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Die Erfindung betrifft ein Filtrationssystem für die Filtration von Öl, insbesondere ein Filtrationssystem für die Filtration von Öl für Schiffsaggregate wie Schiffsmotoren, in einem eine Hauptpumpe aufweisenden Ölkreislauf, mit wenigstens einem in einer Zuführleitung des Ölkreislaufs angeordneten rückspülbaren Hauptfilter, der ein Filtergehäuse mit Öleinlass, Filtratauslass und Rückspülauslass sowie eine Rückspüleinrichtung aufweist, mit einer Filtratleitung für gefiltertes Ölfiltrat zwischen Filtratauslass und Schiffsaggregat, mit einem Aufbereitungszweig für Rückspülfluid, der am Rückspülauslass angeschlossen ist und wenigstens einen Aufbereitungsfilter mit Filtergehäuse, Fluideinlass und Fluidauslass aufweist, mit mehreren schaltbaren Schaltventilen und mit wenigstens einer Pumpe im Aufbereitungszweig zwischen Rückspülauslass des Hauptfilters und Fluideinlass des Aufbereitungsfilters.
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Filtrationssysteme in einem Ölkreislauf auf Schiffen dienen dem Schutz des an das Filtrationssystem angeschlossenen Schiffsaggregats. Filtrationssysteme für Öl kommen auf Schiffen insbesondere im Schmierölkreislauf der zum Antrieb der Schiffe eingesetzten Schiffsmotoren, wie insbesondere Großdieselmotoren, zum Einsatz. An das Filtrationssystem bestehen hierbei zahlreiche Anforderungen, da große Volumenströme filtriert werden müssen, wobei selbst hochgradige Verunreinigungen des Schmieröls oder Hydrauliköls zuverlässig beseitigt werden müssen, und zugleich ein störungsfreier Betrieb des Filtrationssystems über lange Zeiträume gefordert wird, und zwar selbst bei extremen oder extrem schwankenden Temperaturen und Drücken, denn Schiffe sind unter Umständen wochenlang bei permanent laufenden Motoren unterwegs. Schiffsmotoren-Hersteller definieren daher Reinheitsgrade, die mit einem solchen Filtrationssystem eingehalten werden müssen, da sonst keine Zertifizierung und Zulassung des Filtrationssystems für Motoren dieses Herstellers erreicht werden kann.
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Im Stand der Technik existieren bereits zahlreiche Lösungen und Vorschläge für entsprechende Filtrationssysteme. Es wird beispielhaft auf die
WO 2018/0028221 A1 der Anmelderin, sowie auch auf die
JP 2007/125479A oder die
JP 6469198 B1 verwiesen. Bei sämtlichen vorgenannten Filtrationssystemen ist stromaufwärts des Hauptfilters ein schaltbares Mehrwegeventil angeordnet, und der Aufbereitungsfilter bildet zugleich einen Nebenstromfilter, der gegebenenfalls alleine die Aufbereitung des dem Schiffsaggregat zugeführten Filtrats übernimmt. Im Normalbetrieb allerdings, wenn der Hauptstromfilter angeströmt wird, wird das mit dem Aufbereitungsfilter aufbereitete Rückspülfluid dem Ölsumpf zugeführt.
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Die Erfindung geht im Oberbegriff von der
WO 2017/085643 A1 aus. Bei dem gattungsgemäßen Filtrationssystem ist stromaufwärts des Hauptfilters ein schaltbares Mehrwegeventil angeordnet, damit entweder der Hauptstromfilter unmittelbar mit Öl aus dem Ölsumpf angeströmt wird und der Aufbereitungsfilter die Aufbereitung des Rückspülfluids übernimmt, oder aber in einer Anlaufphase eines Motors der Aufbereitungsfilter dem Hauptfilter vorgeschaltet wird, um insbesondere in der Anlaufphase eines Motors Verunreinigungen, die auch noch aus der Produktion des Motors stammen können, in stärkerem Maße auszufiltern. Mittels einer im Aufbereitungskreis angeordneten Pumpe wird hierbei erreicht, dass in dieser Schaltstellung des stromaufwärts angeordneten Mehrwegeventils das am Hauptfilter anfallende Rückspülfluid vor den Aufbereitungsfilter geführt werden kann. Im Normalbetrieb hingegen wird das am Aufbereitungsfilter aufbereitete Fluid-Öl dem Motorensumpf bzw. Ölsumpf zugeführt.
