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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Filtereinsätze für Wasser
oder Getränke,
welche in Wasser-, Eiswasser-, Soda-Pop-Maschinen oder anderen Getränke-Ausschankgeräten genutzt
werden. Im Speziellen stellt die Erfindung eine Filterbaugruppe
für das
Zusammenwirken mit einem Filterkopf/Verteiler dar, welche einen
Filtereinsatz mit im Wesentlichen wiederverwertbaren (rezyklierbaren)
Komponenten umfasst. Noch spezieller bezieht sich die Erfindung
auf eine Filterbaugruppe, welche ermöglicht, alle oder im Wesentlichen
alle Oberflächen,
die mit Flüssigkeit
in Berührung
kommen, periodisch zu entfernen und wiederzuverwerten, wodurch das
Risiko einer Kontamination bei Langzeiteinsätzen der Oberflächen reduziert
wird. Der Filtereinsatz ist im Wesentlichen nicht unter Druck stehend,
mit Ausnahme des Halses des Filtereinsatzes, der ihn zusammen mit
dem Kopf/Verteiler verlängert
und einen Flüssigkeitsverschluss formt.
Im Wesentlichen umgibt den Filtereinsatz ein Druckbehälter, um
die Wände
des Filtereinsatzes zu halten und unter Flüssigkeitsdruck zu stützen, der Druckbehälter dichtet
aber den Filtereinsatz oder den Filterkopf/Verteiler nicht notwendigerweise
gegen die Flüssigkeit
ab.
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Stand der
Technik
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Viele
Systeme zur Filtration von Wasser oder von anderen Flüssigkeiten
beinhalten einen Filter, der mit einem „Filterkopf" zusammenwirkt, wobei
der Begriff hierbei einen Flüssigkeitsverteiler,
einen Ventilkopf oder andere Verbindungsvorrichtungen umfasst, die
die Flüssigkeiten
zu und vom Filter führen. Der
Filter verschliesst typischerweise zu einer inneren Oberfläche des
Filterkopfs, sodass die Flüssigkeit
in den Filterkopf eindringt, durch den Filter und dann durch einen
Auslassdurchgang in den Filterkopf fliesst. In den Vereinigten Staaten
von Amerika und in Kanada beinhalten und widerstehen Wasserfilter
typischerweise einem Druck von etwa 3'450 MPa (500 psi) ohne Bruch. In den
Vereinigten Staaten von Amerika arbeiten Wassersysteme typischerweise
in einem Bereich von 276 – 862
MPa (40 – 125
psi), und die NSF ("National
Sanitation Foundation")
erwartet typischerweise Werte für
einen Wasserfilter, die dem Vierfachen des erreichbaren maximalen
Arbeitsdrucks, oder typischerweise 3'450 MPa (500 psi), widerstehen. In Kanada
gelten Sicherheitsfaktoren, bei denen Wasserfilter etwa 3'500 MPa (508 psi)
während
einer Minute widerstehen.
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Bei
einem grundsätzlichen
Filtersystemtyp ist ein Einweg-Druckbehälter direkt mit einem Filterkopf
verbunden. Ist bei einem solchen System ein Filtermedium im Inneren
eines Druckbehälters
verbraucht, muss der vollständige
Druckbehälter
weggeworfen werden, inklusive der darin enthaltenen Medien. Einweg-Druckbehälter sind
nicht einfach widerverwertbar, weil die Druckbehälter nicht auf einfachem Wege
auseinander zu nehmen sind. Die Aussenwände der Einweg-Druckbehälter sind
vollständig druckfest,
was darin begründet
ist, dass sie in einem bestimmten System einem Flüssigkeitsdruck
mit grossen Sicherheitsmargen sicher widerstehen müssen. Weil
verfügbare
Druckbehälter
aus Plastik und anderen teuren Materialen wie Aluminium bestehen, sind
sie teuer zu ersetzen. Der Gebrauch von verfügbaren Druckbehältern ist
deshalb mit Blick auf die Filterkosten und die Umwelteinwirkungen
teuer.
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In
alternativen Filtersystemen kann das Innere eines druckfesten Gehäuses mit
einem Einweg-Filtereinsatz versehen sein, die den Filterkopf verbindet.
In solchen Systemen wird typischerweise mittels O-Ringen oder anderen
Dichtungen und Oberflächen,
die die zu filternde Flüssigkeit
kontaktieren, zum Kopf abgedichtet. Ist das Medium eines Filtereinsatzes
verbraucht, wird der Filtereinsatz typischerweise weggeworfen und
durch einen anderen Einsatz ersetzt. Konventionelle Filtereinsätze haben wenige
wiederverwertbare Komponenten, und die wenigen wiederverwertbaren
Komponenten eines Einsatzes wie Granulatkarbon im Inneren des Einsatzes
sind nicht herausnehmbar oder einer Person einfach zugänglich,
die es möglicherweise
wiederverwerten möchte.
