zur Abscheidung von Öl-Aerosolen. Bei der Montage oder der Wartung ist daher darauf zu achten, dass nicht versehentlich ein falsches Aufbereitungselement eingebaut wird. Da bei einem geschlossenen Filtergehäuse der verbaute Aufbereitungselementtyp von außen nur schwer oder gar nicht erkennbar ist, besteht somit aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Aufbereitungselementen Verwechslungsgefahr.
Druckluftsysteme, in denen die unterschiedlichen Aufbereitungselemente verbaut sind, werden in der Regel einmal jährlich durch geschultes Servicepersonal gewartet. Bedingt durch die Isolation des Aufbereitungselementeinsatzes (Aktivkohlekartusche, Staubfilter, usw.) im metallischen Filtergehäuse, entstehen weitere Nachteile.
Bei vielen Industriezweigen (z.B. der Lebensmittelindustrie oder Medizintechnik) ist die Überwachung der Druckluftqualität mittels Prozesstechnik notwendig. Da ein Aluminiumgehäuse wie ein Faraday'scher Käfig wirkt, ist die Signalübertragung aus dem Filtergehäuse heraus, kaum bzw. nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar.
Ein weiterer Nachteil besteht beim Service bzw. der Instandhaltung. Dem Servicetechniker ist es nicht immer möglich das eingebaute Aufbereitungselement auf Anhieb zu identifizieren. Eingeschränkte Sichtverhältnisse durch eine schlechte Beleuchtung des Kompressorraums und beengte Einbaubedingungen erschweren die Identifikation der Aufbereitungselementes. Im Wartungsfall sind die Servicemitarbeiter auf die Dokumentation des außen am Gehäuse angebrachten Typenschildes angewiesen. Dieses enthält allerdings nicht immer alle relevanten Informationen über die eingebauten Aufbereitungselemente. Des Weiteren können die Typenschilder verschmutzen und sind schwer abzulesen. In Abhängigkeit der Einbaulage des Filters (z.B. Typenschild ist zur Wand ausgerichtet) hat weder der Servicetechniker noch der Endnutzer, der neue Aufbereitungselemente bestellen möchte, die Möglichkeit den Inhalt des Filters zu identifizieren. In solchen Fällen muss der betreffende Teil des Druckluftsystems, in dem der Filter verbaut ist, „drucklos" gemacht und der Filter demontiert werden.
Selbst nach dem Öffnen des Druckgasfilters kann es noch zu Verwechslungen der Aufbereitungselemente und schwerwiegenden Fehlern bei der Wartung kommen. In Abhängigkeit des Aufbereitungselemttyps kann die Durchströmungsrichtung in unterschiedlichen Richtungen erfolgen. Ein Staubfilter wird z.B. von außen nach innen durchströmt, währen ein Koaleszenz-Element i.d.R. von innen nach außen durchströmt wird, um den Abfluss des Kondensats an der Außenseite der Drainageschicht zu gewährleisten.
Auch bei der Erstinstallation und/oder Nachrüstung von Komplettfiltern in das Druckluftsystem kann es zu Verwechslungen der Einbaurichtung kommen. Die Kennzeichnung der Einbau- und Durchflussrichtung von Filtern ist häufig nur über einen Aufkleber an der Außenseite des Filters oder am Differenzdruckmanometer (falls vorhanden) ersichtlich.
Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen verbesserten Druckgasfilter zu schaffen. Es sollen insbesondere die Betriebssicherheit und -Zuverlässigkeit und auch der Wirkungsgrad bzw. Leistungsfähigkeit des Druckgasfilters über die Betriebsdauer erhöht werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Druckgasfilter gelöst, dessen Gehäusekopf eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die sich im eingesetzten Zustand des Aufbereitungselements ein mit dem Aufbereitungselement verbundenes Funktionselement hinein erstreckt.
Die Erfindung basiert auf der Idee, entgegen der bisher üblichen Meinung doch eine Durchgangsöffnung im unter Druck stehenden Gehäuse bzw. Gehäusekopf vorzusehen. Diese erlaubt es, Informationen über das eingesetzte Aufbereitungselement selbst, oder dessen aktuellen Zustand oder auch allgemein über Zustände im Gehäuseinneren, beispielsweise über Druckverhältnisse oder Temperaturen über entsprechende Funktionselemente, die sich in die Durchgangsöffnung erstrecken, nach außen zu übermitteln. Beispielsweise kann über das Funktionselement eine sofortige Identifikation des eingebauten Aufbereitungselementes erfolgen und/oder die Durchströmungsrichtung unmittelbar angezeigt werden. Das Funktionselement kann auch zur Signalübertragung und Fluidausleitung genutzt werden.
