DE60022534T2 - Wiederverwertbare filterpatrone mit druckfestem gehäuse - Google Patents
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Description
- Hintergrund der Erfindung
- Gebiet der Erfindung
- 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.
- Stand der Technik
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Zusammenfassung der Erfindung
- 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.
- 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.
- 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.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemässen Filterbaugruppe. -
2 zeigt eine Draufsicht auf die Filterbaugruppe von1 . -
3 zeigt eine Ansicht im Querschnitt der Filterbaugruppen der1 und2 mit einer aufgesetzten Schmutzkappe, geschnitten entlang der Linie 3-3 von2 . -
4 zeigt ein vergrössertes Detail des oberen Endes der Filterbaugruppe im Querschnitt, welche in3 am oberen Ende eingekreist ist. -
5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Druckbehälters, welcher einen Druckkörper und einen Druckverschluss der Filterbaugruppe der1 –4 umfasst. -
6 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Filtermaterials, des Medienhalters und der Filtermatten der1 –4 . -
7 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des zentralen Schafts, eine optionale Muffe zur Flüssigkeits-Überbrückung sowie O-Ringe der Einsätze der1 –4 . -
8 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Filterkörpers, des Filterverschlusses inklusive einem Einlassrohr als Teil der Kappe, einen Verschlussteil und eine Schmutzkappe aus den Ausführungen der1 –4 . -
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. -
10 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Kappe eines Druckbehälters der Ausführungsform von9 . -
11 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Kappe eines Filtereinsatzes von9 , separiert von der Kappe des Druckbehälters dargestellt. -
12 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht auf ein Einsatzgehäuse und eine Einsatzkappe der3 und8 , separiert dargestellt, um eine Ausführungsform mit einem Aufsatz und einer Aussparung zu illustrieren, welche Gehäuse und Kappe durch Einschnappen verbindet. -
13 zeigt eine perspektivische Ansicht auf das obere Ende eines Filtereinsatzes der3 ,8 und12 , wobei die Einsatzkappe in das Einsatzgehäuse eingeschnappt illustriert ist. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
- In Bezug auf die Abbildungen ist eine, aber nicht die einzige, Ausführungsform der erfindungsgemässen Filterbaugruppe
20 dargestellt, welche einen Filtereinsatz30 im Inneren eines Druckbehälters22 zeigt. Die erfindungsgemässe Baugruppe20 beinhaltet einen Druckbehälter22 , welcher im Wesentlichen als äussere Oberfläche der Baugruppe20 sichtbar ist, und welcher eine Öffnung24 aufweist, durch welche der Hals44 des Filtereinsatzes30 hinausragt, um einen Filterkopf direkt zu verschliessen. Die erfindungsgemässe Baugruppe20 kann gegenüber dem Filterkopf angepasst auf mehrere, unterschiedliche Wege gesichert werden, zum Beispiel mit dem bevorzugten Bajonettverschluss32 auf dem Druckverschluss46 , einem Gewindebolzen oder anderen Verbindungsmitteln. Bevorzugt verbindet der erfindungsgemässe Druckbehälter den Filterkopf mechanisch, wobei solche Verbindungsmittel gegenüber dem Filterkopf nicht flüssigkeitsabdichtend sind. Die Filterbaugruppe20 der Erfindung wirkt mit verschiedenen Filterköpfen zusammen, indem Verbindungsmittel und Grösse und Form des Halses44 , welcher bevorzugt Einlass- und Auslassdurchgänge38 ,134 aufweist, entsprechend angepasst sind. Die in den Zeichnungen dargestellte, bevorzugte Ausführungsform der Filterbaugruppe20 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 Filtereinsatz30 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. - In der bevorzugten Ausführungsform fliesst Flüssigkeit via Filterkopf in den zentralen, axialen Durchlass
