DE4128747A1 - Filter zur teilchenabscheidung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Filter nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.

Filter werden für die verschiedensten Zwecke verwendet, bei­ spielsweise zum Abscheiden von Teilchen aus Gasen oder Flüssig­ keiten. Bei hohen Anforderungen an die Filterwirkung ergeben sich Abdichtungsprobleme zur klaren Trennung des zugeführten, verunreinigten und des abgeführten, gereinigten Mediums. Man hat sich bei an sich bekannten Filtern dadurch beholfen, daß das Filterpaket selbst und zusammen mit dem Rahmen oder Gehäuse dicht vergossen werde. Dies hat indessen den Nachteil, daß solche Filter zur Regenerierung nicht mehr zerlegt werden können. Derartige mit Filtrierrückständen gesättigte Filter müssen als Ganzes entsorgt werden, wobei je nach ausgefiltertem Schadstoff ein relativ großes Sondermüllvolumen anfällt.

Aus der US-PS 46 36 232 ist ein Luftfilter bekannt geworden, bei dem einzelne Rahmen jeweils wechselseitig übereinander gestapelt werden und dazwischen eine Filtermatte angeordnet wurde. Die Rahmen sind in Strömungsrichtung mit Öffnungen für die Luft versehen, so daß die auf der einen Seite des Rahmens eintretende Luft nach dem Durchgang durch die Filter­ matte über den benachbarten Rahmen auf der anderen Seite aus­ treten konnte. Die Fixierung der Filtermatten erfolgte durch schmale Stege je innerhalb eines hochstehenden Randes. Die Rahmen werden durch in Schlitze eingreifende Zungen relativ zueinander fixiert. Da ein solcher Verbund nicht dicht sein kann, müssen derartige Filter von einer Schrumpffolie umgeben werden, wobei diese Schrumpffolie zugleich die Rahmen verspannt. Nachteilig ist dabei, daß die Dichtigkeit an den von der Schrumpffolie nicht bedeckten Einström- und Ausströmseiten unbefriedigend ist, namentlich weil hier kein genügender An­ preßdruck zwischen diesen Rahmenseiten und den Folienmatten erreichbar ist. Zu­ dem ist der Grad der Verspannung über eine Schrumpffolie nicht definierbar, nicht einstellbar und auf Grund des Kriechver­ haltens der Folie nicht konstant. Eine zu große Vorspannung kann zur Beschädigung der Filtermatte führen, was namentlich bei Verwendung von Glasvliesfiltermedien zu Glasbruch führt und eine zu kleine Vorspannung zusätzliche Undichtheiten er­ gibt. Eine Reinigung des Filters mittels Druckluft oder Druck­ flüssigkeit im Gegenstrom ist praktisch unmöglich, da die Schrumpffolie auf den stützstrebenseitig offenen Flächen die Schlauchfolie aufblähen und zum Platzen bringen würde. Auch eine Regenerierung durch Auswechseln der Filtermatten ist sehr umständlich, da die Filtermatten zwischen den hochste­ henden seitlichen Rändern gehalten sind und bei vertikaler Lage und gelockerten Rahmen nicht unter der Schwerkraft heraus­ fallen. Ein Wechsel der Filtermatten wäre somit nur möglich durch vollständiges Trennen der einzelnen Rahmen voneinander, was wegen den bruchgefährdeten Zungen fragwürdig ist.

Aus dem EP-A-03 17 674 ist ferner ein Filter bekannt, bei dem die Filtermatte zickzack-förmig um übereinander geschichtete Rahmen geführt ist. Die Rahmenenden sind hier durch eine Ver­ gußmasse permanent dicht miteinander und mit dem Außenrahmen verbunden. Somit ist kein Wechsel der Filtermatte möglich, wodurch ein solcher Filter nur als Ganzes entsorgt werden kann.

Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Filter zu schaffen, der einen einfachen Aufbau hat, die Verwendung untereinander weitgehend gleicher, nach einer Regenerierung wiederverwendbarer Teile ermöglicht, der eine hohe Dichtigkeit gewährleistet und bei dem die Filtermedien leicht auswechselbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches genannten Merkmale gelöst.