Das Funktionselement kann erfindungsgemäß von einer oberen Endkappe des Aufbereitungselements nach oben durch die Durchgangsöffnung nach außen ragen. In diesem Fall ist es beispielsweise integraler Bestandteil des Aufbereitungselements und vorzugsweise an die Endkappe angeformt. Alternativ kann das Funktionselement aber auch durch ein zusätzliches Element gebildet sein, das physisch nicht mit dem Aufbereitungselement verbunden, aber in der Durchgangsöffnung angeordnet ist.
Jedes Aufbereitungselement (Staubfilter, Wasserabscheider, Feinfilter, usw.) weist eine eigene spezifische Kennzeichnung auf. Das Funktionselement weist eine im eingesetzten Zustand des Aufbereitungselement von außen sichtbare Informationsfläche auf. Auf dieser Informationsfläche können Informationssymbole angebracht sein, die beispielsweise den Typ des eingesetzten Aufbereitungselement kennzeichnen. Auch können Informationssymbole, vorgesehen sein, die die Strömungsrichtung innerhalb des Druckgasfilters anzeigen, beispielsweise gut erkennbare Pfeile. Anhand des Pfeilsymbols würde eine falsche Einbaurichtung des Aufbereitungselementes sofort auffallen und die Endanwendung schützen. Die Informationssymbole können erfindungsgemäß nicht nur optisch erkennbar, sondern alternativ oder zusätzlich auch haptisch fühlbar ausgeführt sein. Hierfür ist das Informationssymbol durch entsprechende Erhebungen und Vertiefungen ausgeführt. Dies erleichtert die Identifikation durch Fachpersonal mit einer Sehschwäche (z.B. Farbenblinde, Weitsichtige, usw.) oder bei schlechten Sichtverhältnissen (z.B. Staub, Dunkelheit, usw.) am Einbauort.
Vorzugsweise kann auch die Farbe und/oder Form der Funktionselemente, beispielsweise runde oder eckige Kontur als Informationsträger genutzt werden.
Vorteilhafterweise können Funktions- und das Aufbereitungselement derart ausgeführt sein, dass das Funktionselement in axialer Richtung in der Durchgangsöffnung bewegbar ist, so dass das Funktionselement in Abhängigkeit der Druckverhältnisse im Druckgasfilter verschiedenen Positionen in der Durchgangsöffnung einnehmen kann. Das Funktionselement selbst wird durch den Betriebsüberdruck leicht nach oben gedrückt und steht gegenüber einer Außenfläche des Gehäusekopfes leicht vor. Steht der Filter unter Druck, ragt das Funktionselement also einige Millimeter aus dem Gehäusekopf heraus. Dem Fachpersonal wird dadurch sofort signalisiert, dass der Filter unter Druck steht.
Vor einem Aufbereitungselementwechsel wird geprüft, ob sich das Funktionselement einfach wieder herunterdrücken lässt. Ist das nicht der Fall, steht das System noch unter Druck und das Filtergehäuse darf nicht geöffnet werden. Diese Zusatzfunktion erhöht die Sicherheit des Personals und die Stabilität der Endanwendung.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante weist das Funktionselement zumindest einen Fluidkanal auf, der den Innenraum des Aufbereitungselementes und/oder des Gehäuses mit der Umgebung verbindet. Dadurch ist es möglich, Messtechnik direkt an den Druckgasfilter und/oder das Aufbereitungselement anzuschließen. Beispielsweise können die Fluidkanäle im Aufbereitungselement dazu genutzt werden, um den statischen Druck von der Eingangs- und Ausgangsseite des Aufbereitungselements nach außen zu führen. Hierzu sind dann zwei entsprechend Fluidkanäle vorgesehen, auf der Eingangs- und Ausgangsseite des Aufbereitungselements. Die Installation von Messinstrumenten, wie z.B. eines Differenzdruckmanometers oder Ölprüfindikators sind somit sehr leicht realisierbar.