134 , in den Filtereinsatz30 via Einlaufende33 des Einlaufrohrteils34 , aus dem Boden des zentralen, axialen Durchlasses134 , hinauf durch die Filtermedien36 (welche ein Medium oder mehrere Medien, Leerräume, Pfade, Halterungen etc. aufweisen können) hindurch, und aus dem Filtereinsatz30 hinaus durch einen konzentrischen, kreisförmigen Durchlass38 um den Einlaufrohrteil34 herum. In der bevorzugten Ausführungsform, besonders vorteilhaft in3 dargestellt, sind drei verschiedene Medien136 ,137 ,138 in Serie angeordnet, wobei auch weitere Anordnungen genutzt werden. Der Filtereinsatz30 beinhaltet optional ein System zur Flüssigkeitsüberbrückung ("bypass")35 , um etwas Flüssigkeit zu ermöglichen, dem Einlaufrohrteil34 entlang ein Stück weit hinunterzufliessen und den zentralen, axialen Durchlass134 zu verlassen, um beispielsweise direkt die oberste Medienschicht138 , anstatt alle drei Medienschichten136 ,137 ,138 , zu durchströmen. Das System zur Flüssigkeitsüberbrückung35 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 Flüssigkeitsüberbrückung35 ist optional und nicht notwendig, um die erfindungsgemässe Vorrichtung oder die erfindungsgemässen Filtrationsmethoden auszuführen. - Der Filtereinsatz
30 erstreckt sich durch eine zentrale, kreisförmige Öffnung24 hoch, in einen Druckverschluss46 hinein und verschliesst den Filterkopf (nicht dargestellt) an zwei Stellen, einem O-Ring42' (dargestellt in den3 und8 der Nut42 ) und einem O-Ring52' mit kleinem Durchmesser (dargestellt in den3 und8 der Nut52 ). Auf diese Weise stützt und hält der Hals zugleich und dichtet den Filtereinsatz30 gegenüber dem Kopf mittels konzentrischem, kreisförmigem Einlass- und Auslasssystem des Filtereinsatzes30 genügend ab. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist somit der Einlass zum Filtereinsatz30 an der Verschlussstelle52 und der Auslass des Filtereinsatzes30 zwischen den O-Ringen42' und52' abgedichtet. - Der Druckbehälter
22 beinhaltet einen Druckkörper54 , welcher im Allgemeinen zylindrisch mit einem geschlossenen und einem offenen Ende ausgeformt ist, sowie einem Druckverschluss46 , der den Druckkörper54 quer durch das offene Ende verbindet. Die Verbindung kann, wie in den Zeichnungen dargestellt, eine Gewindeverbindung sein, kann aber auch anders ausgestaltet sein. Der Druckkörper54 weist bevorzugt axiale Rippen56 zur Verstärkung des Körpers54 auf. Der Druckverschluss46 hat oben eine kreisförmige Öffnung24 , mittig entlang der zentralen Längsachse des Druckbehälters22 , um den hervorstehenden Hals44 aufzunehmen und so zu verlängern, dass ein Filtereinsatz30 einen Kopf adäquat mit den Verschlussstellen42 ,52 , genügend hoch über dem Druckverschluss46 , verbindet. - Im Inneren des Innenraums des erfindungsgemässen Druckbehälters
22 ist der erfindungsgemässe Filtereinsatz30 platziert. Der Einsatz30 umfasst einen Einsatzkörper64 und eine Einsatzkappe66 , die bevorzugt durch einen Schnappverschluss68 , aber auch durch andere Hilfsmittel, verbunden sind. Die Verbindung des Einsatzkörpers64 und der Einsatzkappe66 beinhaltet vorzugsweise einen O-Ring8 oder andere, Flüssigkeit abdichtende Mechanismen, die verhindern, dass Flüssigkeit zwischen Einsatzkörper64 und Einsatzkappe66 austreten kann. - Der Einsatzkörper