Da die ebenen Filtermedien je zwischen planen Dichtflächen - also ohne hochstehenden Rand - liegen und zwischen diesen Dichtflächen mit einer vorbestimmbaren Spannkraft festgehalten werden, wird eine hohe Dichtwirkung erreicht. Durch Lösen der Spannorgane lassen sich die Rahmen voneinander distanzieren, wodurch die Filtermedien in einfacher Weise ausgewechselt werden können. In der Praxis kann dies dadurch erfolgen, daß der Filter in vertikaler Lage über einen Behälter angeordnet oder aufgehängt wird. Nach dem Lösen der Spannorgane können dann die Filtermedien samt Filterrückständen direkt in den darunter liegenden Behälter fallen. Da die Spannorgane außer­ halb der Filterfläche angeordnet sind, werden die Filtermedien′ nicht perforiert oder sonstwie geschwächt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Rahmen auf den mit Einström- bzw. Ausström-Öffnungen versehenen Seiten eine größere Höhe als auf der gegenüberliegenden Seite. Da­ durch wird bei wechselseitiger Stapelung solcher Rahmen die Bauhöhe eines Filters reduziert bei praktisch gleichem Gesamt­ querschnitt für den Durchgang des Fluidums. Wenn die wechsel­ seitig zu schichtenden Rahmen untereinander gleich ausgebildet werden, lassen sich für alle Rahmen die gleichen Spritz- oder Gießformen verwenden.

Da sich die Spannorgane seitlich außerhalb den Einström­ bzw. Ausström-Öffnungen anordnen lassen, ergibt dies einen ungehinderten freien Durchgang zum einfachen Auswechseln der Filterelemente.

Eine formstabile und strömungstechnisch zweckmäßige Ausge­ staltung der Dichtflächen auf der Ein- und Ausströmseite ist durch die Anordnung von zwei flachen Metallschienen möglich, welche die Ein- bzw. Ausström-Öffnungen begrenzen. Die Stütz­ streben liegen dabei zwischen diesen beiden Metallschienen und begrenzen durch ihre distanzbolzenartigen Enden den Abstand zwischen diesen Metallschienen. Dadurch wird der Quer­ schnitt der Ein- und Ausström-Öffnungen nur minimal reduziert.

Die Stützstreben, auf denen die Filtermedien aufliegen, werden vorzugsweise am geschlossenen Rahmenende zu einem gemeinsamen Verbindungsstab vereinigt, was eine besonders rationelle Her­ stellung im Kunststoff-Spritzverfahren ermöglicht. Damit das Filtermedium zwischen den Stützstreben benachbarter Rahmen kein Spiel hat und dadurch namentlich bei einer Gegenstrom-Rege­ nerierung das Filtermedium gut gestützt bleibt, ist die Höhe der Stützstreben nur wenig geringer als je der Abstand der Dichtflächen an beiden Enden der Stützstreben.

Damit die in großer Zahl notwendigen Rahmen möglichst ra­ tionell hergestellt werden können, ist es zweckmäßig, diese - mit Ausnahme der Metallschienen - im Kunststoff-Spritzverfahren einstückig herzustellen.

Weitere Varianten bestehen darin, den Rahmen vollständig aus einem einzigen Kunststoffstück oder aus Metall, insbesondere Aluminium, herzustellen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Stützstreben liegt in einem Verhältnis bei dem ihre Länge das 10- bis 20-fache, vor­ zugsweise etwa das 12-fache beträgt, was eine gute Stützwirkung für das Filtermedium und eine geringe Durchhangsneigung dieses Filtermediums sowie eine ausreichende Steifigkeit der Stütz­ streben in Längsrichtung ergibt.

Als Filtermedium können je nach dem verlangten Reinheitsgrad unterschiedliche Materialien, wie z. B. Filtervliese oder Filter­ papiere verwendet werden. Als zweckmäßig hat sich für hohe Abscheidegrade für Schwebstoff-Filter die Verwendung von Filter­ medien aus einem Glasfaservlies erwiesen, welche bei automa­ tischer Abreinigung besonders lange Standzeiten ergeben.

Anstelle von Filtern in Würfel- oder Kubus-Form ist es auch möglich hohlzylindrische Aufbauten in Form von Patronenfiltern zu wählen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen­ standes schematisch dargestellt und werden nachstehend erläu­ tert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Filter in teilweise ausein­ andergezogener Darstellung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines einzelnen Rahmens,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Eckbereiches eines Rahmens,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine erste zylindrische Aus­ führungsform,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine zweite zylindrische Aus­ führungsform,

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6.