Einen weiteren Vorteil bietet ein zusätzlich eingebrachtes Filterelement im Fluidkanal des Aufbereitungselementes, das die Messtechnik vor Verschmutzung schützt. Dieses zusätzliche Filterelement ist vorzugsweise Teil des Aufbereitungselementes und wird mit jedem Wechsel des Aufbereitungselementes ausgetauscht und erhöht somit langfristig die Funktionalität der Messtechnik.
Die Durchgangsöffnung weist insbesondere in einem ansonsten metallischen Filtergehäuse große Vorteile auf, da sie vorzugsweise auch dazu genutzt werden kann, Signale jeglicher Art (elektronisch, Funk, Draht, usw.) aus einem Innenraum des Filtergehäuses nach außen oder auch von außen nach innen zu übertragen. Das Funktionselement oder auch ein zusätzlicher Stopfen bietet demnach eine Isolationsfunktion des Signalüberträgers (z.B. Draht) und die Funktion der Signal- übertragung/Durchlässigkeit im Fall der drahtlosen Signalübertragung.
Die Durchgangsöffnung und das Funktionselement ermöglichen auch den Einsatz von Aktuatoren und auslesbaren Informationsträgern. Hierzu zählen u.a. R.FID- Tags, NFC-Chips oder Aktuatoren jeglicher Art. Diese sind vorzugsweise in einer Endkappe des Aufbereitungselements oder in einem zusätzlichen Stopfen angeordnet und können mittels entsprechender Lesegeräte Details zum Aufbereitungselement (z.B. Typ des Aufbereitungselementes, Filtrationsgrad, Temperatur, Herstellungsdatum, Chargennummer, usw.) automatisiert von außen auslesbar machen. Die üblichen metallischen Gehäuse von Filtern erlauben dies nicht.
Die Nutzung der Durchgangsöffnung in Kombination mit dem Funktionselement am Aufbereitungselement erlaubt somit eine deutlich einfachere Handhabung bei der Wartung und/oder Montage sowie Erhöhung der Prozesssicherheit.
Die Erfindung eignet sich insbesondere auch für Membrantrockner, die selektiv durchlässig für Wasserdampf sind. In dem Gehäuse des Druckgasfilters ist ein Bündel hochselektiver Hohlfasermembranen angeordnet (Membranfasern), durch die durch den Einlass einströmende feuchte Druckluft strömt. Durch die Hohlfasermembranen diffundiert Wasserdampf nach außen. Am Auslass für getrocknete Druckluft wird ein geringer Teilstrom der Druckluft abgezweigt und nach Expansion als Spülluft benutzt. Die Spülluft wird im Gegenstrom zur Druckluft über die Außenseite der Hohlfasern geführt. Dieser Vorgang läuft kontinuierlich ab. Die Spülluft trocknet ständig die eintretende, feuchte Druckluft. Nur Wassermoleküle können die Membranen der Hohlfasern durchdringen. Die Zusammensetzung der getrockneten Druckluft bleibt unverändert. Als Ergebnis hat man reine, trockene Druckluft mit einem niedrigen Drucktaupunkt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese sollen nicht einschränkend zu verstehen sein, sondern zeigen lediglich Prinzipdarstellungen der Erfindung. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die einzelnen unterschiedlichen beschriebenen Ausführungen und Nutzungsmöglichkeiten des Funktionselements, also beispielsweise die Informationsübermittlung durch die Farb- und oder Formgebung, die optischen und/oder haptischen Informationssymbole, die Nutzung von Fluidkanälen und auslesbarer Informationsträger oder auch die Auswahl eines geeigneten Materials zur Übertragung von Signalen in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden können.
Grundsätzlich eignet sich die Erfindung auch für Flanschfilter, die ebenfalls in einem Gehäuse angeordnete Aufbereitungselemente aufweisen, oftmals auch mehrere in einem einzigen Gehäuse. Da es auch für Flanschfilter verschiedene Aufbereitungselementtypen gibt, ist es auch für diese sinnvoll, wenn von außen erkennbar ist, welcher Typ sich innerhalb eines geschlossenen Gehäuses befindet. Hinzu kommt, dass Flanschfilter auch mit einer unterschiedlichen Anzahl an Aufbereitungselementen betrieben werden können, beispielsweise können ein bis vier Aufbereitungselemente einsetzbar sein. Erfindungsgemäß ist je einsetzbarem Aufbereitungselement eine Durchgangsöffnung vorgesehen, in die sich im eingesetzten Zustand des Aufbereitungselements ein diesem verbundenes Funktionselement hinein erstreckt. Sind weniger Aufbereitungselemente eingesetzt, als Durchgangsöffnung vorhanden sind, werden die Durchgangsöffnung mithilfe von Blindstopfen verschlossen, wobei die Blindstopfen von außen zum Beispiel aufgrund ihrer Farbe leicht zu erkennen sind. Somit ist nicht nur schnell und einfach von außen zu erkennen, welche Aufbereitungselementtypen verbaut sind, sondern auch wie viele Aufbereitungselemente im Gehäuse angeordnet sind.