64 ist im Allgemeinen zylindrisch, mit einem geschlossenen Boden und einem offenen oberen Ende gegenüber, welches die Einsatzkappe66 verlängert. Die Einsatzkappe66 umfasst radial nach aussen vorstehende Aufsätze ("tabs")65 , welche in regelmässigen Abständen entlang des Umfangs in der Bodenregion der Einsatzkappe66 angeordnet sind. Die Aufsätze65 rasten in regelmässig entlang des Umfangs in der Nähe des oberen Endes des Einsatzkörpers54 angeordneten Aussparungen67 ein, um Körper54 und Kappe66 , nachdem die Einsatzeinbauten und Medien installiert sind. Das obere Ende der Einsatzkappe66 beinhaltet einen zylindrischen Hals44 mit etwa dem halben Durchmesser des grössten Durchmessers der Kappe66 und mit einer Anpassung an der äusseren Oberfläche, um einen O-Ring42' am Kreisumfang der Nut zu halten. - Die bevorzugten Einsatzeinbauten und Medien beinhalten einen oder mehrere Filter oder Aufbereitungsmedien
36 , eine oberste Filzunterlage82 als Medium, einen Medienabscheider182 , eine Abscheide-Filzmatte282 , ein zentrales Rohr ("stem")84 , ein Einlaufrohrende34 , welches mit dem Rohr84 verbunden ist und ein Einlaufende33 aufweist, sowie O-Ringe42' ,52' , ein Überbrückungsrohr37 , einen O-Ring108 , welcher das Überbrückungsrohr37 zum Einlaufrohrteil34 abdichtet, und, falls das Überbrückungssystem35 enthalten ist, einen O-Ring108' , welcher das Überbrückungsrohr37 zum Rohr84 abdichtet, sowie einen O-Ring109 . Wenn das Überbrückungssystem35 nicht enthalten ist, kann das Rohrteil34 angepasst sein, um das Rohr84 abzudichten. Das zentrale Rohr84 liegt auf radial ausgeformten Rippen ("ribs")86 auf einer innseitigen Bodenwand des Einsatzkörpers64 . Die Rippen86 bewirken, dass die Flüssigkeit entlang eines Weges ("path") von der inneren Seite des Rohres84 in die Medien36 fliesst. Das Rohr84 führt ("upends") von den Rippen86 , verlängert durch den Innenraum und durch die Matten ("pads"), den Medienabscheider182 und die Medien36 hindurch, um mit dem Einlaufende33 abzuschliessen. Das Medium36 besteht aus beliebigen Medien oder Medienkombinationen, die die Flüssigkeit beziehungsweise das Getränke in der gewünschten Weise aufbereiten, filtrieren oder konditionieren. Medien36 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. - Inwendig und koaxial zum Einlaufrohrteil
34 ist ein optionales, aufsteckbares Überbrückungsrohr (beziehungsweise Hülse)37 mit einem unteren Teil37' , welches das Rohr84 verbindet und optional Löcher, O-Ringe oder andere Anordnungen ("structure") aufweisen kann, um ein Flüssigkeitsüberbrückungssystem35 vorzusehen. Die Anordnung133 , gezeigt am oberen Ende des Überbrückungsrohrs37 in den12 und13 , kann mit der Schmutzkappe C, gezeigt in den3 ,4 und8 , zusammenwirken. Die Schmutzkappe C kann genutzt werden, um Einlass und Auslass des Einsatzes30 sauber zu halten, und, optional, um mit der Struktur133 Justierungen des Überbrückungsrohrs37 zu ermöglichen. Wie zuvor beschrieben, ist das Flüssigkeitsüberbrückungssystem35 optional und kann geschlossen, blockiert oder entfernt ("eliminated") sein. - Aus einem die Flüssigkeitsströmung betreffenden Blickwinkel dringt die Flüssigkeit in das Einlaufende
33 ein (und durch das Innere des Überbrückungsrohrs37 hindurch), fliesst im Rohr84 hinunter und aus den radialen Rippen86 in den Boden des Einsatzkörpers64 zu den Medien136 . Wie bereits erwähnt kann ein Flüssigkeitsüberbrückungssystem35 optional eingebaut ("incorporated") sein, um einem Teil der Flüssigkeit zu ermöglichen, nur durch einen Teil der Medienzonen zu fliessen. Von den Medien136 fliesst die Flüssigkeit im Allgemeinen axial aufwärts durch die anderen Medien36 , Halter und Matten, durch Öffnungen in das Einlassrohr und in den ringförmigen Raum38 zwischen der inneren Oberfläche der Einsatzkappe66 und der äusseren Oberfläche des Einlaufendes33 . Der ringförmige Raum38 kann Rippen72 aufweisen, die axial im ringförmigen Raum38 verlaufen und das Einlassende33 relativ zur Einsatzkappe66 verstärken. - Wie in
