DE10224634C2 - Vorrichtung zum Filtern von unter einem hohen Druck geförderten Fluiden - Google Patents
Vorrichtung zum Filtern von unter einem hohen Druck geförderten FluidenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtern von
unter einem hohen Druck geförderten Fluiden. Derartige
Filtervorrichtungen werden beispielsweise im Bereich der
Verfahrenstechnik, wie beispielsweise der
Kunststoffproduktion oder der Biotechnologie, benötigt, um
bei der Produktion anfallende Flüssigkeiten zu reinigen.
Dazu muss sichergestellt sein, dass der Filterraum zu jedem
Zeitpunkt des Betriebes jederzeit dicht gegenüber der
Umgebung abgeschottet bleibt.
Konventionell ausgebildete, in der Praxis für
Hochdruckanwendungen von bis zu 4300 bar eingesetzte
Filtervorrichtungen, wie sie beispielsweise von der
Hochdrucktechnik HOTEC GmbH angeboten werden, weisen in der
Regel ein rohrförmig ausgebildetes Gehäuse auf, das in die
Hochdruckleitung koaxial integriert ist. Diese Filter sind
mit einem membranförmigen Filterelement ausgestattet, das
aufgrund seiner kleinen Filterfläche nur geringe
Schmutzmengen aufnehmen kann. Hinzukommt, dass das
Filterelement bei größeren, unter hohem Druck stehenden
Fluidströmen zu extrem hohen Druckverlusten führt. Filter,
die in der Lage sind, größere Schmutzmengen bei geringem
Druckverlust aufzunehmen, stehen üblicherweise nur bis zu
Drücken von mittlerer, maximal 500 bar betragender Höhe zur
Verfügung.
Bei den bekannten Filtervorrichtungen ist bei den
Hochdruckversionen eine ausreichende Druckfestigkeit nur
bei zu geringer Filterfläche gegeben. Bei den Vorrichtungen
für mittlere Drücke bis 500 bar dagegen ist eine
ausreichende Filterfläche bei zu geringer Druckfestigkeit
gegeben. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen
für den Hochdruckeinsatz besteht darin, dass sie für
Wartungszwecke komplett von den Rohranschlüssen gelöst
werden müssen.
Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, eine einfach
zu wartende Vorrichtung zu schaffen, die einerseits
höchsten Druckbelastungen standhält und andererseits eine
gegenüber herkömmlichen Hochdruckfiltern deutlich
vergrößerte Filterfläche aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Filtern von
unter einem hohen Druck geförderten Fluiden gelöst, die mit
einer Einströmöffnung, einer Abströmöffnung und einem einen
Filterraum umgebenden metallischen Gehäuse ausgestattet
ist, das eine Wartungsöffnung aufweist, die durch einen
ebenfalls metallischen Deckel verschlossen ist, der unter
einer Anpresskraft auf einem die Wartungsöffnung umgebenden
Randabschnitt in unmittelbarem Kontakt mit dem Metall des
Gehäuses sitzt ist, wobei die dem Deckel zugeordnete
Randfläche des Randabschnitts zwischen ihrer der Öffnung
zugeordneten inneren Begrenzungskante und ihrer äußeren
Begrenzungskante derart schräg verläuft, dass die
Randfläche mit der an sie angrenzenden Innenfläche und
Außenfläche des Randabschnitts jeweils einen von 90°
abweichenden Winkel einschließt und die Kontaktfläche
zwischen dem Deckel und dem Rand auf einen Bruchteil der
Randfläche beschränkt ist, und wobei in dem Filterraum ein
von dem Fluid auf seinem Weg von der Einströmöffnung zu der
Abströmöffnung durchströmtes Filterelement angeordnet ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Gehäuse auf,
das mit einer Wartungsöffnung ausgestattet ist. Diese
Wartungsöffnung ist so gestaltet, dass der von dem Gehäuse
umgebene Filterraum über sie zugänglich ist. Um dabei die
Dichtheit des Gehäuses auch unter hohen Drücken zu
gewährleisten, ist die Randfläche, auf der der Deckel
sitzt, so angeschrägt, dass es beim Aufsetzen des Deckels
zwischen dem Deckel und dem Rand zu einer im wesentlichen
linienförmigen Berührung kommt. Wenn anschließend der
Deckel auf den Rand gepresst wird, kommt es zu einer hohen
Kraftkonzentration im Berührungsbereich. Infolgedessen
kommt es im Berührungsbereich zu Verformungen des Metalls,
welche dazu führen, dass sich die Form der Randfläche
perfekt an die Form der mit ihr in Kontakt stehenden
Deckelfläche anpasst. Auf diese Weise ist eine metallische
Abdichtung geschaffen, die auch unter hohem Druck über eine
lange Betriebsdauer sicher das Austreten von Fluid aus dem
Filtergehäuse verhindert.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Abdichtung der
Wartungsöffnung besteht darin, dass offene Fugen vermieden
werden, in denen sich Verschmutzungen absetzen können. Auf
diese Weise erfüllt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch
strengste Hygieneanforderungen, ohne dass dazu aufwendige
konstruktive Maßnahmen erforderlich sind.