Während
der Filtereinsatz herausgenommen und weggeworfen wird, wird die
dickwandige Druckwand erneut genutzt. Während des Gebrauchs kommen
Teile des Druckbehälters
in Kontakt mit der zu filternden Flüssigkeit, weshalb der Druckbehälter mit
Bakterien oder anderen ungesunden Substanzen kontaminiert werden
kann. Weil der Druckbehälter
kontinuierlich wiederverwendet wird, verbleiben die kontaminierten
Teile in Gebrauch und können
das Kontaminationsproblem in das Filtersystem und an die das Filtersystem
durchfliessende Flüssigkeit
weitergeben.
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Aus
diesen Gründen
besteht das Bedürfnis für einen
verbesserten Filtereinsatz, welcher substantiell wiederverwertbar
ist und welcher dadurch die Ressourcen schont und die durch den
Filtereinsatz verursachten Umwelteinwirkungen reduziert. Folglich
besteht ein Bedürfnis
für einen ökonomischeren
und effizienteren Filtereinsatz, der so gestaltet ist, dass bei
jedem Wechsel des Filtereinsatzes zwecks Wiederverwertung auch jene
Oberflächen
ersetzt werden, die das grösste
Risiko aufweisen, kontaminiert zu werden. Die Filterbaugruppe der
vorliegenden Erfindung erfüllt
diese Bedürfnisse.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst eine Filterbaugruppe mit dem Merkmal
eines im Wesentlichen wiederverwertbaren Filtereinsatzes. Der bevorzugte
Einsatz enthält
alle wesentlichen Komponenten, welche wiederverwertbar sind: Einen
Einsatzkörper,
eine Einsatzkappe, Medien, Medienhalter und Dämmunterlagen ("containment pads"), sowie einen zentralen
Schaft ("stem") beziehungsweise
ein zentrales Rohr. Bevorzugt, aber nicht ausschliesslich, weist
der Einsatz einen erfindungsgemässen
Verriegelungsmechanismus auf, der das Auseinandernehmen der Komponenten
eines Filtereinsatzes so ermöglicht,
dass die Komponenten getrennt und dem entsprechenden Wiederverwertungsprozess
zugeführt
werden können.
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Die
erfindungsgemässe
Filterbaugruppe beinhaltet einen druckfesten „Druckbehälter", der den Filtereinsatz im Wesentlichen
umschliesst, mit Ausnahme des hervorstehenden Halses des Filtereinsatzes.
Der Druckbehälter
kommt in engen Kontakt mit dem Filtereinsatz, um den nicht-druckfesten
Filtereinsatz sicher zu stützen
und zu verstärken,
verschliesst den Einsatz aber nicht. Der Hals des Filtereinsatzes ist
druckfest und steht vom Druckkörper
hervor, um den Filterkopf direkt flüssigkeitsdicht zu verschliessen,
sodass die vollständige äussere Oberfläche des Filtereinsatzes
trocken ist, weil kein Kontakt mit der Flüssigkeit während der Filtration entsteht,
und der vollständige,
nach aussen gerichtet Flüssigkeitsdruck
relativ zum Atmosphärendruck
gegen die inneren Wände
des Filtereinsatzes gerichtet ist. Dieser Flüssigkeitsdruck ist im Inneren
des Halses des Filtereinsatzes ohne Verstärkung gehalten, während der Flüssigkeitsdruck
im Filter-Einsatzkörper
auf Grund des die Wand des Einsatzkörpers umschliessenden und verstärkenden
Druckbehälters
gehalten ist. Dies ist bevorzugt vervollständigt mit einem dünnwandigen
Filter-Einsatzkörper
und mit einer Halswand, die signifikant stärker ist als jene des Einsatzkörpers, wodurch
sich exzellente Druckeigenschaften und NSF-Sicherheitsfaktoren bei
einer stark reduzierten Gesamtmenge an nach Gebrauch wiederverwertbarem
Plastik ergibt.