3 gezeigt, liegt der Filtereinsatz30 im Inneren des Druckbehälters22 eng an ("fits closley"), und der Druckbehälter22 wirkt im Wesentlichen als verstärkendes Gehäuse um den gesamten Einsatz30 herum. Im Unterschied zu vielen konventionellen Filtereinsätzen weist der Einsatz30 einen besonderen Hals44 auf, der die vorliegende Erfindung am oberen Ende aus dem Druckbehälter22 hinaus verlängert und direkt zum Filterkopf verschliesst. Der Druckbehälter22 und der Filtereinsatz30 benötigen deshalb keinen Flüssigkeitsverschluss zueinander, dennoch sieht der Erfinder adäquate Ausführungsformen vor, welche zwischen Filtereinsatz30 und Druckbehälter22 abdichten. In der bevorzugten Ausführungsform fliesst/erreicht keine Flüssigkeit im/den Bereich zwischen Verschluss des Druckbehälters (Druckverschluss)46 und Einsatzkappe66 , das heisst, an den üblichen Stellen L, an denen sich die beiden Verschlüsse46 ,66 berühren oder sich oder der Öffnung24 nahe kommen, ist keine Abdichtung notwendig. Folglich benötigt der Einsatzkörper64 Dichtung gegenüber der inneren Oberfläche des Druckkörpers54 , muss aber nahe benachbart sein. - Die verschiedenen Komponenten des Einsatzes
30 sind bevorzugt wiederverwertbar. Im Speziellen bestehen Einsatzkörper64 , Kappe66 , Rohr84 und Distanzstück86 bevorzugt aus wiederverwertbarem Polyethylen oder Polypropylen Die verschiedenen Medien36 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. - Die absolute Wanddicke des Halses
44 ist wichtig, um die geforderten Sicherheitsauflagen bezüglich des Wasserdrucks eines Systems, an das der Filtereinsatz30 und die Filterbaugruppe20 im Allgemeinen angeschlossen ist, zu erfüllen. Um beispielsweise einem Testdruck von 3,45 MPa (500 psi) zu widerstehen, ist eine Polypropylen-Wand T des Halses44 bevorzugt grösser oder gleich 3,18 mm (0,125 Zoll) dick, während die Körperwand des Filtereinsatzes30 ("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 Halses44 . Andere Wandstärken in Abhängigkeit zu den verwendeten Materialien können die Druckerfordernisse ebenfalls erfüllen. Der Hals44 ist bevorzugt über die gesamte Länge dickwandig ausgeführt, das heisst vom oberen Teil144 des Halses44 , durch die Öffnungen24 hindurch, bis hinunter in Bodenbereich244 des Halses44 , der unwesentlich in den Druckbehälter22 hineinragt, und den Hals44 vor einem Bersten im Bereich der Öffnung24 schützt. Beim Einlaufrohrteil34 , welches ebenfalls koaxial mit der Wand des Halses44 aus dem Druckbehälter22 führt, ist kein Dickenvergleich zur Wand des Halses44 nötig, weil das Einlassrohr im Unterschied zur Wand des Halses44 keinem grösseren Differenzdruck standhalten muss. Die Wand des Halses44 widersteht der vollen Druckdifferenz zwischen dem Wasser im Hals44 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 Filtereinsatz30 entspricht. - 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 Filtereinsatzes30 , inklusive Körper64 und Kappe66 . 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 Hals44 ausgeformt ist, der ein Ende des Filtereinsatzes30 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 Halses44 , 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. - Man kann der Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen, dass die Filterbaugruppe
20 , einschliesslich Filtereinsatz30 und Druckbehälter22 , vom Kopf auf einfache Weise entfernbar ist, und dass der wiederverwertbare Filtereinsatz30 vom Druckbehälter22 ebenfalls einfach trennbar ist, indem Schrauben oder anderen Verbindungsmittel gelöst und Verschlusskappe ("pressure cap") und Druckkörper54 voneinander getrennt werden. Der Filtereinsatz30 kann nach dem nachfolgend beschriebenen, beispielhaften Auseinandernehmen der Wiederverwertung zugeführt werden. Andere Mechanismen für ein einfaches Öffnen der Filtereinsatzes30 können ebenfalls zum Einsatz kommen und werden nachfolgend "Verriegelungsmechanismen" ("latch mechanisms") genannt, weil sie ein Schliessen des Filtereinsatzes30 nach Einfüllen des Einsatzkörpers64 mit Medien36 und ein Öffnen des Filtereinsatzes30 ohne grössere Kraftanstrengung oder Beschädigung des Körpers64 oder der Kappe66 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. - Bevorzugt werden zwei Teile des schwachen Abschnitts der äusseren Wand des Filtereinsatzes