Filter gemäß Fig. 1 enthalten mehrere zu einem Paket überein­ ander geschichtete Rahmen 10, zwischen denen je ein flächen­ artiges, ebenes Filtermedium 12 angeordnet wird. Die unter­ einander gleich ausgebildeten Rahmen 10 werden wechselseitig angeordnet. Zur Teilchenabscheidung tritt das gasförmige oder flüssige, verunreinigte Durchflußmedium auf der Einströmseite 4 durch Einströmöffnungen 16 je eines Rahmens 10 ein und ver­ läßt den Filter gereinigt auf der Ausströmseite 5 nach dem Durchdringen des Filtermediums 12 durch Ausströmöffnungen 17 benachbarter Rah­ men 10.

Die Ausbildung der einzelnen Rahmen 10 geht aus den Fig. 2 und 3 hervor. Jeder rechteckige oder quadratische Rahmen 10 enthält zwei zueinander parallele Längsrahmenteile 6 und 13 und zwei zu diesen rechtwinklig verlaufenden Querrahmenteile 15, welche zusammen einen rechteckigen Raum begrenzen. In diesem Raum befindet sich eine Mehrzahl von untereinander und zu den Querrahmenteilen 15 parallelen Stützstreben 14, die im Abstand zueinander angeordnet sind. Auf der Außenseite der Querrahmenteile 15 befinden sich vier Befestigungslappen 20, die je mit einer Durchgangsöffnung 21 für Spannbolzen 24 versehen sind. Der Längsrahmenteil 6 hat eine größere Höhe als der Längsrahmenteil 13. Die Dicke der Querrahmen­ teile 15 und der Stützstreben 14 nimmt vom Längsrahmenteil 6 ausgehend in Richtung gegen den Längsrahmenteil 13 hin kon­ tinuierlich ab. Durch die wechselseitige Anordnung der Rahmen 10 haben jeweils zwei Rahmen 10 zusammen die gleiche Höhe.

Die Längsrahmenteile 6 enthalten je zwei voneinander distan­ zierte Metallschienen 8 zwischen die die Enden 9 der Stützstre­ ben 14 hineinragen. Die Befestigung zwischen den Stützstreben 14 und den Metallschienen 8 erfolgt durch in Bohrungen 19 oder mindestens Vertiefungen der beiden Metallschienen 8 hinein­ ragende Zapfen, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Die Stützstreben 14 bilden zusammen mit dem Längsrahmenteil 11, den Querrahmenteilen 15 und den Befestigungslappen 20 ein einziges Stück, vorzugsweise aus Kunststoff. Die Öff­ nungen zwischen den beiden Metallschienen 8 und den Stütz­ streben 14 bilden die Einström- bzw. Ausströmöffnungen 16, 17 für das Durchflußmedium, insbesondere Luft oder eine Flüssig­ keit. In Fig. 2 ist nur ein Teil der Stützstreben 14 und der Ein- bzw. Ausströmöffnungen 16, 17 dargestellt; selbstverständ­ lich ist der ganze Raum zwischen den Längs- und Querrahmen­ teilen 6, 10, 15 mit in gleichmäßigen Abständen angeordneten Stützstreben 14 und Einström- bzw. Ausströmöffnungen 16, 17 versehen.

Die Außenseiten der beiden Metallschienen 8 sowie der Quer­ rahmenteile 13, 15 bilden je plane, flächenartige Dichtflächen 11, gegen welche die Filtermedien 12 satt anliegen. Im zu­ sammengebauten Zustand werden die Filtermedien unter Flächen­ pressung dicht geklemmt. Die Filtermedien 12 werden beidseitig von den sich direkt gegenüberliegenden Stützstreben 14 ge­ stützt. Gegenüber den Dichtflächen 11 sind die Stützstreben 14 beidseitig je um einen geringen Abstand a zurückversetzt, der bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 3-8, vorzugs­ weise etwa 5 Hundertstel Millimeter beträgt, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht. Dieser Abstand a kann in Abhängigkeit des verwendeten Filtermediums auch eine angepaßte unterschied­ liche Größe haben.

Um eine gute Stützfunktion der Stützstreben 14 für das Filter­ medium 12 auch bei einer allfälligen Abreinigung mit erhöhtem Gegendruck sicherzustellen ist es zweckmäßig, daß die Länge der Stützstreben 14 das 10-20-fache, vorzugsweise etwa das 12-fache ihres gegenseitigen Abstandes haben.