Bevorzugt ist das Filterelement als Filterkörper
ausgebildet, der auf einer der den Filterraum umgrenzenden
Wände sitzt und im Bereich mindestens einer seiner
Umfangsflächen von dem Fluid durchströmt wird. Auf diese
Weise lässt sich die von dem Fluid durchströmte
Filterfläche und damit der Durchsatz durch den Filter
vergrößern. Insbesondere vorteilhaft ist es dabei, wenn das
Filterelement mit seiner Dichtfläche die Abströmöffnung
umgibt. Bei dieser Anordnung kann der Filterkörper von der
Wand, in die die Abströmöffnung eingeformt ist, frei in den
Filterraum vorstehen. Auf diese Weise steht ein Maximum an
Filterfläche zur Verfügung, die von dem Fluid durchströmt
werden kann. Dazu kann der Filterkörper eine zylindrische
Form aufweisen, wie sie von konventionellen Filterpatronen
an sich bekannt ist.
Die Montage des Filterkörpers kann dadurch erleichtert
werden, dass das Filterelement mit einer aus dem Filterraum
auf die Dichtfläche wirkenden elastischen Kraft belastet
ist. Die elastische, beispielsweise durch eine Feder
erzeugte Kraft, dient dazu, das Filterelement zu halten,
bis seine Dichtfläche von dem druckbeaufschlagten Fluid
selbsttätig gegen die zugeordnete Wand des Gehäuses
gedrückt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse rohrförmig
ausgebildet ist. Diese Variante der Erfindung ermöglicht
nicht nur eine besonders einfache Gestaltung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung, sondern es lässt sich in
ebenso einfacher Weise so gestalten, dass es zwei
Wartungsöffnungen aufweist. Dabei sollte jede
Wartungsöffnung von einem in unmittelbarem Kontakt mit dem
Metall des Gehäuses stehenden, jeweils auf einen
Randabschnitt gepressten Deckel verschlossen sein und die
den Deckeln jeweils zugeordnete Randfläche der
Randabschnitte zwischen ihrer der Öffnung zugeordneten
inneren Begrenzungskante und ihrer äußeren Begrenzungskante
derart schräg verlaufen, dass die jeweilige Randfläche mit
der an sie angrenzenden Innenfläche und Außenfläche des
Randabschnitts jeweils einen von 90° abweichenden Winkel
einschließt. Die für den dichten Sitz der Deckel
erforderliche Anpresskraft kann dabei dadurch erzeugt
werden, dass die Deckel gegeneinander verspannt sind.
Eine weitere Vereinfachung der Ausgestaltung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich dadurch erreichen,
dass die Einströmöffnung in dem einen Deckel und die
Abströmöffnung in dem anderen Deckel eingeformt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Filtern von bei der
verfahrenstechnischen Produktion anfallenden
Flüssigkeiten im Längsschnitt;
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in einer
stirnseitigen Ansicht.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein aus einem geeigneten
Werkstoff, wie beispielsweise Stahl oder einem anderen
Metall, Verbundwerkstoff oder Keramik, gefertigtes,
rohrförmiges Gehäuse 2, welches an seinen beiden
Stirnseiten jeweils eine Wartungsöffnung 3, 4 aufweist. Der
Durchmesser der Wartungsöffnungen 3, 4 entspricht dabei dem
Rohrdurchmesser des Gehäuses 2. Der die Wartungsöffnungen
3, 4 jeweils umgebende Randabschnitt 5, 6 des Gehäuses 2
weist jeweils eine stirnseitig an dem Gehäuse 2
ausgebildete Randfläche 7, 8 auf. Diese Randfläche 7, 8 ist
jeweils ausgehend von ihrer der Innenfläche 9 des Gehäuses
2 zugeordneten Randkante 10 in Richtung ihrer äußeren, der
Außenfläche 11 des Gehäuses 2 zugeordneten Randkante 12
abfallend so angeschrägt, dass zwischen der jeweiligen
Randfläche 7, 8 und der Innenfläche 9 des Gehäuses 2 ein
spitzer Winkel 13 eingeschlossen ist.