30 "verriegelt" und "entriegelt", zum Beispiel bei einer Sicke ("seam") oder Verbindung68 . Ist der bevorzugte Einsatz30 vom bevorzugten Druckbehälter46 entfernt, wird der Einsatz30 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 Druckbehälter22 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 Filtereinsatz30 entfernt werden, ist das Risiko einer Kontamination, zum Beispiel durch eine O-Ring-Schmierung, minimiert. - Mit dem Ziel, den Einsatz
30 auseinanderzubauen, sind vorzugsweise entsprechende Anpassungen vorgesehen, welche die Trennung aller Komponenten des Einsatzes30 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 den12 –13 illustriert wurden, oder andere Trennungssysteme zum Öffnen eines Einsatzes30 , bevorzugt ohne Quetschen oder Bohren durch das Einsatzgehäuse. Die Aufsätze65 sind typischerweise mit der Einsatzkappe66 integriert in der Nähe dessen unteren Endes ausgeformt. Die zusammenwirkenden Aussparungen67 in der Nähe der oberen Kanten des Einsatzkörpers64 nehmen die Aufsätze65 in einrastender Weise auf, um eine semi-permanente Verbindung zwischen Kappe66 und Körper64 herzustellen. Der äussere Umfang am unteren Ende der Kappe66 beinhaltet wegschneidbare Teile69 direkt oberhalb eines jeden Aufsatzes65 , sodass die Verbindung zwischen Aufsatz65 und Aussparung67 durch ein Werkzeug erreicht werden kann. Möchte der Benutzer eines Wiedervertungsgerätes ("recycler") den Filtereinsatz30 auseinander montieren, kann er/sie mit einem Messer oder einem scharfen Werkzeug zwischen Kappe66 und Körper64 direkt oberhalb der Aufsätze65 hinunterführend schneiden, und, sind genügend Aufsätze65 entfernt, den Körper64 von der Kappe66 trennen. Diese oder andere Trennvarianten erlauben einer Person oder einem Werkzeug, das Innere des Einsatzes zu erreichen, die Innereien zu entfernen, die Medien36 vom Einsatz30 zu trennen und die Innereien und Medien genauso wie die äussere Kappe46 und Körperkomponenten der Wiederverwertung zuzuführen.
Claims (20)
- Flüssigkeitsfilterbaugruppe (
20 ) zum Verbinden mit einem Filterkopf, wobei die Baugruppe (20 ) einen Druckbehälter (46 ,54 ) zum mechanischen Verbinden mit dem Filterkopf und einen Filtereinsatz (30 ) umfasst, der entfernbar in dem Druckbehälter (46 ,54 ) aufgenommen ist, wobei der Filtereinsatz (30 ) ein Einsatzgehäuse (64 ,66 ) mit einer Bodenwand (86 ) und einer axialen Seitenwand, die von dem Druckbehälter (46 ,54 ) abgedeckt sind, und ein oberes Ende mit einer radialen Wand und einem Hals (44 ) mit einem unteren Ende, das sich allgemein zentral an der radialen Wand befindet, umfasst, wobei der Hals (44 ) axial von der radialen Wand hochsteht und zum Verbinden mit dem Filterkopf aus dem Druckbehälter (46 ,54 ) hinausragt, wobei der Hals (44 ) Einlass- und Auslassdurchgänge (38 ,134 ) hat, die zum dichten Verbinden mit dem Filterkopf für Flüssigkeitskommunikation mit dem Filterkopf ausgeführt sind, wobei die Filterbaugruppe (20 ) dadurch gekennzeichnet ist, dass: der Druckbehälter (46 ,54 ) einen radialen Abschnitt hat, der radial über die genannte radiale Wand zu dem genannten unteren Ende des Halses (44 ) verläuft, sodass der genannte Druckbehälter (46 ,54 ) die Gesamtheit des Einsatzgehäuses (64 ,66 ) ausser dem Hals (44 ) verstärkt. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 1, bei der der genannte radiale Abschnitt des Druckbehälters (46 ,54 ) keine Flüssigkeitsdichtung zum Filterkopf und keine Flüssigkeitsdichtung zum Filtereinsatz (30 ) umfasst. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 1, bei der der genannte radiale Abschnitt des Druckbehälters (46 ,54 ) eine kreisförmige obere Öffnung (24 ) hat, durch die der Hals (44 ) zum Verbinden mit dem Filterkopf hochsteht. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 1, bei der der genannte Druckbehälter (46 ,54 ) einen Druckkörper (54 ), der über die genannte Bodenwand (86 ) und aufwärts an der genannten axialen Seitenwand entlang verläuft, und einen abnehmbaren Druckverschluss (46 ) umfasst, der mit dem Druckkörper (54 ) verbunden ist und den genannten radialen Teil umfasst, der über die Gesamtheit der genannten radialen Wand des oberen Endes des Einsatzgehäuses (64 ,66 ) verläuft und sie abdeckt. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 4, bei der der Druckverschluss (46 ), der zum mechanischen Verbinden (32 ) mit dem Filterkopf ausgeführte Teil des Druckbehälters (46 ,54 ) ist. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 4, bei der der Druckverschluss (46 ) über eine Gewindeverbindung mit dem Druckkörper (54 ) verbunden ist. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 4, bei der der genannte Filtereinsatz (30 ) einen Einsatzkörper (64 ) und eine Einsatzkappe (66 ) umfasst, die durch einen Verriegelungsmechanismus (65 ,67 ) trennbar miteinander verbunden sind, wobei der genannte Einsatzkörper (64 ), die genannte Bodenwand (86 ) und die genannte axiale Seitenwand umfasst und wobei die genannte Einsatzkappe (66 ) die genannte radiale Wand und den genannten Hals (44 ) umfasst. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 7, bei der der genannte Druckverschluss (46 ) von dem Druckkörper (54 ) abnehmbar ist, um das Entfernen des Filtereinsatzes (30 ) aus dem Druckbehälter (46 ,54 ) zu ermöglichen, und die Einsatzkappe (66 ) durch den genannten Verriegelungsmechanismus (65 ,67 ) von dem Einsatzkörper (64 ) entfernt werden kann, um Zugang zu in dem Einsatzgehäuse (64 ,66 ) enthaltenen Filtermedien (136 ,137 ,138 ) zu ermöglichen. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 8, bei der der genannte Verriegelungsmechanismus (65 ,67 ) eine Mehrzahl von Ansätzen (65 ) an der genannten Einsatzkappe (66 ) und entsprechende Schlitze (67 ) in dem genannten Einsatzkörper (64 ) umfasst, die die genannten Ansätze (65 ) aufnehmen. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 8, bei der der genannte Verriegelungsmechanismus (65 ,67 ) Ansätze (65 ) an einer Aussenwand der Einsatzkappe (66 ) umfasst, die sich in Aussparungen (67 ) in dem Einsatzkörper (64 ) erstrecken, und das Einsatzgehäuse (64 ,66 ) geöffnet werden kann, indem die Ansätze (65 ) von der Aussenwand der Einsatzkappe abgeschnitten werden. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 1, bei der das Einsatzgehäuse (64 ,66 ) aus Kunststoff ist und eine Wanddicke im Bereich von 1,27 – 1,78 mm (0,05 – 0,07 Zoll) hat und bei der der Hals (44 ) eine Aussenwand hat, die aus Kunststoff ist und eine Halswanddicke grösser oder gleich 3,18 mm (0,125 Zoll) hat, sodass der einzige drucktragende Teil des Einsatzgehäuses (64 ,66 ) der Hals (44 ) ist und die Kunststoffgesamtmenge in dem Einsatzgehäuse (64 ,66 ) für besseres Recycling minimiert ist. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 1, bei der das gesamte Einsatzgehäuse (64 ,66 ) ausser dem genannten Hals (44 ) eine Wanddicke hat, die einem Innendruck von höchstens 68,0 kPa (10 psi) über atmosphärischem Druck standhalten kann ohne zu bersten, sodass der einzige drucktragende Teil des Einsatzgehäuses (64 ,66 ) der Hals (44 ) ist und die Kunststoffgesamtmenge in dem Einsatzgehäuse (64 ,66 ) für besseres Recycling minimiert ist. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 1, bei der der Hals (44 ) eine Aussenwand mit einer Dicke hat und die genannte Bodenwand (86 ), axiale Seitenwand und die genannte radiale Wand des oberen Endes Wanddicken haben, die kleiner als die Hälfte der Dicke der Halsaussenwand sind, sodass der einzige drucktragende Teil des Einsatzgehäuses (64 ,66 ) der Hals (44 ) ist und die Kunststoffgesamtmenge in dem Einsatzgehäuse (64 ,66 ) für besseres Recycling minimiert ist. - Filterbaugruppe (