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Die Anforderungen an Filtrationssysteme für Schiffsaggregate steigen. Einige Schiffsmotoren-Hersteller fordern mittlerweile, dass die Filtrationssysteme ausgelegt sein müssen, größere Druckschwankungen auch im Dauerbetrieb vermeiden zu können. Dies wäre zwar grundsätzlich mit bestehenden Filtrationssystemen möglich, sofern überproportional große Filterflächen zur Verfügung gestellt werden, dies ist jedoch auf Schiffen schon aus Platzgründen und insgesamt auch wirtschaftlich nicht realisierbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtrationssystem für Schiffsaggregate weiter zu vereinfachen, zugleich die von den Motorenherstellern geforderten Vorgaben an Reinheitsgrad und Abscheidegrad sowie einzuhaltenden Differenzdrücken zu erfüllen und auch Wartungsmöglichkeiten für das Filtrationssystem im laufenden Betrieb zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der Fluidauslass des Aufbereitungsfilters an die Filtratleitung angeschlossen ist und im Aufbereitungszweig zwischen Pumpe und Einlass des Aufbereitungsfilters ein schaltbares Mehrwegeventil mit einem Ventileinlass sowie wenigstens einem ersten Ventilauslass und einem zweiten Ventilauslass angeordnet ist, wobei der erste Ventilauslass des Mehrwegeventils an den Fluideinlass des Aufbereitungsfilters und der zweite Ventilauslass an die Zuführleitung stromaufwärts des Hauptfilters angeschlossen ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung übernimmt der Automatikfilter im Wesentlichen permanent die Filtrierung des dem Schiffsaggregat zuströmenden Öls; es entfällt daher das beim gattungsgemäßen Filtrationssystem vorgesehene Umschalten, um den Aufbereitungsfilter dem Hauptfilter vorzuschalten. Es wird ausgenutzt, dass ein rückspülbarer Hauptfilter (Automatikfilter) bereits die von den Schiffsmotoren-Herstellern geforderten Reinheits- und Abscheidegrad-Anforderungen erfüllen kann, und tatsächlich sogar übertreffen kann. Da die Filtration des dem Schiffsaggregat zuströmenden Öls zu jedem Betriebszeitpunkt, auch in der Anlaufphase, über den Hauptfilter (Automatik-Filter) erfolgt, steht zu jedem Betriebszeitpunkt die Filterfläche des Hauptfilters zur Verfügung. Zugleich wird mit der Erfindung ermöglicht, dass der mit dem Aufbereitungsfilter aufbereitete Fluidstrom ebenfalls als verwertbare Ölmenge dem Schiffsaggregat zur Verfügung steht, weswegen dem Schiffsaggregat im Normalbetrieb die vollständige, dem Hauptfilter zugeführte Ölmenge zur Verfügung steht, und zwar nicht nur, wenn momentan keine Rückspülung erfolgt, sondern auch während der Rückspülphase des Hauptfilters. Da das mit dem Aufbereitungsfilter aufbereitete Spülöl dem Schiffsaggregat zur Verfügung steht, und da die Filterfläche des Hauptfilters jederzeit zur Verfügung steht, kann die notwendigerweise vorzusehende Filterfläche im Aufbereitungsfilter gegenüber Systemen, bei denen der Aufbereitungsfilter in der Anlaufphase die Filtration alleine übernimmt, reduziert werden. Es tritt auch keine Minderung der für das Schiffsaggregat zur Verfügung stehenden gefilterten Ölmenge ein. Durch das schaltbare Mehrwegeventil im Aufbereitungszweig ist es, anders als bei zahlreichen Lösungen im Stand der Technik, möglich, den Aufbereitungsfilter im laufenden Betrieb zu warten, insbesondere zu reinigen, oder zu tauschen. In einem solchen Fall wird das nicht aufbereitete Spülöl vorübergehend wieder vor den Hauptfilter bzw. die Hauptfiltereinheiten geführt, oder bei Vorhandensein eines Ölsumpfs kann es auch diesem zugeführt werden.
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Gemäß einer insbesondere bevorzugten Ausgestaltung weist der rückspülbare Hauptfilter eine erste Hauptfiltereinheit mit Rückspüleinrichtung und eine zweite Hauptfiltereinheit mit Rückspüleinrichtung auf, wobei die Rückspüleinrichtungen der Hauptfiltereinheiten jeweils separaten Rückspülauslässen zugeordnet sind, und jeder Rückspülauslass mittels einer mit einem schaltbaren Spülventil versehenen eigenen Spülleitung stromaufwärts der Pumpe an den Aufbereitungszweig angeschlossen ist bzw. in diesen mündet. Bei einem Ausfall einer der Hauptfiltereinheiten kann dann die andere Hauptfiltereinheit gleichwohl die Versorgung des Schiffsaggregats mit ausreichender Menge an gefiltertem Öl sicherstellen, auch wenn sich bei Ausfall einer der Hauptfiltereinheiten möglicherweise der Differenzdruck im laufenden Betrieb erhöhen würde. Bei zwei Hauptfiltereinheiten mit separaten Spülventilen ist insbesondere vorteilhaft, wenn mittels einer Steuereinheit sichergestellt ist, dass im laufenden Betrieb zu jedem Betriebszeitpunkt wenigstens eines der beiden schaltbaren Spülventile geschlossen ist. Mit dieser Maßnahme kann die Rückspül-Effektivität erhöht und zugleich die für die Rückspülung notwendige Menge an Spülöl reduziert werden.
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Die Ausgestaltung des Filtrationssystems wird vorzugsweise derart getroffen, dass der Hauptfilter oder jede Hauptfiltereinheit als Intervallspüler ausgeführt sind, wobei vorzugsweise eine Rückspülung nur bei geöffnetem zugeordnetem Spülventil stattfindet. Die Ausgestaltung des Hauptfilters bzw. der Hauptfiltereinheiten als Intervallspüler eröffnet zugleich zusätzliche Betriebsmöglichkeiten und Betriebsvarianten im Aufbereitungszweig.