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Ziele
der vorliegenden Erfindung beinhalten darum die Bereitstellung eines
wiederverwertbaren Filtereinsatzes zur Wasser- und Getränkefiltration,
inklusive Filtration, Aufbereitung oder andere Prozesse. Ein Ziel
ist die Bereitstellung von wiederverwertbaren Filtereinsätzen, die
die Umwelteinwirkungen durch den Gebrauch von Plastik und anderen
Materialien in Filtereinsätzen
stark reduzieren, sowie das einfache Auseinandernehmen zwecks Trennung
der verschiedenen Komponenten für
ein sauberes Wiederverwerten. Ein weiteres Ziel ist das Schaffen
eines widerverwertbaren Filtereinsatzes bei gleichzeitiger Minimierung
der Totalmenge an Plastik, welche im Wiederverwertungsprozess gehandhabt
werden muss. Diese Minimierung der Totalmenge an wiederverwertbarem
Plastik wird bevorzugt erreicht durch die Bereitstellung eines Filtereinsatzes
mit einer dünnen äusseren
Wand ohne den vergleichsweise schmalen, druckfesten Hals. Ein anderes
Ziel ist die Bereitstellung eines Filtereinsatz-Systems, welches alle
oder im Wesentlichen alle Oberflächen,
die Flüssigkeit
berühren,
nach der Herausnahme und Trennung des Filterkopfs und nach der Retournierung
des alten Filterkopfs vom System entfernen, wenn der Filtereinsatz
der Wiederverwertung zugeführt
wird. Aus diesem Grunde berühren
vielmehr die Oberflächen der
Filtereinsätze
als jene der Druckbehälter
Flüssigkeit,
und werden jedes Mal ersetzt, wenn der Filtereinsatz ersetzt wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht auf eine bevorzugte Ausführung der
erfindungsgemässen
Filterbaugruppe.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf die Filterbaugruppe von 1.
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3 zeigt
eine Ansicht im Querschnitt der Filterbaugruppen der 1 und 2 mit
einer aufgesetzten Schmutzkappe, geschnitten entlang der Linie 3-3
von 2.
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4 zeigt
ein vergrössertes
Detail des oberen Endes der Filterbaugruppe im Querschnitt, welche
in 3 am oberen Ende eingekreist ist.
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5 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht des Druckbehälters, welcher
einen Druckkörper
und einen Druckverschluss der Filterbaugruppe der 1 – 4 umfasst.
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6 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht des Filtermaterials, des
Medienhalters und der Filtermatten der 1 – 4.
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7 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht des zentralen Schafts, eine
optionale Muffe zur Flüssigkeits-Überbrückung sowie
O-Ringe der Einsätze
der 1 – 4.
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8 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht des Filterkörpers, des
Filterverschlusses inklusive einem Einlassrohr als Teil der Kappe,
einen Verschlussteil und eine Schmutzkappe aus den Ausführungen
der 1 – 4.
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9 zeigt
eine vergrösserte
perspektivische Ansicht auf die Aussenseite einer Ausführung einer
Einsatzkappe, eingefügt
in eine Kappe eines Druckbehälters,
die im Einklang mit der Erfindung einen vorstehenden Hals durch
und über
eine Öffnung einer
Kappe eines Druckbehälters
aufweist.
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10 zeigt
eine perspektivische Ansicht auf die Kappe eines Druckbehälters der
Ausführungsform
von 9.
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11 zeigt
eine perspektivische Ansicht auf die Kappe eines Filtereinsatzes
von 9, separiert von der Kappe des Druckbehälters dargestellt.
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12 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht auf ein Einsatzgehäuse und
eine Einsatzkappe der 3 und 8, separiert
dargestellt, um eine Ausführungsform
mit einem Aufsatz und einer Aussparung zu illustrieren, welche Gehäuse und Kappe
durch Einschnappen verbindet.
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13 zeigt
eine perspektivische Ansicht auf das obere Ende eines Filtereinsatzes
der 3, 8 und 12, wobei
die Einsatzkappe in das Einsatzgehäuse eingeschnappt illustriert
ist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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In
Bezug auf die Abbildungen ist eine, aber nicht die einzige, Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Filterbaugruppe 20 dargestellt, welche einen Filtereinsatz 30 im
Inneren eines Druckbehälters 22 zeigt.