Es zeigen:
Fig. 1 : einen erfindungsgemäßen Gehäusekopf und ein erfindungsgemäßes
Aufbereitungselement in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2: den erfindungsgemäßen Gehäusekopf aus Fig. 1 mit Druckindikation,
Fig. 3: eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Gehäusekopfs mit Zusatzfilter,
Fig. 4: eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Aufbereitungselements mit Fluidkanälen,
Fig. 5: eine Ausführungsvariante einer Endkappe eines erfindungsgemäßen
Aufbereitungselements mit auslesbarem Informationsträger,
Fig. 6: einen erfindungsgemäßen Flanschfilter im Querschnitt,
Fig. 7: eine Draufsicht auf einen Gehäusekopf des Flanschfilters aus Figur 6.,
Figur 1 zeigt einen Gehäusekopf 26 eines erfindungsgemäßen Druckgasfilters 20 (Figur 1-1), eine Endkappe 28 eines Aufbereitungselements 24 in vergrößerter Darstellung (Figur 1-2) und das Aufbereitungselement 24 selbst (Figur 1-3).
Einen erfindungsgemäßen zusammengesetzten Druckgasfilter 20 zeigt beispielsweise Figur 4 im Schnitt. Der Gehäusekopf 26 ist mit einem Gehäuse 22 verbindbar, in dem das Aufbereitungselement 24 angeordnet ist. Im Betriebszustand ist das Aufbereitungselement 24 ebenfalls mit dem Gehäusekopf 26 verbunden. Durch einen Einlass 30 gelangt Druckgas, beispielsweise Druckluft oder Stickstoff, durch den Gehäusekopf 26 in einen Innenraum 40 des Aufbereitungselements 24, tritt im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine zylindrische Aufbereitungskomponente (z.B. Filtervlies oder Membran) in einen Gehäuseinnenraum 42, also einen Ringraum zwischen dem Aufbereitungselement 24 und der Innenwand des Gehäuses 22. Aus dem Gehäuseinnenraum 42 strömt das Druckgas schließlich durch einen Auslass 34 als aufbereitete Nutzluft aus dem Gehäusekopf 26 aus.
Die Figuren 3 und 4 verdeutlichen, dass sich ein an einer Endkappe 28 angeordnetes Funktionselement 54 durch eine an einer freien Stirnfläche des Gehäusekopfs 26 angeordnete Durchgangsöffnung 50 hindurch erstreckt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Funktionselement 54 und die Endkappe 28 als ein einziges einstückiges Bauteil ausgeführt. Die Endkappe 28 befindet sich im zusammengesetzten Zustand des Druckgasfilters 20 innerhalb des Gehäusekopfs 26.
Das Funktionselement 54 erstreckt sich koaxial zu einer Längsachse X-X des Aufbereitungselements 24 von der Endkappe 28 weg und steht zylinderförmig vor. Die Außenkontur des Funktionselements 54 ist an die Form der Durchgangsöffnung 50 derart angepasst, dass diese funktionell Zusammenwirken können und die Durchgangsöffnung 50 gegenüber dem Funktionselement 54 abdichtbar ist. Die Länge des von der Endkappe 28 abstehenden Funktionselements 54 ist derart an den Aufbau des Gehäusekopf 26 angepasst, dass das Funktionselement 54 in die Durchgangsöffnung 50 hineinragt. Die koaxiale Anordnung des Funktionselements 54 und des Aufbereitungselements 24 ermöglicht ein Einschrauben des Aufbereitungselements 24 mit einem Funktionselement 54 mit rundem Querschnitt.