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In an sich bekannter Weise besonders vorteilhaft ist, wenn dem Hauptfilter bzw. den Hauptfiltereinheiten ein Bypasszweig mit einem Schutzfilter und einer Überströmeinheit mit Überdruckventil zugeordnet ist, wobei der Bypasszweig stromabwärts von Schutzfilter und Überströmeinheit in die Filtratleitung mündet. Selbst bei einem Ausfall beider Hauptfiltereinheiten kann dann ein ausreichender Fluidstrom an gefiltertem Öl zum Schiffsaggregat bereitgestellt werden, wobei die Filtration in diesem Ausnahmefall ausschließlich von dem Schutzfilter übernommen würde. Gemäß einer Variante kann hierzu dem Hauptfilter oder den Hauptfiltereinheiten eine Differenzdrucküberwachungseinrichtung zugeordnet sein, wobei das Überdruckventil der Überströmeinheit in Abhängigkeit von dem mittels der Differenzdrucküberwachungseinrichtung festgestellten Differenzdruck ansteuerbar ist oder angesteuert wird und bei Übersteigen eines voreingestellten Differenzdrucks öffenbar ist bzw. geöffnet wird, insbesondere durch einen Schaltvorgang geöffnet wird. Gemäß einer alternativen Variante kann das Überdruckventil der Überströmeinheit eine Einstelleinrichtung für einen Auslösedruck aufweisen, wobei bei Übersteigen des Auslösedrucks das Überdruckventil selbsttätig öffnet. Die Einstelleinrichtung kann hierzu insbesondere eine Druckfeder aufweisen, deren Vorspannung mittels der Einstelleinrichtung verstellbar ist. Bei beiden Varianten ist besonders vorteilhaft, wenn der Überströmeinheit eine Detektionseinheit zugeordnet ist, mit der ein Öffnen des Überdruckventils detektierbar ist, wobei vorzugsweise jeder Öffnungsvorgang an eine Steuereinrichtung übermittelbar ist. Bei einer Auswertung kann dann jederzeit jeder Öffnungsvorgang nachvollzogen werden und es können Analysen durchgeführt werden; gegebenenfalls kann auch erfasst werden, wie lange die Überstromeinheit aktiv bzw. geöffnet war. In zahlreichen Fällen reicht allerdings für eine vorzunehmende Wartung bereits die Erkenntnis aus, dass die Überstromeinheit geöffnet hatte.
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Das Filtrationssystem würde es ermöglichen, ohne Ölsumpf auszukommen. Üblicherweise ist allerdings im Ölkreislauf zwischen Schiffsaggregat und Zuführleitung ein Ölsumpf zwischengeschaltet; bei Vorhandensein eines Ölsumpfs kann gemäß einer Ausgestaltung der zweite Ventilausgang des Mehrwegeventils im Aufbereitungszweig unmittelbar in die Zuführleitung stromaufwärts der Hauptpumpe münden. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung eines Filtrationssystems mit Ölsumpf im Ölkreislauf kann der zweite Ventilausgang des Mehrwegeventils im Aufbereitungszweig unmittelbar in den Ölsumpf münden, an welchen auch die mit der Hauptpumpe versehene Zuführleitung angeschlossen ist.
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Um Anforderungen der Motorenhersteller an die Reinheitsgrade nicht nur zu erfüllen sondern zu übertreffen, ist besonders vorteilhaft, wenn der Hauptfilter oder die Hauptfiltereinheiten ein oder mehrere Filterelemente mit einem Filtermedium mit mindestens β6 ≥ 10 aufweisen, vorzugsweise mit β6 ≥ 20, und/oder wenn der Aufbereitungsfilter ein Filterelement mit einem Filtermedium mit mindestens β6 ≥ 10, vorzugsweise mit β6 ≥ 20, noch weiter vorzugsweise β6 ≥ 75 aufweist. Falls ein Überströmeinheit mit Schutzfilter vorhanden ist, ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Schutzfilter ein Filtermedium mit einer Filter-Feinheit von ≤ 25 µm (Mikrometer) aufweist.
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Da bei Ausstattung der Hauptfilter-Einheiten mit einem Filtermedium mit mindestens β6 ≥ 10 die Anforderungen zahlreicher Motorenhersteller für den Normalbetrieb übertroffen werden, kann mit dem Hauptfilter die Abscheidungsleistung für alle Betriebszustände erfüllt werden. Mit den rückspülbaren Hauptfilter-Einheiten können problemlos hohe Standzeiten ohne notwendigen Filterwechsel erreicht werden. Da die Entnahme der Verunreinigungen aus dem Gesamt-System im Aufbereitungsfilter stattfindet, besteht hohe Flexibilität und Anpassungsmöglichkeit bezüglich der Größe des Aufbereitungsfilters, wodurch die für das Filtrationssystem notwendige Gesamtfläche auf dem Schiff weiter reduziert werden kann. Durch die dem Aufbereitungsfilter vorgeschaltete Pumpe wird zusätzlich noch die Aufnahmekapazität des Aufbereitungsfilters erhöht, wobei es ausreicht, die Spül-Pumpe für relativ kleine Fördermengen auszulegen, da die dem Aufbereitungsfilter vorgeschaltete Spül-Pumpe zu keinem Betriebszeit die Fördermenge des Hauptstroms bewältigen können muss.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung können der Hauptfilter oder jede Hauptfiltereinheit jeweils vorzugsweise nur eine Filterkerze mit einem im Innern der Filterkerze drehbar um eine Mittelachse der Filterkerze angeordneten Rückspülglied als Rückspüleinrichtung aufweisen, wobei vorzugsweise das Rückspülglied mit einem Drehantrieb, insbesondere einem Elektromotor als Drehantrieb, gekoppelt ist. Besonders vorteilhaft ist dann, wenn der Drehantrieb, oder eine Steuereinrichtung für den Drehantrieb, derart mit dem Spülventil oder den Spülventilen gekoppelt ist, dass die Öffnungsdauer des Spülventils je Öffnungsvorgang an die Umlaufdauer einer 360°-Drehung des Rückspülglieds in der Filterkerze angepasst ist.
