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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft Filtereinheiten und eine Filtervorrichtung zur
Reinigung eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und
9. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Filtrationsprozess nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 11.
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Es
ist aus der
EP 0508645
B ein Filter mit Filtereinheiten bekannt, welcher zur Reinigung
einer Flüssigkeit
dient. Die Filtereinheiten sind als stapelbare Scheiben ausgebildet,
welche über
einen Kunststoffrahmen und ein in den Kunststoffrahmen eingegossenes
Filtermedium verfügen.
Durch aneinanderfügen
mehrerer Filtereinheiten wird ein Rohkanal für die zu reinigende Flüssigkeit
gebildet, welcher mit den Anströmseiten
der Filtereinheiten verbunden ist. Weiterhin wird durch die Filtereinheiten
ein Reinkanal gebildet, welcher mit der Abströmseite der Filtereinheiten
verbunden ist. Die gestapelten Filtereinheiten werden zur Bildung
eines Filters mit Abschlussplatten versehen, wobei die erste Abschlussplatte
einen Durchlass für
die Rohflüssigkeit
aufweist und die zweite Abschlussplatte einen Durchlass für die gereinigte
Flüssigkeit
besitzt. Bei dem offenbarten Filter erfolgt eine Dead-End-Filtration,
das heißt die
eingeleitete Rohflüssigkeit
muss zu 100 % durch die Filtereinheiten treten und durch den Reinkanal aus
dem Filter austreten. Hierbei besteht das Problem, dass sich die
Filtereinheiten zusetzen und sich ein Filterkuchen auf den Filtereinheiten
bildet, der von der zu reinigenden Flüssigkeit durchdrungen werden
muss. Bei einem entsprechend dicken Filterkuchen verstopft der Filter
und eine Durchströmung des
Filters ist nahezu unmöglich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Filtereinheiten, eine Filtervorrichtung und
einen Filtrationsprozess zu schaffen, mit welchem ein Fluid zuverlässig, einfach und
kostengünstig
gereinigt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des
Anspruches 1, 9 und 11 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Filtereinheit
weist einen Rahmen und ein Filtermedium auf, wobei das Filtermedium
dichtend mit dem Rahmen verbunden ist. Das Filtermedium kann eine
Membran oder ein Gewebe sein, wobei die Porengröße bzw. Maschenweite an die
auszufilternden Partikel angepasst wird. Geeignete Porengrößen für die Filtration
von Flüssigkeiten
können
im Bereich von ca. 0,3 – 1 μm liegen.
Bei Geweben sind gröbere
Maschenweiten üblich.
Vorzugsweise wird für
das Filtermedium ein thermoplastisches Material verwendet, es können jedoch
auch andere zur Filtration geeignete Medien wie z.B. Metall oder
Keramik verwendet werden. Der Rahmen besteht aus einem thermoplastischen
Kunststoff, wobei der Kunststoff unverstärkt oder mit Kohlefasern, Glasfasern,
-kugeln oder anderen Materialien verstärkt sein kann. Vorteilhafte
Kunststoffe sind beispielsweise Polyamid, Polyethylen oder Polypropylen.
Die Auswahl des Rahmenmaterials ist an das zu reinigende Fluid anzupassen,
damit der Rahmen gegen das zu reinigende Medium und die Prozessparameter,
wie z.B. Temperatur, resistent ist. Der Rahmen verfügt über einen
Außenkonturbereich,
welcher sich sowohl abströmseitig,
als auch anströmseitig
des Filtermediums erstreckt. Weiterhin verfügt der Rahmen über eine
Innenkontur, welche einen Rohdurchlassstutzen, einen Reindurchlassstutzen
und Stützstege bildet.
Das Filtermedium ist einerseits dichtend auf dem Rohdurchlassstutzen
und andererseits dichtend auf dem Reindurchlassstutzen fixiert.
Die Stützstege können beliebig,
z.B. wagerecht und senkrecht zu Außenkonturbereich des Rahmens
verlaufen. Die Anzahl und Anordnung der Stützstege ist beliebig. Sie versteifen
einerseits den Außenkonturbereich des
Rahmens und stützen
andererseits das Filtermedium in Durchströmungsrichtung ab, wodurch das Filtermedium
vor Beschädigungen
von zu großen Druckkräften geschützt ist.
Hierzu ist das Filtermedium abströmseitig unlösbar auf den Stützstegen
fixiert. Durch die Stützstege
sind auch großflächige Filtereinheiten
aus preiswerten Materialien realisierbar. Auf der Anströmseite können auch
Stützstege
angeordnet sein, welche das Filtermedium beim Rückspülen abstützen.