Die erfindungsgemässe
Baugruppe 20 beinhaltet einen Druckbehälter 22, welcher im
Wesentlichen als äussere
Oberfläche
der Baugruppe 20 sichtbar ist, und welcher eine Öffnung 24 aufweist,
durch welche der Hals 44 des Filtereinsatzes 30 hinausragt, um
einen Filterkopf direkt zu verschliessen. Die erfindungsgemässe Baugruppe 20 kann
gegenüber
dem Filterkopf angepasst auf mehrere, unterschiedliche Wege gesichert
werden, zum Beispiel mit dem bevorzugten Bajonettverschluss 32 auf
dem Druckverschluss 46, einem Gewindebolzen oder anderen
Verbindungsmitteln. Bevorzugt verbindet der erfindungsgemässe Druckbehälter den
Filterkopf mechanisch, wobei solche Verbindungsmittel gegenüber dem
Filterkopf nicht flüssigkeitsabdichtend
sind. Die Filterbaugruppe 20 der Erfindung wirkt mit verschiedenen Filterköpfen zusammen,
indem Verbindungsmittel und Grösse
und Form des Halses 44, welcher bevorzugt Einlass- und
Auslassdurchgänge 38, 134 aufweist,
entsprechend angepasst sind. Die in den Zeichnungen dargestellte,
bevorzugte Ausführungsform
der Filterbaugruppe 20 kann mit einem Filterkopf zusammenwirken
wie mit jenem Typ, der in den Systemen der US-Patente Nr. 4'857'189 und Design 356'625 illustriert ist,
und, ist die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einmal gesehen,
ist ein Fachmann in der Lage, einen Filterkopf so zu konstruieren,
dass er mit dem erfindungsgemässen
Filtereinsatz 30 operativ verbunden werden kann. Die Einsätze, konventionell
für solche
Systeme gebaut, wie in den US-Patenten Nr. 4'857'189
und Design 356'625 gezeigt,
sind vom Typ wie im Stand der Technik beschrieben als nicht wiederverwertbare
Filter mit einer gänzlich
druckfesten äusseren
Wand ausgeführt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
fliesst Flüssigkeit
via Filterkopf in den zentralen, axialen Durchlass 134,
in den Filtereinsatz 30 via Einlaufende 33 des
Einlaufrohrteils 34, aus dem Boden des zentralen, axialen
Durchlasses 134, hinauf durch die Filtermedien 36 (welche
ein Medium oder mehrere Medien, Leerräume, Pfade, Halterungen etc.
aufweisen können)
hindurch, und aus dem Filtereinsatz 30 hinaus durch einen
konzentrischen, kreisförmigen Durchlass 38 um
den Einlaufrohrteil 34 herum. In der bevorzugten Ausführungsform,
besonders vorteilhaft in 3 dargestellt, sind drei verschiedene
Medien 136, 137, 138 in Serie angeordnet,
wobei auch weitere Anordnungen genutzt werden. Der Filtereinsatz 30 beinhaltet
optional ein System zur Flüssigkeitsüberbrückung ("bypass") 35, um
etwas Flüssigkeit
zu ermöglichen,
dem Einlaufrohrteil 34 entlang ein Stück weit hinunterzufliessen
und den zentralen, axialen Durchlass 134 zu verlassen,
um beispielsweise direkt die oberste Medienschicht 138,
anstatt alle drei Medienschichten 136, 137, 138,
zu durchströmen. Das
System zur Flüssigkeitsüberbrückung 35 kann ein
oder mehrere Löcher
mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen, um einer bestimmten Menge
Flüssigkeit
zu ermöglichen,
das unterste Medium, oder andere Systeme, zu umgehen. Die Ausgestaltung
des Systems zur Flüssigkeitsüberbrückung 35 ist
optional und nicht notwendig, um die erfindungsgemässe Vorrichtung
oder die erfindungsgemässen
Filtrationsmethoden auszuführen.
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Der
Filtereinsatz 30 erstreckt sich durch eine zentrale, kreisförmige Öffnung 24 hoch,
in einen Druckverschluss 46 hinein und verschliesst den
Filterkopf (nicht dargestellt) an zwei Stellen, einem O-Ring 42' (dargestellt
in den 3 und 8 der Nut 42) und einem
O-Ring 52' mit
kleinem Durchmesser (dargestellt in den 3 und 8 der
Nut 52). Auf diese Weise stützt und hält der Hals zugleich und dichtet
den Filtereinsatz 30 gegenüber dem Kopf mittels konzentrischem,
kreisförmigem
Einlass- und Auslasssystem des Filtereinsatzes 30 genügend ab. In
dieser bevorzugten Ausführungsform
ist somit der Einlass zum Filtereinsatz 30 an der Verschlussstelle 52 und
der Auslass des Filtereinsatzes 30 zwischen den O-Ringen 42' und 52' abgedichtet.
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Der
Druckbehälter 22 beinhaltet
einen Druckkörper 54,
welcher im Allgemeinen zylindrisch mit einem geschlossenen und einem
offenen Ende ausgeformt ist, sowie einem Druckverschluss 46,
der den Druckkörper 54 quer
durch das offene Ende verbindet. Die Verbindung kann, wie in den
Zeichnungen dargestellt, eine Gewindeverbindung sein, kann aber auch
anders ausgestaltet sein. Der Druckkörper 54 weist bevorzugt
axiale Rippen 56 zur Verstärkung des Körpers 54 auf. Der
Druckverschluss 46 hat oben eine kreisförmige Öffnung 24, mittig
entlang der zentralen Längsachse
des Druckbehälters 22,
um den hervorstehenden Hals 44 aufzunehmen und so zu verlängern, dass
ein Filtereinsatz 30 einen Kopf adäquat mit den Verschlussstellen 42, 52,
genügend hoch über dem
Druckverschluss 46, verbindet.