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Insbesondere wenn der Hauptfilter bzw. die Hauptfiltereinheiten als Intervallspüler ausgebildet sind, kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Aufbereitungsfilter eine Sedimentationskammer aufweisen oder bilden und vorzugsweise einen auswechselbaren, am Boden geschlossenen Filterkorb, eine oberhalb des Filterkorb angeordnete Einströmöffnung sowie einen den Filterkorb umgebenden Sammelraum für Filtrat aufweisen. Das Vorsehen einer Sedimentation erhöht signifikant die Schmutzaufnahmekapazität und damit auch die Standzeit des Aufbereitungsfilters. Zugleich ermöglicht die Sedimentation, den Feinheitsgrad des Aufbereitungsfilters noch weiter zu steigern, gegebenenfalls sogar auf β6 ≥ 100.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Filtrationssystems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung gezeigten vorteilhaften Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
- 1 schematisch in einem Schaubild ein erfindungsgemäßes Filtrationssystem für einen ölkreislauf für Schiffsaggregate im Normalbetrieb;
- 2 schematisch das Filtrationssystem aus 1 während des Rückspülvorgangs der ersten Hauptfiltereinheit;
- 3 schematisch das Filtrationssystem aus 1 während des Rückspülvorgangs der zweiten Hauptfiltereinheit;
- 4 schematisch das Filtrationssystem aus 1 während des Rückspülvorgangs der ersten Hauptfiltereinheit und bei abgesperrtem Aufbereitungszweig;
- 5 schematisch stark vereinfacht in einem Längsschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Hauptfilter;
- 6 schematisch stark vereinfacht in einem Längsschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Aufbereitungsfilter mit Sedimentationskammer;
- 7 schematisch in einem Schaubild ein erfindungsgemäßes Filtrationssystem für einen Ölkreislauf für Schiffsaggregate mit Ölsumpf während des Rückspülvorgangs der ersten Hauptfiltereinheit gemäß einer ersten Ausführungsvariante; und
- 8 schematisch in einem Schaubild ein erfindungsgemäßes Filtrationssystem für einen Ölkreislauf für Schiffsaggregate mit Ölsumpf während des Rückspülvorgangs der ersten Hauptfiltereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsvariante.
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In den 1 bis 4 ist insgesamt mit Bezugszeichen 10 ein erfindungsgemäßes Filtrationssystem für einen Ölkreislauf für ein Schiffsaggregat 1 bezeichnet. Der in dem Schaubild gezeigte Ölkreislauf weist eine Hauptpumpe 22 in einer vom Schiffsaggregat 1 abgehenden Zuführleitung 3 auf, mit der Öl hinter dem Schiffsaggregat 1 einem Hauptfilter 4 zugeführt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mit der gestrichelten Linie als Einheit angedeutete Hauptfilter 4 mit zwei Hauptfiltereinheiten 4A, 4B ausgeführt, die zueinander einen identischen Aufbau haben können, wobei jeder der beiden Hauptfiltereinheiten 4A, 4B jeweils einen nur angedeuteten Öleinlass 5, ein geeignetes Filtermedium 6, einen Filtratauslass 7 und einen Rückspülauslass 8A an der ersten Hauptfiltereinheit 4A und einen Rückspülauslass 8B an der zweiten Hauptfiltereinheit 4B aufweist. Die gestrichelte Linie symbolisiert zugleich ein einheitliches Gehäuse 13 des Hauptfilters 4. Die Filtratauslässe 7 beider Hauptfiltereinheiten 4A, 4B sind, im gezeigten Ausführungsbeispiel über Zwischenleitungen, an eine Filtratleitung 9 angeschlossen, über welches das mit dem Hauptfilter 4 bzw. den Hauptfiltereinheiten 4A, 4B gefilterte Ölfiltrat dem Schiffsaggregat 1, im gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar, zugeführt wird. Das Filtermedium 6 in den beiden Hauptfiltereinheiten 4A, 4B kann mit einer geeigneten Rückspüleinrichtung, wie noch erläutert werden wird, rückgespült werden, und für das am Rückspülauslass 8A bzw. Rückspülauslass 8B des Hauptfilters 4 anfallende Rückspülfluid (Spülöl) ist ein Aufbereitungszweig 30 mit hier einem einzelnen Aufbereitungsfilter 31 vorgesehen. Der Aufbereitungsfilter 31 im Aufbereitungszweig 30 weist ebenfalls ein Filtergehäuse 32 sowie ein geeignetes Filterelement bzw. Filtermedium 36 zwischen Fluideinlass 35 und Fluidauslass 37 des Aufbereitungsfilters 31 auf.