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Der
Rohdurchlassstutzen ist mit der Anströmseite des Filtermediums kommunizierend
verbunden, wobei die Höhe
HRoh des Rohdurchlassstutzens mindestens
der Höhe
HKontur des sich abströmseitig des Filtermediums erstreckenden
Außenkonturbereichs
des Rahmens entspricht. Durch diese geometrische Ausgestaltung kann
das zu reinigende Fluid nur auf die Anströmseite des Filtermedium gelangen.
Der Reindurchlassstutzen ist mit der Abströmseite des Filtermediums kommunizierend
verbunden, wobei die Höhe
hRein des Reindurchlassstutzens mindestens
der Höhe
hKontur des sich anströmseitig des Filtermediums erstreckenden
Außenkonturbereichs
des Rahmens entspricht. Somit kann kein ungereinigtes Fluid auf
die Abströmseite
des Filtermediums gelangen.
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Wird
sowohl für
den Rahmen, als auch das Filtermedium ein thermoplastischer Kunststoff
verwendet, so kann das Filtermedium in das Rahmenwerkzeug eingelegt
und von dem Rahmen umspritzt werden. Hierbei schmilzt dann das Filtermedium
im Bereich des Rahmens an und verbindet sich mit dem Material des
Rahmens, wodurch eine unlösbare
Verbindung zwischen dem Filtermedium und dem Rahmen erzeugt wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Stützstege
diagonal zu dem Außenkonturbereich
des Rahmens. Dadurch erhält der
Rahmen eine höhere
Steifigkeit und eine höhere Druckfestigkeit.
Weiterhin werden Strömungskanäle zwischen
den Stützstegen
gebildet, welche beim Stapeln mehrerer Filtereinheiten überkreuz
aufeinander zu liegen kommen. Dadurch muss das Reinfluid entlang
dieser gekreuzten Strömungskanäle strömen. Somit
ist eine gleichmäßige Abstützung der
Stützstege
einer Filtereinheit an der benachbarten Filtereinheit gewährleistet.
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Es
ist vorteilhaft, dass der Rahmen an seinen Stirnseiten im Bereich
seines Außenkonturbereichs über eine
Dichtungskontur verfügt.
Diese Dichtungskontur ist an der ersten Stirnseite als eine Konkavkontur
und an der zweiten Stirnseite als eine Konvexkontur ausgestaltet.
Beim aneinandersetzen mehrerer Filtereinheiten greift somit die
Konvexkontur der einen Filtereinheit in die Konkavkontur der angrenzenden
Filtereinheit ein. Somit ist zwischen den aneinander angrenzenden
Filtereinheiten eine fluiddichte Verbindung erzeugt, wodurch zusätzliche
Dichtmittel eingespart werden können.
Weiterhin wird durch das fluiddichte Aneinanderfügen der Filtereinheiten durch die
Außenkontur
des Rahmens ein druckfestes Gehäuse
gebildet, innerhalb welchem das Fluid strömt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt der Rahmen
an seinen Stirnseiten im Bereich seines Außenkonturbereichs über eine
Zentrierkontur. Durch die Zentrierkontur kommen die aneinander grenzenden
Filtereinheiten exakt aufeinander zu liegen, wodurch ein Verrutschen
und somit die Bildung von Leckagestellen verhindert wird. Diese Zentrierkontur
kann als Nut-Feder-Geometrie ausgestaltet sein, welche sich linienförmig auf
der Stirnseite des Außenkonturbereichs
erstrecken. Es sind jedoch auch nur in Teilbereichen angeordnete
Zentrierkonturen denkbar, welche verteilt am Umfang der Außenkontur
angeordnet sein können.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zentrierkontur
und Dichtungskontur in einer gemeinsamen Kontur vereint, wodurch
die Geometrie des Rahmens vereinfacht und somit kostengünstiger
herstellbar wird.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Höhe HRoh des
Rohdurchlassstutzens größer als
die Höhe
HKontur des Außenkonturbereichs. Somit können die
benachbart liegenden Rohdurchlassstutzen ineinander eingreifen,
wodurch eine bessere Verbindung zwischen den Rohdurchlassstutzen
erzeugt wird. Hierbei kann insbesondere eine Verpressung der benachbarten
Rohdurchlassstutzen erfolgen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
verfügt
der Rohdurchlassstutzen über
einen Dichtansatz, welcher insbesondere in dem, über die Höhe HKontur hinausragenden
Bereich angeordnet ist. Bei einer weiteren Ausgestaltung des Rohdurchlassstutzens
kann eine umlaufende Nase angeformt sein, welche in den Rohdurchlassstutzen
der benachbarten Filtereinheit eingreift. Dadurch kann eine zuverlässige Abdichtung
der Rohdurchlassstutzen zueinander gewährleistet werden. Hierbei kann
die Nase sowohl an dem Mutterstück,
als auch an dem Vaterstück
angeordnet sein.