Eine Mehrzahl solcher wechselweise übereinander geschichteter Rahmen 10, je unter Zwischenlage eines Filtermediums 12 werden durch lösbare Spannorgane dicht zusammengepreßt. Dies erfolgt durch zwei Endplatten 18, die durch mehrere, insbe­ sondere vier Spannbolzen 24 mittels Gewindemuttern 26 zusam­ mengeklemmt werden. Um einen möglichst gleichmäßigen Preß­ druck ausüben zu können, kann es zweckmäßig sein, die beiden Endplatten 18 vorzuspannen. Die Spannbolzen 24 durchdringen je die Öffnungen 21 der Lappen 24 weitgehend spielfrei, so daß die Rahmen genau übereinander liegen.

Die Befestigungslappen 20 und damit die Spannbolzen 24 be­ finden sich auf der Außenseite der Querrahmenteile 15. Da­ durch kann das Filtermedium 12 - ohne Behinderung durch die Spannorgane - in Richtung parallel zu den Stützstreben 14 in die Rahmen 10 eingelegt oder herausgenommen werden. Zur Auswechslung von gesättigten Filtermedien 12 können Filter­ medien 12 nach Lösen der Spannorgane - bei vertikaler Lage - direkt nach unten herausfallen.

Die Rahmen 10 bestehen mit Ausnahme der Metallschienen 8 aus einem möglichst wärme- und chemikalienbeständigen Kunststoff.

Als Ausführungsvariante könnte der Rahmen 10 aus einem ein­ zigen Kunststoff oder Metallstück, insbesondere einer Alu­ minium-Legierung bestehen.

Als Filtermedium können - je nach gewünschtem Abscheidegrad - beispielsweise eine Filtermatte aus einen Papiervlies, Glas­ faser- oder Kunststoff-Vlies verwendet werden, die je nach Verwendungszweck physikalisch, chemisch oder biologisch zu­ sätzlich behandelt sein können. Für Schwebstoff-Filter eignen sich als Filtermedium Glasfaservliese. Bei diesen ist es be­ sonders wichtig, daß diese an den Dichtflächen möglichst flächig aufliegen und der Preßdruck sorgfältig dosiert werden kann, um ein Zerdrücken und Brechen der Fasern zu vermeiden.

Nach dem gleichen Filter-Prinzip können auch zylindrische Patronen-Filter gebaut werden, wie solche aus den Fig. 5-7 hervorgehen.

Bei den Ausführungsvarianten nach den Fig. 5-7 bilden die Rahmen 30 einen Hohlzylinder, wobei die Stützstreben 34 radial verlaufen. Die Stützstrebenlänge beträgt hier nur etwa das 2-3fache ihres gegenseitigen Abstandes. Üblicherweise wird das Durchflußmedium von außen nach innen geführt, mit Ab­ fluß durch den zentralen Hohlraum 36; es wäre indessen auch die umgekehrte Durchflußrichtung möglich.

Das Filtermedium 12 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 5 kreisringförmig und befindet sich je zwischen zwei ebenfalls kreisringförmigen, planparallelen Rahmen 30, die zu einem Filterpaket geschichtet sind. Der zentrale Hohlraum 36 ver­ bindet alle Ausströmöffnungen. Die Einströmöffnungen 46 be­ finden sich auf der Außenseite. Das Filterpaket ist, vorzugs­ weise in vertikaler Lage, an einem Filterboden 40 festge­ macht und wird mit beiden runden Endplatten 38 durch einen zentralen Spannbolzen 24 und eine Gewindemutter 26 über eine obere und untere Dichtung 42 zusammengepreßt.

Bei der Ausführungsvariante eines Patronenfilters nach den Fig. 6 und 7 besteht der Unterschied gegenüber Fig. 5 darin, daß die Filtermedien 12 je rechteckig ausgeführt sind und sich praktisch über die ganze Höhe des Filterpaketes erstrecken. Es sind hier zwei unterschiedliche, konische Rahmen 50 vor­ handen mit rechteckigen, gegen das Zentrum konisch zusammen­ laufenden Teilen. Die für das Durchströmen des Fluidums not­ wendige Öffnung alterniert von Teil zu Teil von außen nach innen. Je eine obere und untere Spannschelle 48 preßt radial Rahmen und Filtermedien zusammen und bewirkt dadurch eine einwandfreie Dichtung. Im übrigen bedeuten gleiche Bezugs­ zahlen gleiche Teile wie in Fig. 5.

Die in den Fig. 1-4 dargestellten Merkmale lassen sich in entsprechender Weise auch bei den Ausführungen nach Fig. 5 und 6 verwirklichen.