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Dem Aufbereitungsfilter 31 ist im Aufbereitungszweig 30 ein Mehrwegeventil 40 vorgeschaltet, wobei dieses Mehrwegeventil 40 einen Ventileinlass 41, einen ersten Ventilauslass 42 und einen zweiten Ventilauslass 42 aufweist und vorzugsweise aus einem 3/2-Mehrwegeventil besteht. Der Fluidauslass 37 des Aufbereitungsfilters 31 ist über eine Zwischenleitung 38 an die Filtratleitung 9 angeschlossen, wobei die Zwischenleitung 38 mit einem beliebigen Absperrorgan 39 versehen ist. Der erste Ventilauslass 42 des schaltbaren Mehrwegeventils 40 im Aufbereitungszweig 30 ist an den Fluideinlass 35 des Aufbereitungsfilters 31 angeschlossen. Der Ventileinlass 41 des schaltbaren Mehrwegeventils 40 wiederum wird unter Zwischenschaltung einer Pumpe 25 mit Rückspülfluid bzw. Spülöl gespeist, vorausgesetzt, die Rückspüleinrichtung einer der beiden Hauptfiltereinheiten 4A, 4B ist in aktuell Funktion. Da beide Hauptfiltereinheiten 4A, 4B als Intervallspüler ausgeführt sind, die nicht permanent, sondern nur zu bestimmten Zeiträumen das Filtermedium 6 rückspülen, fällt entsprechend auch nicht permanent Rückspülfluid im Aufbereitungszweig 30 an. Rückspülfluid fällt tatsächlich nur dann an, wenn entweder das zwischen Rückspülauslass 8A und der Pumpe 25 angeordnete Spülventil 11A geöffnet ist, oder aber wenn ein zwischen dem Rückspülauslass 8B der Hauptfiltereinheit 4B und der Pumpe 25 zwischengeschaltetes Spülventil 11B geöffnet ist. Die Zuleitung zwischen Spülölauslass 8A, 8B und Pumpe 25 erfolgt jeweils über zugehörige Spülleitungen 12A bzw. 12B, in welchen entsprechend das jeweilige Spülventil 11A, 11B angeordnet ist. Die Spülventile 11A, 11B wiederum sind an eine hier zentrale Steuereinheit 45 über zwei elektronische Steuerleitungen 46A, 46B oder über Funkverbindung angeschlossen, um sicherzustellen, dass im laufenden Betrieb zu einem bestimmten Betriebszeitpunkt entweder keines der Spülventile 11A, 11B geöffnet ist und insofern keine Rückspülung stattfindet, oder aber zumindest nur eines der beiden Spülventile 11A, 11B geöffnet ist; die Steuereinheit 45 überwacht mithin auch, dass wenigstens eines der beiden Spülventile 11A, 11B geschlossen ist. Der zweite Ventilauslass 43 des schaltbaren Mehrwegeventils 40 im Aufbereitungszweig 30 ist über eine Zwischenleitung 48 an die Zuführleitung 3, allerdings vor der Pumpe 22 und hinter einem geeigneten Absperrorgan 24 oder Rückflusssperrorgan angeschlossen.
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Ein Filtrationssystem 10 mit dem vorgenannten Aufbau ermöglicht zahlreiche vorteilhafte Betriebsweisen. 1 zeigt nur ein Gesamtschaubild mit allen Systemkomponenten. 2 zeigt das Filtrationssystem 10 in einem Betriebszustand, bei welchem das Filtermedium 6 der Hauptfiltereinheit 4A partiell zurückgespült wird, wohingegen die gesamte Filterfläche des Filtermediums 6 der Hauptfiltereinheit 4B vollständig zur Filtration der dem Schiffsaggregat 1 über die Filtratleitung 9 zugeführten Ölmenge zur Verfügung steht. Im Schaubild nach 2 sind solche Leitungen, die abgesperrt sind und durch die kein Öl fließt, strichpunktiert dargestellt, wohingegen Leitungen, durch die mindestens ein Teilstrom an Öl fließt, durchgezogen dargestellt sind. Da das Spülventil 11A geöffnet ist, ist entsprechend das Spülventil 11B geschlossen und durch die Spülleitung 12B fließt, anders als durch die Spülleitung 12A, kein Fluid. Das Rückspülfluid (Spülöl) gelangt über die Pumpe 25 mit entsprechend erhöhtem Druck zum Mehrwegeventil 40 und über dessen Ventilauslass 42 zum Fluideinlass 35 des Aufbereitungsfilters 31. Mit dem Filtermedium 36 des Aufbereitungsfilters 31 wird das Spülöl entsprechend aufbereitet und bei geöffnetem Absperrorgan 39 der Filtratleitung 9 zugeführt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt steht mithin aufgrund dieser Betriebsweise der gesamte, von der Hauptpumpe 22 geförderte Fluidstrom dem Schiffsaggregat 1 zur Verfügung, obwohl sich eine der beiden Hauptfiltereinheiten, nämlich hier die Hauptfiltereinheit 4A, partiell im Rückspülbetrieb befindet.
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3 verdeutlicht anhand eines vergleichbaren Schaubildes die Rückspülung der Hauptfiltereinheit 4B. Das Spülventil 11B ist entsprechend geöffnet, das Spülventil 11A geschlossen. Das an der Hauptfiltereinheit 4B anfallende Rückspülfluid wird über die Pumpe 25 und das schaltbare Mehrwegeventil 40 dem Aufbereitungsfilter 31 im Aufbereitungszweig 30 zugeführt und steht wiederum über die Filtratleitung 9 dem Schiffsaggregat 1 zur Verfügung.