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Die
Ausführungen
zu der Ausgestaltung des Rohdurchlassstutzens gelten analog auch
für die Ausgestaltung
des Reindurchlassstutzens, wobei die Dichtgeometrie des Reindurchlassstutzens
dem Dichtsatz des Rohdurchlassstutzens entspricht.
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Der
erfindungsgemäße Filtereinheitenstapel weist
mindestens zwei Filtereinheiten, wie sie im Vorangehenden beschrieben
sind, auf. Die Rahmen der einzelnen Filtereinheiten schließen dichtend
aneinander an, wodurch innerhalb der Rahmen ein Volumen gebildet
wird. Die Rohdurchlassstutzen der benachbarten Filtereinheiten stehen
derart miteinander in Kontakt, so dass ein Rohkanal gebildet wird.
Das Gleich gilt auch für
die Reindurchlassstutzen, wobei ein Reinkanal gebildet wird. Der
Rohkanal verfügt über Öffnungen,
welche mit der Anströmseite
des Filtermediums korrespondieren. Das zu reinigende Fluid strömt durch
die Öffnungen
hindurch zu dem Filtermedium. Der Reinkanal verfügt über Öffnungen, welche die Abströmseite des
Filtermediums mit dem Reinkanal verbinden. Somit kann das gereinigte
Fluid durch diese Öffnungen
hindurch treten und in den Reinkanal gelangen. Die Filtereinheiten
verfügen
auf der Anströmseite
der Filtermedien über
Stützstege. Die
Stützstege
der benachbarten Filtereinheiten berühren sich, wodurch sich die
Stützstege
der Filtereinheiten aneinander abstützen und so eine bessere Stabilität des Filtereinheitenstapels
erreicht wird. Bei diagonal angeordneten Stützstegen verlaufen die Stützstege
der benachbarten Filtereinheiten gekreuzt zu einander, wodurch sich
die Stützstege
nur an den Kreuzungspunkten berühren.
Da die Kreuzungspunkte über
die gesamte Fläche
verteilt sind ist eine hohe Stabilität erreicht. Weiterhin ist eine
Strömung des
gereinigten Fluids in Richtung des Reinkanals sicher gestellt.
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Der
Roh- bzw. Reindurchlassstutzen kann einstückig mit dem Rahmen ausgeführt sein.
Hierbei ist die Höhe
des Stutzens beliebig. Es ist jedoch sicher zu stellen, dass der
Rohdurchlassstutzen der ersten Filtereinheit den Rohdurchlassstutzen
der zweiten Filtereinheit kontaktiert. Hierzu kann der Rohdurchlassstutzen
auch durch ein zusätzliches Element
gebildet werden, welches lösbar
oder unlösbar
mit dem Rahmen verbunden ist. Beispielsweise kann ein zusätzliches
Element angeklebt, angeschweißt
oder angeschraubt sein, wobei eine dichtende Verbindung erzeugt
wird. Betreffend den Reindurchlassstutzen gelten die Ausführungen
zu dem Rohdurchlassstutzen analog.
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Die
erfindungsgemäße Filtervorrichtung dient
der Reinigung eines Fluids, welches mit Partikeln verunreinigt ist.
Derartige Fluide können
Gase oder Flüssigkeiten,
insbesondere Kühlschmiermittel wie
sie bei Spanabhebenden Bearbeitungsverfahren mit geringen Spangrößen verwendet
werden, sein. Geringe Spangrößen im Bereich
von ca. 1-10μm
können
z.B. beim Schleifen, Honen oder Läppen entstehen. Die Filtervorrichtung
verfügt über einen
Behälter mit
einem Rohfluid-Anschluß,
einem Reinfluid-Anschluß und
einem Konzentrat-Anschluß.