Filter der beschriebenen Art eignen sich zur Teilchenab­ scheidung für gasförmige oder flüssige Durchfluß-Medien.

Je nach dem verlangten Abscheidungsgrad können unter­ schiedliche Filtermedien eingesetzt werden, die vorzugs­ weise als dünne, flache Filtermatten ausgebildet sind. Die gute Stützwirkung der Filtermedien durch die Stützstreben erlaubt auch eine gasförmige oder flüssige Abreinigung im Gegenstrom unter erhöhtem Druck oder durch Saugwirkung.

Claims (15)

1. Filter zur Teilchenabscheidung mit mehreren schichtweise angeordneten Rahmen, zwischen denen sich flächenartige Filter­ medien befinden, die Rahmen wechselseitig gegenüberliegende Einström- und Ausström-Öffnungen aufweisen und mit mehreren im Rahmen im Abstand voneinander in Strömungsrichtung verlau­ fende Stützstreben zur Abstützung der jeweiligen Filtermedien, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (10, 30, 50) allseitig vollständig plan ausgebildete Dichtflächen (11) aufweisen, zwischen denen die Filtermedien (12) durch Flächenpressung festklemmbar sind, das Filter-Rahmenpaket durch an beiden Enden angeordnete Endplatten (18, 38) mittels lösbarer Spannorgane (24, 26, 48) zusammengepreßt ist und die Spannorgane (24) außerhalb der Fläche der Filterelemente (12) angeordnet sind.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (10) in an sich bekannter Weise je auf ihrer Einström- bzw. Ausströmseite (4, 5) eine größere Höhe als auf ihrer gegenüberliegenden Rahmenseite haben und die Rahmen (10) wechsel­ seitig übereinander liegen und untereinander gleich ausgebildet sind.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (10) - in der Draufsicht - quadratisch oder rechteckig sind und die Spannorgane (24, 26) zwischen den End­ platten (18) - bezogen auf die Strömungsrichtung - seitlich außerhalb der Einström- bzw. Ausströmöffnungen (16, 17) und außerhalb des Filtermediums (12) angeordnet sind.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rahmen (10) je auf ihrer Einström- bzw. Aus­ strömseite (4, 5) zwei zueinander parallele, außen die Dichtflächen (7) bildende, flache Metallschienen (8) auf­ weisen, zwischen denen sich die einen Enden (9) der Stützstre­ ben (14) befinden.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeich­ net, daß die zueinander parallelen Stützstreben (14) an ihrem einen Ende untereinander durch einen einstückigen, Dichtflächen (11) bildenden Rahmenteil (13) vereint sind und die Höhe der Stützstreben (14) geringer ist als der über die Außenseiten der Dichtflächen gemessene Abstand.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rahmen (10) - mit Ausnahme von zwei die Ein­ ström- bzw. Ausström-Öffnungen (16, 17) begrenzenden Metall­ schienen (8) - aus einem einzigen Kunststoff-Stück besteht.

7. Filter nach einem der Ansprüche 1-3 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rahmen (10) aus einem einzigen Kunststoff­ stück besteht.

8. Filter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rahmen vollständig aus Metall, vorzugsweise aus einer Aluminium-Legierung besteht.

9. Filter nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge der Stützstreben (14) das 10- bis 20-fache, vorzugsweise etwa das 12-fache ihres gegenseiti­ gen Abstandes beträgt.

10. Filter nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filtermedium ein flaches, rechteckiges Filtervlies, insbesondere ein Schwebstoff-Filtermedium ist.

11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium ein Papier-, Glasfaser- oder Kunststoff- Filtervlies ist.

12. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Endplatte (18) aus metal­ lischem Werkstoff ist und entgegengesetzt zur Zugrichtung der Spannorgane (24) vorgebogen ist.

13. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (30) planparallel und das Filtermedium (12) kreisförmig ausgebildet sind und runde Endplatten (38) je an den Stirnseiten angeordnet sind und die Durchflußwege angenähert radial verlaufen (Fig. 5).

14. Filter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (50) wechselseitig nach innen und nach außen konisch geneigt sind.

15. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper Kreisringform hat, je zwei unterschied­ liche rechteckige Rahmen (50) vorhanden sind, welche beide gegen das Zentrum hin konisch zusammenlaufen, die für das Durchströmen des Fluidums notwendige Öffnung alternierend außen oder innen liegt, das Filtermedium (12) rechteck­ förmig ausgebildet ist und die Durchflußwege angenähert radial verlaufen (Fig. 6, 7).