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Im
Inneren des Innenraums des erfindungsgemässen Druckbehälters 22 ist
der erfindungsgemässe
Filtereinsatz 30 platziert. Der Einsatz 30 umfasst
einen Einsatzkörper 64 und
eine Einsatzkappe 66, die bevorzugt durch einen Schnappverschluss 68,
aber auch durch andere Hilfsmittel, verbunden sind. Die Verbindung
des Einsatzkörpers 64 und
der Einsatzkappe 66 beinhaltet vorzugsweise einen O-Ring 8 oder
andere, Flüssigkeit
abdichtende Mechanismen, die verhindern, dass Flüssigkeit zwischen Einsatzkörper 64 und
Einsatzkappe 66 austreten kann.
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Der
Einsatzkörper 64 ist
im Allgemeinen zylindrisch, mit einem geschlossenen Boden und einem offenen
oberen Ende gegenüber,
welches die Einsatzkappe 66 verlängert. Die Einsatzkappe 66 umfasst
radial nach aussen vorstehende Aufsätze ("tabs") 65,
welche in regelmässigen
Abständen
entlang des Umfangs in der Bodenregion der Einsatzkappe 66 angeordnet
sind. Die Aufsätze 65 rasten
in regelmässig
entlang des Umfangs in der Nähe
des oberen Endes des Einsatzkörpers 54 angeordneten Aussparungen 67 ein,
um Körper 54 und
Kappe 66, nachdem die Einsatzeinbauten und Medien installiert sind.
Das obere Ende der Einsatzkappe 66 beinhaltet einen zylindrischen
Hals 44 mit etwa dem halben Durchmesser des grössten Durchmessers
der Kappe 66 und mit einer Anpassung an der äusseren
Oberfläche,
um einen O-Ring 42' am
Kreisumfang der Nut zu halten.
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Die
bevorzugten Einsatzeinbauten und Medien beinhalten einen oder mehrere
Filter oder Aufbereitungsmedien 36, eine oberste Filzunterlage 82 als
Medium, einen Medienabscheider 182, eine Abscheide-Filzmatte 282,
ein zentrales Rohr ("stem") 84, ein
Einlaufrohrende 34, welches mit dem Rohr 84 verbunden
ist und ein Einlaufende 33 aufweist, sowie O-Ringe 42', 52', ein Überbrückungsrohr 37,
einen O-Ring 108, welcher das Überbrückungsrohr 37 zum Einlaufrohrteil 34 abdichtet,
und, falls das Überbrückungssystem 35 enthalten
ist, einen O-Ring 108', welcher
das Überbrückungsrohr 37 zum
Rohr 84 abdichtet, sowie einen O-Ring 109. Wenn das Überbrückungssystem 35 nicht
enthalten ist, kann das Rohrteil 34 angepasst sein, um
das Rohr 84 abzudichten. Das zentrale Rohr 84 liegt
auf radial ausgeformten Rippen ("ribs") 86 auf
einer innseitigen Bodenwand des Einsatzkörpers 64. Die Rippen 86 bewirken,
dass die Flüssigkeit
entlang eines Weges ("path") von der inneren
Seite des Rohres 84 in die Medien 36 fliesst. Das
Rohr 84 führt
("upends") von den Rippen 86,
verlängert
durch den Innenraum und durch die Matten ("pads"),
den Medienabscheider 182 und die Medien 36 hindurch,
um mit dem Einlaufende 33 abzuschliessen. Das Medium 36 besteht
aus beliebigen Medien oder Medienkombinationen, die die Flüssigkeit
beziehungsweise das Getränke
in der gewünschten
Weise aufbereiten, filtrieren oder konditionieren. Medien 36 sind
bevorzugt körnige
Aktivkohle ("granular
activated carbon")
und Granulat zum Ionenaustausch ("ion exchange resin"), und eine solche Medienauswahl kann
von einem Fachmann bei der Auswahl der Halterungen und den darunter,
dazwischen und darüber
liegenden Matten beziehungsweise den verschiedenen Medien berücksichtigt
werden.