Aus den oben beschriebenen Filtereinheiten werden Filtereinheitenstapel
aus mindestens zwei Filtereinheiten zusammengefügt und in den Behälter der
Filtervorrichtung eingebracht. Der Filtereinheitenstapel ist mit den
Anschlüssen
des Behälters
verbunden, wodurch die zu reinigende Flüssigkeit durch den Rohfluid-Anschluß in den
Filtereinheitenstapel einströmen
kann. Das Reinfluid tritt durch den Reinfluid-Anschluß wieder
aus. Das nicht gereinigte, aufkonzentrierte Fluid, strömt durch
den Konzentrat-Anschluß wieder
aus der Filtervorrichtung heraus.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Filtervorrichtung ist der Filtereinheitenstapel
mit Zugankern, insbesondere mehr als 3, verspannt, wobei die Zuganker
einerseits in einer Verteilerplatte und andererseits in einer Spannplatte
fixiert sind. Somit können
die Filtereinheiten zu einem Filtereinheitenstapel verspannt werden.
Durch das Verspannen treten keine Leckageströme auf. Gleichzeitig können innerhalb
des Filtereinheitenstapel höhere
Drücke
wirken, um das Fluid durch das Filtermedium hindurch zu drücken, bzw.
um das Reinfluid aus dem Filtereinheitenstapel herauszusaugen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Reinigung eines Fluids wird mit einer oben beschriebenen Filtervorrichtung
betrieben. Das zu reinigende Fluid wird durch den Rohfluid-Anschluß in den
Filtereinheitenstapel eingeleitet. Durch die Rohdurchlassstutzen strömt das Fluid
auf die Rohseite, welche zwischen den Anströmseiten des Filtermediums angeordnet ist.
Das Fluid durchströmt
das Filtermedium und gelangt so auf die, zwischen den Abströmseiten
der Filtereinheiten angeordnete Reinseite. Das Reinfluid strömt durch
die Reindurchlassstutzen bis zum Reinfluid-Anschluß und verlässt dann
die Filtervorrichtung. Das Konzentrat durchströmt die Rohdurchlassstutzen
bis es durch den Konzentrat-Anschluß die Filtervorrichtung
verlässt.
Das Konzentrat kann über eine
Kreisleitung dem ungereinigten Fluid zugeführt werden, wobei eine zusätzliche
Filtervorrichtung vorhanden sein kann, wodurch das Konzentrat im
Kreislauf durch die Filtervorrichtung strömt. Alternativ hierzu kann
das Konzentrat auch solange im Kreislauf durch die Filtervorrichtung
zirkulieren, bis keine weitere Reinigung mehr möglich ist. Das stark verschmutze
Konzentrat wird dann entsorgt, bevor wieder ein neues Fluid zur
Reinigung in die Filtervorrichtung geleitet wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Reinigung eines Fluids
sind die Filtereinheiten durch einen Rückspülvorgang abreinigbar. Hierbei
wird der, sich auf der Anströmseite des
Filtermediums bildende, Filterkuchen abgesprengt und aus dem Filtereinheitenstapel
ausgetragen, wodurch die Kapazität
der Filtereinheiten erhöht wird.
Für den
Rückspülvorgang
kann ein Teil des Reinfluids oder ein anderes Spülfluid verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren
erläutert.
Hierbei zeigt:
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1 eine
Filtereinheit,
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2 gestapelte
Filtereinheiten im Schnitt,
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3 eine
Zwillingsfiltereinheit,
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4 einen
Schnitt durch die Zwillingsfiltereinheit gemäß Schnittlinie A-A,
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5 einen
Schnitt durch die Zwillingsfiltereinheit gemäß Schnittlinie B-B,
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6 gestapelte
Filtereinheiten entlang der Schnittlinie A-A,
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7 gestapelte
Filtereinheiten entlang der Schnittlinie B-B,
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8 eine
Filtereinheit,
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9 einen
Ausschnitt Z einer Filtereinheit gemäß 8,
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10 ein
Filtereinheitenmodul,
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11 eine
Filtrationsanlage,
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12 eine
Strömungsführung und
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13 eine
alternative Strömungsführung.
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In 1 ist
eine Filtereinheit 10 schematisch dargestellt. Die Filtereinheit 10 verfügt über einen Rahmen 11 mit
einem umlaufenden Außenkonturbereich 15 und
Stützstegen 12.
Die Stützstege 12 verlaufen
diagonal innerhalb des Außenkonturbereichs 15.