Figur 1 zeigt auch, dass das Funktionselement 54 an seinem freien distalen Ende eine Informationsfläche 60 aufweist, die im zusammengesetzten Zustand des Druckgasfilter 20 von außen sichtbar ist. Auf der Informationsfläche 60 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Pfeil als Informationssymbol 64 dargestellt. Der Pfeil zeigt die Strömungsrichtung des Druckgases durch den Druckgasfilter 20 im zusammengesetzten Zustand an. Der Pfeil kann insbesondere auch erhaben oder vertieft ausgeführt sein, sodass er nicht nur optisch sichtbar, sondern auch ertastbar ist. Figur 2 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung. Demnach ist das Funktionselement 54 in axialer Richtung bewegbar in der Stirnfläche des Gehäusekopfs 26 angeordneten Durchgangsöffnung 50 gelagert, sodass es in Abhängigkeit der Druckverhältnisse im Druckgasfilter 20 mehr oder weniger weit über eine Außenfläche des Gehäusekopf 26 vorsteht. In Figur 2 ist der Zustand gezeigt, bei dem in einem Innenraum 42 des Druckgasfilters 20 Überdruck herrscht, sodass das Funktionselement 54 nach oben aus dem Gehäusekopf 26 herausgedrückt wird. Somit ist auf den ersten Blick erkennbar, dass der Druckgasfilter 20 nicht drucklos ist. Auch kann über einen Drucktest getestet werden, ob das Funktionselement 54 zurück in Richtung des Innenraums 42 gedrückt werden kann. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn es lediglich aufgrund von Verschmutzung in der oberen Position hängengeblieben wäre. Steht der Druckgasfilter 20 allerdings noch unter Überdruck, ist ein Zurückdrücken nicht oder nur sehr schwer möglich.
Figur 2 zeigt weiterhin ein Gewinde 32, über das der Gehäusekopf 26 mit dem Gehäuse 22 verschraubbar ist.
Figur 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Variante der Erfindung. Das Funktionselement 54 weist einen Fluidkanal 66 auf, der einen Innenraum 40 des Aufbereitungselements 24 mit der Umgebung verbindet. An diesen Fluidkanal 66 können beispielsweise Messgeräte angeschlossen werden. Erkennbar ist weiterhin ein Zusatzfilter 46, der in dem Fluidkanal 66 des Funktionselement 54 angeordnet ist und das Aufbereitungselement 24 vor Verschmutzung schützt.
Figur 4 verdeutlicht eine Ausführungsvariante bei der zwei Fluidkanäle 66 vorgesehen sind. Dabei zeigt Figur 4-1 ein Aufbereitungselement 24 in perspektivischer Darstellung und Figur 4-2 den entsprechenden Druckgasfilter 20 im Querschnitt. Ein erster Fluidkanal 66 verbindet eine Einlassseite, ein zweiter Fluidkanal 66 eine Auslassseite des Druckgasfilters 20 mit der Umgebung. Erkennbar ist weiterhin ein Dichtelement 58, ausgeführt als O-Ring, das das Funktionselement 54 in der Durchgangsöffnung 50 abdichtet. Das Dichtelement 58 ist auch bei den anderen Ausführungsvarianten vorgesehen, auch wenn es nicht immer erkennbar oder nicht dargestellt ist.
Wie in Figur 5 gezeigt, kann innerhalb des Funktionselements 54 ein weiteres Element untergebracht seien. Im gezeigten Ausführungselement ist ein auslesbarer Informationsträger 68 gezeigt, der beispielsweise Informationen über das eingebaute Aufbereitungselement 24 gespeichert hat.
Die Figuren 6 und 7 zeigen einen als Flanschfilter ausgeführten Druckgasfilters 20, in dessen Gehäuse 22 bis zu vier Aufbereitungselemente 24 angeordnet werden können. Figur 6 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie X-X in Figur 7, weswegen nur zwei Aufbereitungselemente 24 erkennbar sind.
Die Aufbereitungselemente 24 erstrecken durch eine Halteplatte 70 hindurch, wodurch sich Einströmelemente 72 der Aufbereitungselemente 24 oberhalb der Halteplatte 70 im Gehäusekopf 26 befinden. Die Einströmelemente 72 weisen jeweils Einströmöffnungen 74 auf, durch die durch den Einlass 30 einströmendes Druckgas in die Aufbereitungselemente 24 gelangt.