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Im Schaubild gemäß 4 ist ein Sonderbetriebsfall dargestellt, nämlich wenn das Filtervermögen des Aufbereitungsfilters 31 im Aufbereitungszweig 30 erschöpft ist. Aufgrund des dem Fluideinlass 35 am Aufbereitungsfilter 31 erfindungsgemäß vorgeschalteten, schaltbaren Mehrwegeventils 40 kann für diesen Fall jegliche Fluidzuführung zum Aufbereitungsfilter 31 unterbrochen werden und stattdessen befindet sich das Mehrwegeventil 40 in einer Schaltstellung, in der das Rückspülfluid, welches im Schaubild nach 4 ähnlich wie bei 1 von der Hauptfiltereinheit 4A stammt, über eine Verbindungsleitung 49 in die Zuführleitung 3 vor der Hauptpumpe 22 unaufbereitet zurückgeführt wird. Auch hier dient die Steuereinheit 45 dazu, sicherzustellen, dass nur das Spülventil 11A geöffnet ist, wohingegen zeitgleich das Spülventil 11B geschlossen ist. In dem entsprechenden Schaltzustand des Schaltventils 40 kann der Aufbereitungsfilter 31 gereinigt oder ausgetauscht werden, und zwar im laufenden Betrieb des Schiffsaggregats 1 und des gesamten Filtrationssystems 10.
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Der Hauptfilter 4 mit den beiden Hauptfiltereinheiten 4A, 4B weist zusätzlich, was nun anhand von 4 erläutert wird, einen Bypasszweig 51 mit einem Überstromventil 52 auf. Dem Überstromventil 52 ist ein Schutzfilter 53 nachgeschaltet, damit sichergestellt ist, dass keinesfalls ungefiltertes Fluid dem Schiffsaggregat 1 zugeführt wird. Der Bypasszweig 51 mit dem Überstromventil 52 und dem Schutzfilter 53 kann im Gehäuse 13 des Hauptfilters angeordnet sein. Das Überdruckventil 52 bildet eine Überströmeinheit, wobei es vorzugsweise aus einem federbelasteten (nicht dargestellt) Überdruckventil besteht, bei welchem die Feder die einstehe Einrichtung bildet, um mittels der Feder den Auslösedruck, bei welchem das Überdruckventil 52 öffnet, einstellen zu können. Das Überdruckventil 52 der Überströmeinheit öffnet also nur dann, wenn der Differenzdruck an den beiden Hauptfiltereinheiten 4A, 4B einen voreingestellten Wert übersteigt. Der Bypasszweig 51 mündet erst stromabwärts des Schutzfilters 53 in die Filtratleitung 9. In 4 ist zusätzlich noch eine Signalleitung 55 angedeutet, mit der jedes Öffnen des Überdruckventils 52 mittels der Steuereinheit 55 detektierbar ist und in der Steuereinheit 45 vermerkt werden kann für spätere Analysen.
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Wie bereits erwähnt handelt es sich bei dem Hauptfilter 4 bzw. jeder Hauptfiltereinheit 4A, 4B jeweils um einen Intervallspüler mit Rückspüleinrichtung, und bei dem Aufbereitungsfilter 31 vorzugsweise um einen nicht rückspülbaren Einfachfilter mit Sedimentionskammer. Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Hauptfiltereinheit ist in 5 dargestellt, eine bevorzugte Ausgestaltung für einen Aufbereitungsfilter 31 ist in 6 dargestellt. Es wird nun zuerst Bezug genommen auf 5.
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5 zeigt beispielhaft einen der beiden Hauptfiltereinheiten 4A bzw. 4B. Die Hauptfiltereinheit 4 weist ein mehrteiliges Filtergehäuse 62 auf, und im Innenraum des Filtergehäuses 62 ist eine einzelne zylindrische Filterkerze 66 angeordnet, welche mit ihrer Umfangswand das Filtermedium 6 bildet. Das zu filternde Öl strömt über den Bodenbereich des Filtergehäuses 62 in den Innenraum der Filterkerze 66 ein, weswegen zur Verdeutlichung dem entsprechenden Anschlussflansch am Filtergehäuse 62 das Bezugszeichen 5 für den Filtereinlass zugeordnet ist. Sämtliches Öl, welches durch die Filterwand bzw. das Filtermedium 6 in einen die Filterkerze umgebenden Ringraum 67 im Gehäuse 62 als Filtrat übertritt, kann über den Filtratauslass 7 abgeführt und dann der Filtratleitung im Ölkreislauf und hierdurch dem Schiffsaggregat zugeführt werden. Die Filterkerze 66 ist zumindest an ihrem unteren Ende offen, damit Öl in den Innenraum der Filterkerze 66 eintreten kann. Im Innenraum der Filterkerze 66 ist ein sich hier über die gesamte Höhe der Filterkerze 66 erstreckendes Rückspülglied 68 angeordnet, welches drehfest mit einem hier elektrischen Drehantrieb 70 gekoppelt ist, der an einem Deckelteil 69 des Gehäuses 62 der Hauptfiltereinheit 4A, 4B angeflanscht ist. Die Ansteuerung des Drehantriebs 70 kann dergestalt erfolgen, dass das Spülglied 68 im Inneren der Filterkerze 