Die Stützstege 12 sind
zueinander beabstandet angeordnet, so dass für das zu reinigende Fluid eine möglichst
große
Durchströmungsfläche zur
Verfügung
steht und eine ausreichende Stabilität des Außenkonturbereichs 15 erzeugt
ist. Weiterhin verfügt der
Rahmen 11 über
einen Rohdurchlassstutzen 13 und einen Reindurchlassstutzen 14.
Innerhalb des Außenkonturbereichs 15 ist
ein Filtermedium 16 angeordnet. Das Filtermedium 15 ist
in den Außenkonturbereich 15 eingegossen.
Weiterhin ist das Filtermedium 16 mit den Stützstegen 12 und
dem Roh- bzw. Reindurchlassstutzen 13, 14 verbunden.
Innerhalb des Roh- bzw. Reindurchlassstutzens 13, 14 ist das
Filtermedium 16 ausgespart.
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In 2 sind
gestapelte Filtereinheiten 10 gemäß 1 im Schnitt
dargestellt. Der 1 entsprechende Bauteile sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Filtermedium 16 verfügt über eine
Anströmseite 17 und
eine Abströmseite 18.
Die Anströmseite 17 wird
mit dem zu reinigenden Fluid beaufschlagt und steht daher mit dem
Rohdurchlassstutzen 13 in Verbindung. Nach dem Durchtritt
des Fluids durch das Filtermedium 16 gelangt das Fluid von
der Abströmseite 18 zu
dem Reindurchlassstutzen 14. Die einzelnen Filtereinheiten 10 liegen
dichtend aneinander an. Hierbei sind die Filtereinheiten 10 derart
angeordnet, dass die Roh- bzw. Reindurchlassstutzen 13, 14 dichtend
aneinander anliegen, wobei sich die Anströmseiten 17 zweier benachbarter Filtereinheiten 10 bzw.
die Abströmseiten 18 der
benachbarten Filtereinheiten 10 gegenüberliegen. Die Filtereinheiten 10 bilden
einen Filtereinheitenstapel 19, welcher beliebig viele
Filtereinheiten 10 aufweisen kann. Der Filtereinheitenstapel 19 ist
mit einer Verteilerplatte 20 verschlossen. Diese Verteilerplatte 20 verfügt über einen
Konzentratauslass 21 und einen Reinfluidauslass 22.
Der Konzentratauslass 21 ist mit dem Rohdurchlassstutzen 13 kommunizierend verbunden,
wodurch das aufkonzentrierte Fluid aus dem Filtereinheitenstapel 19 entfernt
werden kann. Der Reinfluidanschluss 22 ist mit dem Reindurchlassstutzen 14 verbunden,
wodurch das Reinfluid aus dem Filtereinheitenstapel 19 heraus
strömen
kann. Der Verteilerplatte 20 gegenüberliegend ist eine Anschlußplatte 23 angeordnet,
welche über
einen Rohfluid-Einlass 24 verfügt. Der Rohfluid-Einlass 24 ist mit
dem Rohdurchlassstutzen 13 verbunden.
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Das
zu reinigende Fluid strömt
in Pfeilrichtung durch den Rohfluid-Einlass 24 in den Rohdurchlassstutzen 13 und
somit in den Filtereinheitenstapel 19 ein. Zwischen den
einander zugewandten Anströmseiten 17 des
Filtermediums 16 ist ein Rohraum 25 gebildet,
in welchen das zu reinigende Fluid einströmt. Durch die Rohdurchlassstutzen 13 verteilt sich
das zu reinigende Fluid in allen Rohräumen 25 des Filtereinheitenstapel 19.
Das Fluid trifft auf das Filtermedium 16, wobei das Reinfluid
durch das Filtermedium 16 in Pfeilrichtung durch das Filtermedium 16 hindurch
tritt und sich auf dem, zwischen den Abströmseiten 18 der Filtermedien 13 angeordneten Reinraum 26 sammelt
und entlang der Stützstege 12 zu
dem Reindurchlassstutzen 14 strömt. Das Reinfluid, welches
ca. 20 % des eingeleiteten Fluids beträgt, verlässt den Filtereinheitenstapel 19 durch
den Reinfluidauslass 22. Das aufkonzentrierte Fluid, welches ca.
80 % des eingeleiteten Fluids beträgt, strömt durch den Konzentratauslass 21 aus
dem Filtereinheitenstapel 19 aus.
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In 3 ist
eine Zwillingsfiltereinheit 10' dargestellt. Der 1 entsprechende
Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zwillingsfiltereinheit 10' verfügt über zwei
einzelne, durch Stege 27 verbundene Filtereinheiten 10.