20 ) nach Anspruch 1, bei der das gesamte Einsatzgehäuse (64 ,66 ) ausser dem genannten Hals (44 ) eine Wanddicke hat, die so ausgebildet ist, dass sie nicht drucktragend ist. - Recyclingfähiger Flüssigkeitsfiltereinsatz (
30 ) zum herausnehmbaren Einsetzen in einen Druckbehälter (46 ,54 ) und zum Verbinden mit einem Filterkopf, wobei der Filtereinsatz ein Einsatzgehäuse (64 ,66 ) mit einer Bodenwand (86 ) und einer axialen Seitenwand und ein oberes Ende mit einer radialen Wand und einem Hals (44 ) mit einer unteren Ende, das sich allgemein zentral an der radialen Wand befindet, umfasst, wobei der Hals (44 ) axial von der radialen Wand hoch steht und Einlass- und Auslassdurchgänge (38 ,134 ) hat, die zum dichten Verbinden mit dem Filterkopf für Flüssigkeitskommunikation mit dem Filterkopf ausgeführt sind, wobei der Filtereinsatz (30 ) dadurch gekennzeichnet ist, dass: der genannte Hals (44 ) eine Aussenwand mit einer Dicke hat, die einem Innendruck von mehr als 3,28 MPa (475 psi) über atmosphärischem Druck standhalten kann ohne zu bersten, und das gesamte Einsatzgehäuse (64 ,66 ) einschliesslich der radialen Wand des oberen Endes und ausschliesslich des Halses (44 ) eine Wanddicke hat, die höchstens 68,9 kPa (10 psi) standhalten kann ohne zu bersten, sodass der einzige drucktragende Teil des Einsatzgehäuses (64 ,66 ) der Hals ist und die Kunststoffgesamtmenge in dem Einsatzgehäuse (64 ,66 ) für besseres Recycling minimiert ist. - Recyclingfähiger Flüssigkeitsfiltereinsatz (
30 ) nach Anspruch 15, wobei der genannte Filtereinsatz (30 ) einen Einsatzkörper (64 ) und eine Einsatzkappe (66 ) umfasst, die durch einen Verriegelungsmechanismus (65 ,67 ) trennbar miteinander verbunden sind, wobei der genannte Einsatzkörper (64 ) die genannte Bodenwand (86 ) und die genannte axiale Seitenwand umfasst und wobei die genannte Einsatzkappe (66 ) die genannte radiale Wand und den genannten Hals (44 ) umfasst. - Recyclingfähiger Flüssigkeitsfiltereinsatz (
30 ) nach Anspruch 16, bei dem die Einsatzkappe (66 ) durch den genannten Verriegelungsmechanismus (65 ,67 ) von dem Einsatzkörper (64 ) entfernt werden kann, um Zugang zu in dem Einsatzgehäuse (64 ,66 ) enthaltenen Filtermedien (136 ,137 ,138 ) zu ermöglichen. - Recyclingfähiger Flüssigkeitsfiltereinsatz (
30 ) nach Anspruch 17, bei dem der genannte Verriegelungsmechanismus (65 ,67 ) eine Mehrzahl von Ansätzen (65 ) an der genannten Einsatzkappe (66 ) und entsprechende Schlitze (67 ) in dem genannten Einsatzkörper (64 ) umfasst, die die genannten Ansätze (65 ) aufnehmen. - Recyclingfähiger Flüssigkeitsfiltereinsatz (
30 ) nach Anspruch 17, bei dem der genannte Verriegelungsmechanismus (65 ,67 ) Ansätze (65 ) an einer Aussenwand der Einsatzkappe (66 ) umfasst, die sich in Aussparungen (67 ) in dem Einsatzkörper (64 ) erstrecken, und das Einsatzgehäuse (64 ,66 ) geöffnet werden kann, indem die Ansätze (65 ) von der Aussenwand der Einsatzkappe (66 ) abgeschnitten werden. - Recyclingfähiger Flüssigkeitsfiltereinsatz (
30 ) nach Anspruch 17, bei dem das Einsatzgehäuse (64 ,66 ) aus Kunststoff ist und eine Wanddicke im Bereich von 1,27 – 1,78 mm (0,05 – 0,07 Zoll) hat und bei dem der Hals (44 ) eine Aussenwand hat, die aus Kunststoff ist und eine Halswanddicke grösser oder gleich 3,18 mm (0,125 Zoll) hat.
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