66 permanent umläuft. Da sich das Spülglied 68 mit einer Schlitzöffnung (nicht dargestellt) bis nahe an die Innenseite der das Filtermedium 6 bildenden Umfangswand der Filterkerze 66 erstreckt, hat dies den Vorteil, dass diese Bewegung zusammen mit durch die Bewegung hervorgerufenen Wirbelströmungen ein Anhaften größerer Partikel an der Filterwand der Filterkerze 66 weitestgehend verhindern. Falls nun der Differenzdruck zwischen Filtereinlass 5 und Filtratauslass 7 einen voreingestellten Wert übersteigt, was mittels der Steuereinrichtung (45, 1-4) detektiert werden kann, oder auch differenzdruckgesteuert selbsttätig ausgelöst werden kann, dann öffnet das der jeweiligen Hauptfiltereinheit zugeordnete Spülventil (11A, 11B, 1-4), um eine Rückspülung einzuleiten. Mit der Steuereinrichtung wiederum kann die Öffnungsdauer des Spülgliedes in Abhängigkeit von der Drehzahl des Drehantriebs 70 derart eingestellt werden, dass die Öffnungsdauer näherungsweise einer 360°-Drehung des Rückspülgliedes 68 entspricht. Da das Rückspülglied 68 nur aus einer beispielsweise leistenförmigen Kammer mit Schlitzöffnung besteht, kann zeitgleich die restliche, nicht unmittelbar von dem Rückspülglied 68 abgedeckte Filterfläche der Filterkerze 66 weiterhin Fluid, welches über den Filtereinlass 5 in das Filtergehäuse 2 eintritt, filtrieren, wohingegen nur ein Teilstrom, und zwar nur während des Rückspülvorgangs, als Rückspülfluid anfällt. Das Rückspülfluid wiederum kann über einen Innenkanal (nicht gezeigt) in der Drehwelle 71, die mit dem Drehantrieb 70 und dem Rückspülglied 68 drehfest gekoppelt ist, einem Rückspülauslass 8A, 8B zugeführt werden, der sich hier entsprechend in einem Bodenabschnitt 65 des Gehäuses 2 der Hauptfiltereinheit 4A, 4B befindet.
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Es wird nun Bezug genommen auf 6 mit einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Aufbereitungsfilter 31. Auch dieser weist ein mehrteiliges Gehäuse 32 auf, und passend zu den Schaubildern in den 1 bis 4 ist nahe eines Deckelteils 72 des Gehäuses 32 der Fluideinlass angeordnet und mit Bezugszeichen 35 bezeichnet und nahe einer Bodenwanne 73 am Gehäuse 32 ist der Fluidauslass angeordnet und mit Bezugszeichen 37 bezeichnet. Der Fluideinlass 35 befindet sich weit oben in einem oberen Abschnitt des Filtergehäuses 32 nahe des Deckelteils 72, der Fluidauslass 37 entsprechend in einem unteren Abschnitt nahe der Bodenwanne 73. im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das Filtermedium 36 aus der Umfangswand eines am Boden geschlossenen Filterkorbs 75, der sich über eine relativ große Höhe innerhalb des Filtergehäuses 32 erstreckt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Filterkorb 75 eine Bodenschlussplatte 77; am oberen Ende hingegen ist der Filterkorb 75 offen. Spülöl, welches über den Fluideinlass 35 nur intervallweise in das Gehäuse 32 des Aufbereitungsfilters 31 einströmt, läuft von oben langsam und gleichmäßig in den Innenraum des Filterkorbs 75. Hierbei können sich durch diese Einströmführung schwerere Rückstände, die mit dem Rückspülfluid in den Aufbereitungsfilter 31 bzw. den Filterkorb 75 eintreten, am Boden des Filterkorbs 75 durch Sedimentation ablagern, da der Aufbereitungsfilter 31 insgesamt zugleich die Funktion einer Sedimentationskammer erfüllt. Ein Ringraum 76 erstreckt sich über die gesamte Höhe des Filterkorbs 75 innerhalb des Filtergehäuses 32. Derjenige Teilstrom, der in den Ringraum 76 übertritt, kann über den Fluidauslass 37 wiederum abgeführt und der Filtratleitung im Filtrationssystem zugeführt werden.
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Die Filtermedien 6 in den Hauptfiltereinheiten 4A, 4B einerseits und das Filtermedium 36 in dem Aufbereitungsfilter 31 andererseits sind vorzugsweise derart gewählt, dass im Hauptfilter Filterelemente mit einem Filtermedium mit mindestens β6 ≥ 10 zum Einsatz kommen, und im Aufbereitungsfilter 31 ein Filterelement 75 zum Einsatz kommt, das entweder dieselbe Filterfeinheit hat, oder aber sogar noch eine bessere Filterfeinheit hat wie beispielsweise β6 ≥ 75. In einem solchen System findet dann eine kontinuierliche Verbesserung der Ölqualität des zirkulierenden Öls(Fluids) statt. Nur nach bestimmten Betriebszeiten findet ein Austausch des Filterelements 75 des Aufbereitungsfilters 31 im Aufbereitungszweig 30 statt.