Durch die Stege 27 sind die miteinander verbundenen Filtereinheiten 10 exakt
zueinander positioniert. Weiterhin kann mit einem einzigen Werkzeug
die doppelte Menge an Filtereinheiten 10 hergestellt werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Außenkonturbereiche 15 über zueinander
passende Stirnseiten verfügen,
welche bei der Montage exakt aufeinander passen. Die Geometrie der
Stirnseiten der Außenkonturbereiche 15 wird
anhand der 4 und 5 näher erläutert. Der
Außenkonturbereich 15 verläuft im Bereich
der Rohdurchlassstutzen 13 trichterförmig. Durch diese Ausgestaltung
wird eine Schmutzablagerung verhindert, welche sich in den schlechter durchströmten Eckbereichen
ergeben würde.
Im Bereich der Reindurchlassstutzen 14 ist keine Trichterform
des Außenkonturbereichs 15 erforderlich,
da in diesem Bereich keine große
Schmutzbelastung vorliegt.
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In 4 ist
ein Schnitt durch die Zwillingsfiltereinheit 10' gemäß Schnittlinie
A-A dargestellt. Der 3 entsprechende Bauteile sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Außenkonturbereich 15 verfügt über stirnseitige
Dichtungskonturen 28. Bei der oberen Filtereinheit 10' ist die Dichtungskontur 28 auf
der, den Stützstegen 12 zugewandten
Seite konvex ausgebildet. Bei der unteren Filtereinheit 10' ist die, den
Stützstegen 12 zugewandten
Seite konkav ausgebildet. Die gegenüberliegende Dichtungskontur 28,
welche an der, der Abströmseite 17 zugeordneten
Seite angeordnet ist, verfügt über eine
Negativkontur zu der, den Stützstegen 12 zugeordneten Dichtungskontur 28.
Somit ist einer Stirnseite mit einer konvexen Dichtungskontur 28 eine
konkav ausgebildete Dichtungskontur 28 gegenüberliegend
angeordnet. Die obere Filtereinheit 10' verfügt über die entgegen gerichtete
Dichtungskontur 28 zu der unteren Filtereinheit 10'. Somit können die
Zwillingsfiltereinheiten 10' wechselseitig
aufeinander gestapelt werden, wobei die Anströmseiten 17 bzw. Abströmseiten 18 einander
zugewandt sind. Somit ist eine einzige Werkzeugform ausreichend,
um identische Zwillingsfiltereinheiten 10' zu erzeugen, welche zu einem Filtereinheitenstapel 19 zusammengefügt werden
können.
Der Reindurchlassstutzen 14 ist derart ausgestaltet, dass
ein Stutzenbereich 29 vorgesehen ist, welcher über die
Höhe des
Rahmens 11 hinausragt. Weiterhin verfügt der Reindurchlassstutzen 14 über einen
Aufnahmebereich 30 in welchen der Stutzenbereich 29 der
benachbart angeordneten Filtereinheit 10 eingreift und
so eine Dichte Verbindung erzeugt (siehe 6).
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In 5 ist
ein Schnitt durch die Zwillingsfiltereinheit 10' gemäß Schnittlinie
B-B dargestellt. Der 3 und 4 entsprechende
Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Da die Dichtungskontur 28 auf
einer Stirnseite einheitlich verläuft, gelten die Ausführungen
zu der 4 auch für die 5.
Der Rohdurchlassstutzen 13 verfügt zur Abdichtung über ähnliche
Geometrien, wie der Rohdurchlassstutzen 14.
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In 6 sind
gestapelte Filtereinheiten 10 entlang der Schnittlinie
A-A dargestellt. Wie bereits unter 5 ausgeführt, greifen
die Stutzenbereiche 29 in die Aufnahmebereiche 30 ein
und erzeugen so einen Reinkanal 31, welcher dichtend von
dem Rohraum 25 getrennt ist. Der Reinraum 26,
ist durch Zwischenräume
zwischen den Stützstegen 12 gebildet und
mit dem Reinkanal 31 verbunden. Die Dichtungskonturen 28 des
Rahmens 11 greifen ineinander ein, wobei die konkaven bzw.
konvexen Bereiche derart ausgestaltet sind, dass zuerst die ebenen
Bereiche des Rahmens 11 aufeinander zu liegen kommen und die
gewölbten
Bereiche zunächst
nur als Zentrierung verwendet werden. Die hat den Vorteil, dass
die ebenen Bereiche zuerst dichtend aufeinander verpresst werden,
bevor die gewölbten
Bereiche sich flächig berühren. Somit
sind geringere Verpressungskräfte ausreichend.