Auf die Randflächen 7, 8 ist jeweils ein Deckel 14, 15
aufgesetzt. Die den Randflächen 7, 8 zugeordnete
Deckelfläche 16 ist eben ausgebildet, so dass es im Bereich
der inneren Randkante 10 der Randflächen 7, 8 zu einer im
wesentlichen linienförmigen Berührung zwischen der
jeweiligen Deckelfläche 16 und den Randflächen 7, 8 kommt.
Mit ihrem jeweiligen seitlichen Randabschnitt 17 umgreifen
die Deckel 14, 15 dabei im Bereich der Randabschnitte 5, 6
die Außenfläche 11 des Gehäuses 2 so, dass sie zentriert
auf den Stirnseiten des Gehäuses 2 gehalten sind.
In den in Fließrichtung F zuerst passierten Deckel 14 sind
in regelmäßigen Winkelabständen um die Längsachse L der
Vorrichtung 1 verteilt Gewindebohrungen 18 eingeformt, die
sich achsparallel zur Längsachse L erstrecken. In den
gegenüberliegend angeordneten Deckel 15 sind in gleicher
Anordnung dagegen Durchgangsbohrungen 19 eingebracht, die
fluchtend zu den Gewindebohrungen 18 ausgerichtet sind.
Durch die Durchgangsbohrungen 19 sind Spannschrauben 20
geführt, die mit ihrem Schraubenkopf auf der von dem Deckel
14 abgewandten Außenseite des Deckels 15 abgestützt und mit
ihrem Gewindeabschnitt in die jeweils zugeordnete
Gewindebohrung 18 eingeschraubt sind.
Auf diese Weise lassen sich die Deckel 14, 15 so
gegeneinander verspannen, dass sie mit hoher Anpresskraft
gegen die Randflächen 7, 8 drücken. Aufgrund dessen, dass
die Berührungsfläche zwischen den Deckeln 14, 15 und der
Randflächen 7, 8 im Wesentlichen auf eine Linie beschränkt
ist, kommt es zu einer hohen Kraftkonzentration in diesem
Berührungsbereich. Infolgedessen verformt sich das Metall
der Randabschnitte 5, 6 und der Deckel 14, 15 im
Berührungsbereich so, dass eine dauerhaft dichte, hohen
Druckbelastungen bis 1500 bar sicher standhaltende
metallische Abdichtung zwischen dem Gehäuse 2 und den
Deckeln 14, 15 geschaffen ist.
In den in Fließrichtung F zuerst passierten Deckel 14 ist
eine sich koaxial zur Längsachse L erstreckende
Einströmöffnung 21 eingeformt, die von einem auf der
Außenseite des Deckels 14 angeformten Verbindungsstutzen 22
in den vom Gehäuse 2 umgebenen zylindrischen Filterraum 23
führt. Im gegenüberliegenden Deckel 15 ist fluchtend zur
Einströmöffnung 21 eine sich ebenfalls koaxial zur
Längsachse L erstreckende Abströmöffnung 24 ausgebildet,
die aus dem Filterraum 23 zu einem auf der Außenseite des
Deckels 15 ausgebildeten Verbindungsstutzen 25 führt.
In dem zylindrischen Filterraum 23 sitzt ein ebenfalls
zylindrischer Filterkörper 26, dessen Durchmesser kleiner
ist als der Durchmesser des Filterraums 23. Mit seiner dem
Deckel 15 zugeordneten stirnseitigen Dichtfläche 27 liegt
der Filterkörper 25 dicht an der Deckelfläche 16 des
Deckels 15 an und umgibt die Abströmöffnung 24 so, dass die
nicht dargestellte Abströmöffnung des Filterkörpers 23
direkt in die Abströmöffnung 24 der Vorrichtung 1 übergeht.
Die axiale Erstreckung des Filterkörpers 26 ist so
bemessen, dass seine dem Deckel 14 zugeordnete Stirnwand
mit Abstand zur Deckelfläche des Deckels 14 angeordnet ist.
Eine in einer Einsenkung des Deckels 14 sitzende Feder
übt dabei eine elastische Kraft auf den Filterkörper 26
aus, durch welche der Filterkörper 26 mit seiner
Dichtfläche 27 gegen die Deckelfläche 16 des Deckels 15
gedrückt wird. Die Umfangsfläche des Filterkörpers 26 ist
als Filtermembran ausgebildet.