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In den 1 bis 4 ist ein Filtrationssystem ohne Ölsumpf dargestellt. Die Vorteile, die sich durch den erfindungsgemäßen Aufbau eines Filtrationssystems mit Hauptfilter bzw. Hauptfiltereinheiten und Aufbereitungszweig sowie den entsprechend angeordneten Schaltorganen ergeben, können auch zusammen mit einem Ölsumpf realisiert werden. 7 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Filtrationssystems 110, welches im Wesentlichen den identischen Aufbau hat wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 4, weswegen gleichartige Funktionselemente mit um 100 erhöhten Bezugszeichen dargestellt sind. Wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel erfolgt die Filtration des im Ölkreislauf in der Zuführleitung 103 strömenden Öls mittels eines Hauptfilter 104, der auch hier zwei Hauptfiltereinheiten 104A, 104B aufweisen kann, die jeweils mit einer Rückspüleinrichtung versehen sind. Wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel weist der Hauptfilter 104 einen Bypasszweig 151 auf, und zur Aufbereitung des Rückspülfluids ist ein Aufbereitungszweig 130 mit einem Aufbereitungsfilter 131 vorgesehen, dem eine Pumpe 125 und ein schaltbares Mehrwegeventil 140 vorgeschaltet ist. Mittels des Hauptfilters 104 gefiltertes wird dem Schiffsaggregat 101 über die Filtratleitung 109 zugeführt. In die Filtratleitung 109 mündet auch der erste Ventilausgang des Mehrwegeventil 140 bzw. der Filterausgang des dem Mehrwegeventil 140 nachgeschalteten Aufbereitungsfilters 131.Die Abweichung zum vorherigen Ausführungsbeispiel besteht im Wesentlichen nur in dem Vorhandensein eines Ölsumpfs 190, in welchen Fluid stromabwärts hinter dem Schiffsaggregat 101 eingeleitet wird, und aus welchem Öl mittels der Hauptpumpe 122 entnommen und über die Zuführleitung 103 dem Hauptfilter 104 zugeführt wird. Wie 7 gut verdeutlicht, ist der zweite Ventilausgang 143 hier an die Zuführleitung 103 angeschlossen, allerdings stromaufwärts der Hauptpumpe 122. Über ein Rückflusssperrorgan 199 wird verhindert, dass Öl bei geöffnetem Ventilausgang 143 in den Ölsumpf 190 zurückströmen kann. Ansonsten können die einzelnen Funktionselemente wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel ausgeführt sein, weswegen auf die vorherige Beschreibung verwiesen wird.
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8 zeigt noch ein modifiziertes Ausführungsbeispiel für ein Filtrationssystem 210, welches wie beim zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel wiederum mit einem Ölsumpf 290 versehen ist. Auch hier sind funktionsgleiche Elemente mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen und es sind wiederum eine Zuführleitung 203 mit Hauptpumpe 222, ein Hauptfilter 204 mit zwei Hauptfiltereinheiten 204A, 204B, eine Steuereinheit 245 zum Ansteuern von Spülventilen 211A, 211B und ein Aufbereitungszweig 230 mit Aufbereitungsfilter 231 und schaltbarem, stromaufwärts des Aufbereitungsfilters 231 angeordnetem Mehrwegeventil 240 vorhanden. Der zweite Ventilausgang 243 des Mehrwegeventils führt, genauso wie die Zuleitung 295 zwischen Schiffsaggregat 201 und Ölsumpf 290, über eine Verbindungsleitung 286 in den Ölsumpf 290. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dann die Zuführleitung 203 zum Hauptfilter 204, in der auch die Hauptpumpe 222 angeordnet ist, am Boden des Ölsumpfs 290 angeschlossen. Ein Rückflusssperrorgan ist hier nicht zwingend erforderlich. Mittels des Hauptfilters 204 gefiltertes Fuid wird dem Schiffsaggregat 201 auch hier über die Filtratleitung 209 zugeführt, in welche auch der erste Ventilausgang des Mehrwegeventil 240 bzw. der Filterausgang des dem Mehrwegeventil 240 nachgeschalteten Aufbereitungsfilters 231 mündet.
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Für den Fachmann sind aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen ersichtlich, die in den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche fallen sollen. Für die Funktion des Filtrationssystems ist der in dem Schaubild angezeigte Aufbau wesentlich. Die Hauptfiltereinheiten können jeweils nur ein einzelnes Filterelement aufweisen, es könnte ein einziger Hauptfilter vorgesehen sein, oder es könnten auch mehr als zwei Hauptfiltereinheiten vorgesehen sein. Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel für eine Hauptfiltereinheit ist nur beispielhaft. Die Hauptfiltereinheit könnte auch in einem einzigen Gehäuse mehrere Filterelemente aufweisen, wie dies an sich dem Fachmann bekannt ist. Es könnte auch nur ein einzelner Hauptfilter mit einem einzelnen Filterelement vorgesehen sein. Im gesamten Kreislauf könnten zusätzliche Grobfilter oder Abschaltorgane angeordnet sein, auch wenn Bestrebungen bestehen, mit möglichst wenigen Schaltorganen und Absperrorganen einschließlich Rückschlagklappen auszukommen.
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Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen von Filtrationssystemen beschränkt. Einzelne Merkmale der jeweiligen Ausführungsformen könnten auch untereinander kombiniert werden, auch wenn dies unter Bezugnahme auf die Figuren nicht ausdrücklich erwähnt ist. Auch können Einzelelemente, soweit sie keinen unmittelbaren Funktions-Zusammenhang mit anderen Einzelelementen aufweisen, auch weggelassen werden, ohne den Schutzbereich und den Offenbarungsgehalt der Anmeldung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/0028221 A1 [0003]
- JP 2007125479 A [0003]
- JP 6469198 B1 [0003]
- WO 2017/085643 A1 [0004]