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In 7 sind
gestapelte Filtereinheiten 10 entlang der Schnittlinie
B-B dargestellt. Der 5 entsprechende Bauteile sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Durch die gestapelten Filtereinheiten 10 bilden
die Rohdurchlassstutzen 13 den Rohkanal 32, welcher
mit dem Rohraum 25 verbunden ist. Der Reinraum 26 ist über das
Filtermedium 16 von dem Rohraum 25 getrennt.
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In 8 ist
eine Filtereinheit 10'' dargestellt. Der 3 entsprechende
Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Filtereinheit 10'' verfügt über einen Rahmen 11 mit
einem Außenkonturbereich 15,
an welchem stirnseitig Zentrierkonturen 33 angeordnet sind.
Die Zentrierkonturen 33 sind, wie in dem Ausschnitt Z gemäß 9 dargestellt,
als Bohrungen 34 und Zapfen 35 ausgebildet. Die
Bohrungen 34 und Zapfen 35 sind an der Stirnseite
verteilt angeordnet, wobei die Zapfen 35 in die Bohrungen 34 der
benachbarten Filtereinheit 10'' eingreifen und
die Filtereinheiten aufeinander positionieren. Die Anzahl und Verteilung
der Zentrierkonturen 33 ist abhängig von der Größe und Geometrie
der Filtereinheit 10''. Weiterhin
verfügt
die Filtereinheit 10'' über Stegstützen 36,
welche auf beiden Seiten des Filtermediums 16 angeordnet
sind. Dadurch ist das Filtermedium 16 auch auf der Anströmseite abgestützt, wodurch
die Filtereinheit 10'' rückgespült werden kann,
ohne das Filtermedium 16 zu sehr zu beanspruchen.
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In 10 ist
ein Filtereinheitenmodul 37 dargestellt. Das Filtereinheitenmodul 37 weist
vier Filtereinheitenstapel 19 auf, wobei ein Filtereinheitenstapel 19 nur
durch eine einzige Filtereinheit 10 angedeutet ist. Die
Filtereinheitenstapel 19 sind dichtend zwischen eine Verteilerplatte 38 und
Spannplatten 39 eingebracht. Die dichte Verspannung der
einzelnen Filtereinheiten 10 erfolgt mit Zugankern 40,
welche einerseits in der Verteilerplatte 38 und andererseits
in der Spannplatte 39 fixiert sind. Die Spannplatten 39 sind
für jeden
Filtereinheitenstapel 19 separat ausgeführt, so dass Toleranzen in
den Filtereinheiten 10 ausgeglichen werden können und
jeder Filtereinheitenstapel 19 für sich unter einer vorgegebenen
Vorspannkraft verspannt werden können.
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In 11 ist
eine Filtrationsanlage schematisch dargestellt. Die Filtrationsanlage
verfügt über einen
Behälter 41,
in welchem ein Filtereinheitenmodul 37 gemäß 10 mit
vier Filtereinheitenstapel 19 angeordnet ist. Das Filtereinheitenmodul 37 verfügt über einen
Rohzulauf 42, welcher mit einem Ventil 43 öffen- und
verschließbar
ist. Der Rohzulauf 42 ist mit dem Rohkanal 32 jedes
Filtereinheitenstapels 19 verbunden. Die Reinkanäle 31 der
Filtereinheitenstapel 19 sind mit einer Reinfluidleitung 44 verbunden,
wobei jeder Filtereinheitenstapel 19 mit einem gesonderten
Ventil 45 öffen-
und verschließbar
ist. Die Reinfluidleitung 44 mündet einerseits in einen Rückspülspeicher 46 und andererseits
in einen Reinbehälter 47,
wobei in der Reinbehälter 47 mit
einem Ventil 48 von der Reinfluidleitung 44 getrennt
werden kann.
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Der
Rohzulauf 42 ist mit einem Rohbehälter 49 verbunden,
wobei eine Pumpe 50 vorgesehen ist, um das zu reinigende
Fluid in das Filtereinheitenmodul 37 zu drücken. Weiterhin
ist der Rohzulauf 42 mit einer Konzentratleitung 51 verbunden,
welche in einen Beutel 52 mündet. Die Konzentratleitung 51 ist über ein
Ventil 53 öffen-
und verschließbar.