Im fertig montierten Zustand sind hier nicht dargestellte
Rohrleitungen in die Verbindungsstutzen 22, 25 geschraubt.
Sobald das zu filternde Fluid in den Filterraum 23
einströmt, wird der Filterkörper 26 von dem Fluid mit
seiner Dichtfläche 27 gegen die Deckelfläche 16 des Deckels
15 gepresst. Das Fluid umströmt dabei den Filterkörper 26
und durchtritt die auf dessen Umfangsfläche ausgebildete
Filtermembran, bevor es über die Abströmbohrung 24 aus der
Vorrichtung 1 strömt.
Muss der Filterkörper 26 gewartet werden, so werden dazu
die Spannschrauben 20 gelöst. Die Vorrichtung 1 kann dann
problemlos in ihre Einzelteile zerlegt, gewartet und in
gleicher Weise wieder zusammengebaut werden.
1
Vorrichtung
2
Gehäuse
3
,
4
Wartungsöffnungen
5
,
6
Randabschnitte
7
,
8
Randflächen
9
Innenfläche des Gehäuses
2
10
innere Randkante der Randflächen
7
,
8
11
Außenfläche des Gehäuses
2
12
äußere Randkante der Randflächen
7
,
8
13
Winkel zwischen der Innenfläche und der Randfläche
14
,
15
Deckel
16
Deckelfläche
17
Randabschnitt
18
Gewindebohrungen
19
Durchgangsbohrungen
20
Spannschrauben
21
Einströmöffnung
22
Verbindungsstutzen
23
Filterraum
24
Abströmöffnung
25
Verbindungsstutzen
26
Filterkörper
27
Dichtfläche
28
Feder
F Fließrichtung
L Längsachse der Vorrichtung
F Fließrichtung
L Längsachse der Vorrichtung
1
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Filtern von unter einem hohen Druck
geförderten Fluiden, mit einer Einströmöffnung (21),
einer Abströmöffnung (24) und einem einen Filterraum
(23) umgebenden metallischen Gehäuse (2), das eine
Wartungsöffnung (3, 4) aufweist, die durch einen
ebenfalls metallischen Deckel (14, 15) verschlossen
ist, der unter einer Anpresskraft auf einem die
Wartungsöffnung (3, 4) umgebenden Randabschnitt (5, 6)
in unmittelbarem Kontakt mit dem Metall des Gehäuses
(2) sitzt, wobei die dem Deckel (14, 15) zugeordnete
Randfläche (7, 8) des Randabschnitts (5, 6) zwischen
ihrer der Wartungsöffnung (3, 4) zugeordneten inneren
Begrenzungskante (10) und ihrer äußeren
Begrenzungskante (12) derart schräg verläuft, dass die
Randfläche (7, 8) mit der an sie angrenzenden
Innenfläche (9) und Außenfläche (11) des
Randabschnitts (5, 6) jeweils einen von 90°
abweichenden Winkel (13) einschließt und die
Kontaktfläche zwischen dem Deckel (14, 15) und dem
Randabschnitt (5, 6) auf einen Bruchteil der Randfläche
(7, 8) beschränkt ist, und wobei in dem Filterraum (23)
ein von dem Fluid auf seinem Weg von der
Einströmöffnung (21) zu der Abströmöffnung (24)
durchströmtes Filterelement (26) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das
Filterelement als Filterkörper (26) ausgebildet ist,
der auf einer der den Filterraum (23) umgrenzenden
Wände sitzt und im Bereich mindestens einer seiner
Umfangsflächen von dem Fluid durchströmbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das
Filterelement (26) mit seiner Dichtfläche (27) die
Abströmöffnung (24) umgibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das
Filterelement (26) mit einer aus dem Filterraum (23)
auf die Dichtfläche (27) wirkenden elastischen Kraft
belastet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Filterelement (26) eine zylindrische Form
aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2) rohrförmig ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Deckel (14, 15) gegeneinander verspannt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die
Wartungsöffnungen (3, 4) an den Stirnseiten des
rohrförmigen Gehäuses (2) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die
Einströmöffnung (21) in dem einen Deckel (14, 15) und
die Abströmöffnung (24) in dem anderen Deckel (14, 15)
eingeformt ist.
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Date | Code | Title | Description |
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OAV | Publication of unexamined application with consent of applicant | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: WOLF, WILHELM PAUL, DIPL.-ING., 48151 MUENSTER, DE Inventor name: SPRAKEL, JAN G., DIPL.-ING., 42929 WERMELSKIRCHEN, |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
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