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Inwendig
und koaxial zum Einlaufrohrteil 34 ist ein optionales,
aufsteckbares Überbrückungsrohr (beziehungsweise
Hülse) 37 mit
einem unteren Teil 37',
welches das Rohr 84 verbindet und optional Löcher, O-Ringe
oder andere Anordnungen ("structure") aufweisen kann,
um ein Flüssigkeitsüberbrückungssystem 35 vorzusehen.
Die Anordnung 133, gezeigt am oberen Ende des Überbrückungsrohrs 37 in
den 12 und 13, kann
mit der Schmutzkappe C, gezeigt in den 3, 4 und 8,
zusammenwirken. Die Schmutzkappe C kann genutzt werden, um Einlass
und Auslass des Einsatzes 30 sauber zu halten, und, optional,
um mit der Struktur 133 Justierungen des Überbrückungsrohrs 37 zu
ermöglichen.
Wie zuvor beschrieben, ist das Flüssigkeitsüberbrückungssystem 35 optional
und kann geschlossen, blockiert oder entfernt ("eliminated") sein.
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Aus
einem die Flüssigkeitsströmung betreffenden
Blickwinkel dringt die Flüssigkeit
in das Einlaufende 33 ein (und durch das Innere des Überbrückungsrohrs 37 hindurch),
fliesst im Rohr 84 hinunter und aus den radialen Rippen 86 in
den Boden des Einsatzkörpers 64 zu
den Medien 136. Wie bereits erwähnt kann ein Flüssigkeitsüberbrückungssystem 35 optional
eingebaut ("incorporated") sein, um einem
Teil der Flüssigkeit
zu ermöglichen,
nur durch einen Teil der Medienzonen zu fliessen. Von den Medien 136 fliesst
die Flüssigkeit
im Allgemeinen axial aufwärts
durch die anderen Medien 36, Halter und Matten, durch Öffnungen
in das Einlassrohr und in den ringförmigen Raum 38 zwischen
der inneren Oberfläche
der Einsatzkappe 66 und der äusseren Oberfläche des
Einlaufendes 33. Der ringförmige Raum 38 kann
Rippen 72 aufweisen, die axial im ringförmigen Raum 38 verlaufen
und das Einlassende 33 relativ zur Einsatzkappe 66 verstärken.
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Wie
in 3 gezeigt, liegt der Filtereinsatz 30 im
Inneren des Druckbehälters 22 eng
an ("fits closley"), und der Druckbehälter 22 wirkt
im Wesentlichen als verstärkendes
Gehäuse
um den gesamten Einsatz 30 herum. Im Unterschied zu vielen
konventionellen Filtereinsätzen
weist der Einsatz 30 einen besonderen Hals 44 auf,
der die vorliegende Erfindung am oberen Ende aus dem Druckbehälter 22 hinaus
verlängert
und direkt zum Filterkopf verschliesst. Der Druckbehälter 22 und
der Filtereinsatz 30 benötigen deshalb keinen Flüssigkeitsverschluss zueinander,
dennoch sieht der Erfinder adäquate Ausführungsformen
vor, welche zwischen Filtereinsatz 30 und Druckbehälter 22 abdichten.
In der bevorzugten Ausführungsform
fliesst/erreicht keine Flüssigkeit
im/den Bereich zwischen Verschluss des Druckbehälters (Druckverschluss) 46 und
Einsatzkappe 66, das heisst, an den üblichen Stellen L, an denen
sich die beiden Verschlüsse 46, 66 berühren oder
sich oder der Öffnung 24 nahe
kommen, ist keine Abdichtung notwendig. Folglich benötigt der
Einsatzkörper 64 Dichtung
gegenüber
der inneren Oberfläche
des Druckkörpers 54,
muss aber nahe benachbart sein.
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Die
verschiedenen Komponenten des Einsatzes 30 sind bevorzugt
wiederverwertbar. Im Speziellen bestehen Einsatzkörper 64,
Kappe 66, Rohr 84 und Distanzstück 86 bevorzugt
aus wiederverwertbarem Polyethylen oder Polypropylen Die verschiedenen
Medien 36 bestehen bevorzugt aus wiederverwertbarem Karbon
("carbon"), Granulat oder anderem
Material. Die inneren Matten und Medienhalter bestehen bevorzugt
aus wiederverwertbarem Material wie Polyurethan oder Polypropylen.
Die O-Ringe sind vorzugsweise die einzigen, nicht wiedervenivertbaren
Komponenten, sie sind aber klein und können einfach entfernt und entsorgt
werden, um eine allfällige
Kontamination mit irgendwelchen Bakterien oder Erregern zu vermeiden,
welche sich möglicherweise
an ihnen oder an der O-Ring-Schmierung befinden.