Von den Einströmelementen 72 erstrecken sich jeweils Funktionselemente 54 bis in Durchgangsöffnungen 50 des Gehäusekopfs 26. Figur 7 verdeutlicht, dass Informationsflächen 60 der Funktionselemente 54 von außen erkennbar sind. Zusätzlich weisen zwei Aufbereitungselemente 24 Fluidkanäle 66 auf, an die beispielsweise Messgeräte angeschlossen werden können.
Die Informationsflächen 60 können beispielsweise verschiedene Typen von Aufbereitungselementen 24 symbolisieren. Alternativ kann erkennbar sein, wie viele Aufbereitungselemente 24 in den Druckgasfilter 60 eingesetzt sind. Anstelle eines Funktionselements 54 eines eingesetzten Aufbereitungselements 24 kann ein Blindstopfen in die entsprechende Durchgangsöffnung 50 eingebracht werden, wenn kein Aufbereitungselement 24 eingesetzt werden soll. Der Blindstopfen dichtet den Druckgasfilter 20 druckdicht ab. Selbstverständlich können erfindungsgemäße Flanschfilter auch die oben für andere Druckgasfiltertypen 20 beschriebene Elemente aufweisen, beispielsweise Aktuatoren und auslesbarer Informationsträger (z.B. RFID-Tags, NFC-Chips oder Aktuatoren jeglicher Art).
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst auch weitere Varianten, die auf Basis der erläuternden Erfindung realisierbar sind.

Claims

Patentansprüche Druckgasfilter (20) mit einem Gehäuse (22) und einem Gehäusekopf (26) mit einem Einlass (30) und einem Auslass (34), wobei in einem Innenraum (42) des Gehäuses (22) ein Aufbereitungselement (24) angeordnet ist, in das durch den Einlass (30) einströmende aufzubereitendes Druckgas einströmt und durch den Auslass (34) als aufbereitete Nutzluft ausströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekopf (26) eine Durchgangsöffnung (50) aufweist, durch die sich im eingesetzten Zustand des Aufbereitungselements (24) ein mit dem Aufbereitungselement (24) verbundenes Funktionselement (54) hinein erstreckt. Druckgasfilter (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Funktionselement (24) und der Durchgangsöffnung (50) ein Dichtelement (58) angeordnet, durch das die Durchgangsöffnung (50) im eingesetzten Zustand des Aufbereitungselements (24) druckdicht verschlossen ist. Druckgasfilter (20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (24) durch eine im eingesetzten Zustand des Aufbereitungselement (24) von außen sichtbare Informationsfläche (60) aufweist. Druckgasfilter (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Informationsfläche (60) ein Informationssymbol (64) dargestellt ist. Druckgasfilter (20) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Informationsfläche (60) ein durch Erhebungen und Vertiefungen ausgeführtes haptisch ertastbares Informationssymbol (64) angeordnet ist. Druckgasfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Funktionselements (24) zumindest ein Fluidkanal (66) ausgeführt ist, der den Innenraum (40) des Aufbereitungselements (24) mit der Umgebung verbindet. Druckgasfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Funktionselements (24) zumindest ein Fluidkanal (66) ausgeführt ist, der den Innenraum (42) des Gehäuses (22) mit der Umgebung verbindet. Druckgasfilter (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Fluidkanals (66) der den Innenraum (40) des Aufbereitungselements (24) mit der Umgebung verbindet ein Zusatzfilter (46) angeordnet ist. Druckgasfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (54) aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist. Druckgasfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (54) aus einem Material gefertigt ist, welches die Durchleitung von Signalen aus der Gruppe elektrische Signale, elektromagnetische Signale oder Funksignale ermöglicht. Druckgasfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (54) zumindest einen elektrischen Leiter aufweist der den Innenraum (40) des Aufbereitungselementes (24) und/oder den Innenraum (4240des Gehäuses (22) mit der Umgebung verbindet. Druckgasfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (54) und das Aufbereitungselement (24) derart ausgeführt sind, dass das Funktionselement (54) in der Durchgangsöffnung (50) in axialer Richtung bewegbar ist, so dass das Funktionselement (54) in Abhängigkeit von Druckverhältnissen im Druckgasfilter (20) verschiedene Positionen in der Durchgangsöffnung (50) einnimmt. 16 Druckgasfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Funktionselements (54) ein auslesbarer Informationsträger (68) angeordnet ist. Druckgasfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Funktionselements (54) ein Aktuator angeordnet ist. Aufbereitungselement (54) für einen Druckgasfilter (20) mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 14.
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