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Der
Behälter 41 verfügt über eine
Ablaufleitung 54, welche über ein Ventil 55 öffen- und
verschließbar
ist. Die Ablaufleitung 54 ist mit dem Rohbehälter 49 verbunden,
wodurch das in dem Behälter 41 aufgefangene
Fluid in den Rohbehälter 49 rückführbar ist.
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Das
zu reinigende Fluid befindet sich im Rohbehälter 49. Von dort
wird es bei geöffnetem
Ventil 43 über
den Rohzulauf 42 in das Filtereinheitenmodul 37 gepumpt.
In diesem Zustand ist das Ventil 51 geschlossen. Mindestens
eines der Ventile 45 ist geöffnet, so dass das Reinfluid
durch die Reinfluidleitung 44 aus dem Filtereinheitenmodul 37 austreten kann.
Das Reinfluid strömt
in den Rückspülspeicher 46 bzw.
bei geöffnetem
Ventil 48 in den Reinbehälter 47, von wo aus
es seiner weiteren Nutzung zugeführt wird.
Wenn einer oder mehrere der Filtereinheitenstapel 19 verschmutzt
ist/sind, wird das Ventil 48 geschlossen und das jeweilige
Ventil 45 geöffnet,
damit eine Rückspülung des
Filtereinheitenstapels 19 erfolgen kann. Hierbei wird dann
auch das Ventil 43 geschlossen und das Ventil in der Konzentratleitung 51 geöffnet. Das
verschmutzte Rückspülfluid wird
in dem Beutel 52 gesammelt. Wenn das in dem Filtereinheitenmodul 37 enthaltene
Fluid nicht mehr weiter gereinigt werden kann, so wird das Fluid über die Konzentratleitung 51 aus
dem Filtereinheitenmodul 37 entfernt. Wenn der Beutel 52 voll
ist, wird er ausgetauscht oder entleert. Das Konzentrat wird dann entsorgt.
Da die Filtereinheiten 10 (gemäß den vorab beschriebenen Figuren)
nur aufeinander verpresst sind, können geringe Leckagen auftreten.
Diese werden dann in dem Behälter 41 gesammelt
und über
die Ablaufleitung 54 aus dem Behälter 41 entfernt.
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Durch
die Ventile 45 können
die Filtereinheitenstapel 19 selektiv durchströmt und rückgespült werden.
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In 12 ist
anhand eines in Explosionsdarstellung gezeigten Filtereinheitenmodul 37 eine
Strömungsführung schematisch
dargestellt. Der Rohfluid-Einlass 24 ist in der Spannplatte 39 angeordnet. Der
Reinfluidauslass 22 und der Konzentratauslass 21 sind
in der Verteilterplatte 38 angeordnet. Die Filtereinheiten 10 sind
schematisch dargestellt und entsprechen den, in den vorangehenden
Figuren beschriebenen Filtereinheiten 10. Das zu reinigende Fluid
strömt
durch den Rohfluid-Einlass 24 in das Filtereinheitenmodul 37 ein
(dicker Pfeil). Zwischen der Spannplatte 39 und der ersten
Filtereinheit 10 strömt das
Fluid nach unten zu dem Rohdurchlassstutzen 13. Im Bereich
des Filtermediums 16 tritt bereits gereinigtes Fluid hindurch
und strömt
durch den Reindurchlassstutzen 14 in der zweiten Filtereinheit 10 in Richtung
Reinfluidauslass 22 (dünner
Pfeil). Das eingeleitete Rohfluid strömt durch den Rohdurchlassstutzen 13 in
den nächsten
Rohraum (dicker Pfeil). Die Durchströmung der einzelnen Rohräume erfolgt, bis
das Fluid als Konzentrat durch den Konzentratauslass 21 aus
dem Filtereinheitenmodul 37 austritt. Somit wird der Konzentratstrom über alle
Filtereinheiten 10 geführt.
Das Reinfluid strömt
(entlang der dünnen
Pfeile) durch die Reinräume
zu den Reindurchlassstutzen 14 und tritt dann aus dem Filtereinheitenmodul 37 aus.
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In 13 ist
eine Alternative zu der in 12 dargestellten
Strömungsführung dargestellt. Der 12 entsprechende
Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen dargestellt. Der Unterschied
zu der in 12 beschriebenen Strömungsführung besteht darin,
dass jede Filtereinheit 10 über zwei Rohdurchlassstutzen 13 verfügt. Somit
muss der Konzentratstrom nicht mehr über alle Filtereinheiten 10 geführt werden,
was insbesondere bei der Rückspülung der Filtereinheiten
vorteilhaft ist.