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Die
absolute Wanddicke des Halses 44 ist wichtig, um die geforderten
Sicherheitsauflagen bezüglich
des Wasserdrucks eines Systems, an das der Filtereinsatz 30 und
die Filterbaugruppe 20 im Allgemeinen angeschlossen ist,
zu erfüllen.
Um beispielsweise einem Testdruck von 3,45 MPa (500 psi) zu widerstehen,
ist eine Polypropylen-Wand T des Halses 44 bevorzugt grösser oder
gleich 3,18 mm (0,125 Zoll) dick, während die Körperwand des Filtereinsatzes 30 ("filter cartridge
body wall") bevorzugt
nur etwa 1,52 mm (0,060 Zoll) dick ist und typischerweise in einem
Bereich von 1,27 – 1,78
mm (0,050 – 0,070 Zoll)
liegt. Aus diesem Grunde entspricht die Körperwand nur etwa der Hälfte der
Dicke des Halses 44. Andere Wandstärken in Abhängigkeit zu den verwendeten
Materialien können
die Druckerfordernisse ebenfalls erfüllen. Der Hals 44 ist
bevorzugt über
die gesamte Länge
dickwandig ausgeführt,
das heisst vom oberen Teil 144 des Halses 44,
durch die Öffnungen 24 hindurch,
bis hinunter in Bodenbereich 244 des Halses 44,
der unwesentlich in den Druckbehälter 22 hineinragt,
und den Hals 44 vor einem Bersten im Bereich der Öffnung 24 schützt. Beim
Einlaufrohrteil 34, welches ebenfalls koaxial mit der Wand
des Halses 44 aus dem Druckbehälter 22 führt, ist
kein Dickenvergleich zur Wand des Halses 44 nötig, weil das
Einlassrohr im Unterschied zur Wand des Halses 44 keinem
grösseren
Differenzdruck standhalten muss. Die Wand des Halses 44 widersteht
der vollen Druckdifferenz zwischen dem Wasser im Hals 44 und dem äusseren
Atmosphärendruck,
während
das Einlassrohr sowohl Wasser innseitig (Einlasswasser) und aussenseitig
(Auslasswasser) hat und die Druckdifferenz zwischen den beiden Wasserströmen nur dem
Druckabfall durch den Filtereinsatz 30 entspricht.
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Aus
diesen Gründen
kann man den bevorzugten, erfindungsgemässen Filtereinsatz 30 beschreiben,
indem er eine Aussenwand mit einem hochfesten und einem schwachen
Teil aufweist. In der bevorzugten Ausführungsform entspricht die Aussenwand
der gesamten äusseren
Wand des Filtereinsatzes 30, inklusive Körper 64 und
Kappe 66. Der hochfeste Teil ist definiert als so angepasst,
dass er einem Druck widerstehen kann, der grösser ist als 3,28 MPa (457psi)
und bevorzugt als Hals 44 ausgeformt ist, der ein Ende
des Filtereinsatzes 30 verlängert. Der schwache Teil ist
definiert als so angepasst, dass er nur einem minimalen Druck widerstehen muss,
beispielsweise weniger als 68,9 kPa (10 psi), und bevorzugt der
gesamten äusseren
Wand des Einsatzfilters mit Ausnahme des Halses 44, wie
zuvor beschrieben, entspricht. Ferner steht der Ausdruck "druckfest" ("pressure bearing") in der vorliegenden Beschreibung
und den Patentansprüchen
dafür,
dass dem Flüssigkeitsdruck
eines bestimmten Prozesses ohne signifikante Verstärkungen
widerstanden wird. Der Ausdruck "nicht-druckfest" ("non-pressure bearing") sagt aus, dass
ein Teil oder Anteil einer Struktur, wird sie einem signifikanten
Druck ausgesetzt, nicht in der Lage ist, diesem Druck zu widerstehen, das
heisst, wenn der Druck keinen vernachlässigbaren Wert mehr hat, speziell,
wenn er mehr als 68,9 kPa (10 psi) aufweist.
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Man
kann der Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen, dass die Filterbaugruppe 20, einschliesslich
Filtereinsatz 30 und Druckbehälter 22, vom Kopf
auf einfache Weise entfernbar ist, und dass der wiederverwertbare
Filtereinsatz 30 vom Druckbehälter 22 ebenfalls
einfach trennbar ist, indem Schrauben oder anderen Verbindungsmittel
gelöst und
Verschlusskappe ("pressure
cap") und Druckkörper 54 voneinander
getrennt werden. Der Filtereinsatz 30 kann nach dem nachfolgend
beschriebenen, beispielhaften Auseinandernehmen der Wiederverwertung
zugeführt
werden. Andere Mechanismen für ein
einfaches Öffnen
der Filtereinsatzes 30 können ebenfalls zum Einsatz
kommen und werden nachfolgend "Verriegelungsmechanismen" ("latch mechanisms") genannt, weil sie
ein Schliessen des Filtereinsatzes 30 nach Einfüllen des
Einsatzkörpers 64 mit
Medien 36 und ein Öffnen
des Filtereinsatzes 30 ohne grössere Kraftanstrengung oder
Beschädigung des
Körpers 64 oder
der Kappe 66 nach Gebrauch ermöglichen. In der vorliegenden
Beschreibung und in den Patentansprüchen impliziert eine Verriegelung nicht,
dass kein Abtrennen oder Entfernen von Filtereinsatzmaterial nötig ist,
um Teile der äusseren
Wand zu trennen. Bevorzugt werden aber nur kleinere Teile schneidend
getrennt, anstelle einer Trennung durch Stossen, Sägen oder
ein In-Scheiben-Schneiden.
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Bevorzugt
werden zwei Teile des schwachen Abschnitts der äusseren Wand des Filtereinsatzes 30 "verriegelt" und "entriegelt", zum Beispiel bei
einer Sicke ("seam") oder Verbindung 68.
Ist der bevorzugte Einsatz 30 vom bevorzugten Druckbehälter 46 entfernt,
wird der Einsatz 30 mit allen Oberflächen und Verschlüssen, welche
Kontakt mit Flüssigkeit
hatten, aus dem Prozess herausgenommen. Aus diesem Grunde sollen
potentiell kontaminierte O-Ringe periodisch ersetzt und nicht im
Druckbehälter 22 verbleibend
erneut genutzt werden. Möglicherweise
hausen Verunreinigungen "filterkopfseitig" innerhalb eines Prozesses,
weil der Filterkopf nicht entfernt oder wiederverwertet wird, aber
die Gesamtoberfläche
eines Kopfs ist üblicherweise
eine kleine Fläche,
und, falls die O-Ringe zusammen mit dem Filtereinsatz 30 entfernt
werden, ist das Risiko einer Kontamination, zum Beispiel durch eine
O-Ring-Schmierung, minimiert.
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Mit
dem Ziel, den Einsatz 30 auseinanderzubauen, sind vorzugsweise
entsprechende Anpassungen vorgesehen, welche die Trennung aller
Komponenten des Einsatzes 30 ohne Zerkleinern oder Zerstören ("cracking") ermöglichen.
Bevorzugt sind Anpassungen in solcher Weise vorgenommen, dass ein Unfall
beim Trennen unwahrscheinlich und zweckmässiges Trennen im Vergleich
zum Stand der Technik mit dem korrekten Werkzeug einfach ist. Bevorzugt
beinhalten die Anpassungen ein Einschnappsystem mit Aufsätzen und
Aussparungen, wie sie vorteilhaft mit den 12 – 13 illustriert
wurden, oder andere Trennungssysteme zum Öffnen eines Einsatzes 30,
bevorzugt ohne Quetschen oder Bohren durch das Einsatzgehäuse. Die
Aufsätze 65 sind typischerweise
mit der Einsatzkappe 66 integriert in der Nähe dessen
unteren Endes ausgeformt. Die zusammenwirkenden Aussparungen 67 in
der Nähe der
oberen Kanten des Einsatzkörpers 64 nehmen die
Aufsätze 65 in
einrastender Weise auf, um eine semi-permanente Verbindung zwischen
Kappe 66 und Körper 64 herzustellen.
Der äussere
Umfang am unteren Ende der Kappe 66 beinhaltet wegschneidbare
Teile 69 direkt oberhalb eines jeden Aufsatzes 65,
sodass die Verbindung zwischen Aufsatz 65 und Aussparung 67 durch
ein Werkzeug erreicht werden kann. Möchte der Benutzer eines Wiedervertungsgerätes ("recycler") den Filtereinsatz 30 auseinander montieren,
kann er/sie mit einem Messer oder einem scharfen Werkzeug zwischen
Kappe 66 und Körper 64 direkt
oberhalb der Aufsätze 65 hinunterführend schneiden,
und, sind genügend
Aufsätze 65 entfernt, den
Körper 64 von
der Kappe 66 trennen. Diese oder andere Trennvarianten erlauben
einer Person oder einem Werkzeug, das Innere des Einsatzes zu erreichen,
die Innereien zu entfernen, die Medien 36 vom Einsatz 30 zu
trennen und die Innereien und Medien genauso wie die äussere Kappe 46 und
Körperkomponenten
der Wiederverwertung zuzuführen.