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Die
Erfindung betrifft Filter, insbesondere Filter mit erhöhter Lebensdauer
und noch spezieller Kombinationen, die Filter- und Speicherfunktionen trennen.
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Endverbraucher
versuchen die Wartungsintervalle zu vergrößern und die Wartung von verschiedenen
Maschinen, die eine Filterung von Arbeitsfluid benötigen, wie
z. B. Schmieröl
bei Verbrennungsmotoren, hydraulisches Fluid bei hydraulische Anlagen u.
dgl., zu reduzieren. Letztendlich würde der Verbraucher bevorzugen,
wartungsfreie Anlagen zu haben. Aufgrund einer Vielzahl von Gründen konnte dieses
Ziel nicht erreicht werden. Einer der Gründe ist die Erfordernis für Filter,
wie z. B. Schmieröl-,
Hydraulik- und Kraftstoffilter, regelmäßig gewartet zu werden. Im
Fall konventioneller wegwerfbarer Filter haben die Filter eine Schmutzhaltekapazität, die nicht
groß genug
ist, um die Lebensdauer der Anlage auszureichen. Im Fall reinigbarer
Filter stellt die Kapazität
kein Problem dar, wenn der Filter regelmäßig gereinigt wird, aber stattdessen
muß der
von dem Filter entfernte Schmutz irgendwie entsorgt werden. Eine
mögliche
Lösung
bei einem Verbrennungsmotor ist es den Schmutz mit dem Kraftstoff
zu verbrennen, wie z. B. in der
EP 1 008 731 A1 gezeigt ist. Dieser spezielle
Stand der Technik bildet den Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung.
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Ein
anderes Filtersystem (
US
5,906,733 A ) zeigt eine Kombinationen eines reinigbaren
Filters mit einem Schmutzabscheider. Der reinigbare Filter kann
rückgewaschen
werden, wobei das Arbeitsfluid als Reinigungsfluid verwendet wird.
Der Schmutzabscheider weist eine Zentrifuge mit einem Rotor auf, der
durch eine Bewegungskraft zur Rotation angetrieben wird. Die Bewegungskraft
wird durch Verwendung des Arbeitsfluids einerseits und durch Verwendung
eines Mediums von einer separaten Quelle, wie z. B. eines Fluids,
einer Flüssigkeit
oder eines Gases, bereitgestellt.
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Die
Erfindung basiert auf dem technischen Problem ein Filtersystem zur
Filterung des Arbeitsfluids einer Maschine zu schaffen, basierend
auf einem Rückwaschkonzept
mit dem Ergebnis einer hohen Reinigungsleistung bei gleichzeitig
geringem konstruktiven Aufwand.
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Das
oben angegebene technische Problem wird durch ein Filtersystem mit
den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird ein reinigbarer rückwaschbarer
Filter bereitgestellt, wie z. B. gezeigt in den US-Patenten 5,462,679,
5,779,900, 5,858,224, der
EP
1 008 731 A1 und den gemeinsam gehaltenen schwebenden US-Anmeldungen
SN 09/563,737, angemeldet am 3. Mai 2000 (korrespondierend zur
EP 1 151 783 A1 ) und
SN 09/466,388, angemeldet am 17. Dezember 1999 (korrespondierend
zur
EP 1 108 456 A1 ),
in Kombination mit einem Schmutzabscheider, der das schmutzbelastete
Arbeitsfluid rückgewaschen
von dem reinigbaren Filter aufnimmt und filtert. Der Schmutzabscheider
trennt den Schmutz von dem Arbeitsfluid und außerdem speichert er den Schmutz.
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In
einer Ausführung
wird das Fluid nach Trennung von dem Schmutz zurückgeführt in das Zirkulationssystem,
welches das Arbeitsfluid zu der Maschine zirkuliert, und so wird
in Kombination mit dem reinigbaren Filter ein permanentes Filtersystem
bereitstellt oder zumindest ein Filtersystem mit reduzierter Wartung.
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Der
Schmutzabscheider ist vorzugsweise ein Batch-Prozessor, der während des
Rückwaschmodus
des reinigbaren Filters wirksam ist und das schmutzbelastete Arbeitsfluid
von dem reinigbaren Filter aufnimmt und den Schmutz abscheidet und speichert
und das Arbeitsfluid weiterleitet.
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Der
reinigbare Hauptfilter ist im Filtermodus vorzugsweise ein kontinuierlicher
Strömungsfilter und
der Schmutzabscheiderbatch-Prozessor ist vorzugsweise eine nichtkontinuierliche
Strömungszentrifuge
mit einem Rotor, der während
des Rückwaschmodus
des reinigbaren Hauptfilters angetrieben wird, und während des
Filtermodus des rückwaschbaren
Hauptfilters nicht angetrieben wird.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird Druckluft als Reinigungsfluid für den reinigbaren
Filter verwendet, ebenso wie zur Bereitstellung einer Bewegungskraft
für den
Rotor der Zentrifuge. In bevorzugter Ausführung kann die gleiche Druckluftquelle
verwendet werden, um das Reinigungsfluid bereitzustellen und um
eine Turbine an dem Rotor der Zentrifuge anzutreiben. Das rück gewaschene
schmutzbelastete Fluid des reinigbaren Filters wird zu der Zentrifuge
abgelassen, deren Rotor sich vorzugsweise bereits dreht oder rasch
Geschwindigkeit aufnimmt, wodurch bewirkt wird, daß das Fluid
eine hohle zylindrische Luftsäule
aufgrund der Zentrifugalkraft ausbildet, wobei es die mittige Luftsäule überschüssiger gereinigter
Luft ermöglicht,
von dem Rotor zu entweichen, auch wenn dieser voll mit gereinigtem Fluid,
wie z. B. Schmieröl,
ist. Die Verwendung von Druckluft als Bewegungskraft ist der Einfachheit
halber vorteilhaft, da diese bereits zum Rückwaschen des reinigbaren Hauptfilters
verwendet wird.
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Die
Zentrifuge ist so bemessen, daß sie
zumindest eine Gehäusefüllung Fluid
des reinigbaren Filters zusätzlich
zu einer gewünschten
Menge komprimierten Schmutzes, beispielsweise Ölrückstände für vorgesehene Zentrifugenwartungsintervalle,
aufnimmt, d. h. ein Rotor der voll ist mit abgeschiedenem Schmutz
oder Ölrückständen, muß immer
noch ausreichend verbleibendes Volumen aufweisen, um einen Filter
voll mit Fluid oder Öl
von dem reinigbaren Hauptfilter zu halten. Im Anschluß an den
Reinigungszyklus des reinigbaren Filters wird die Zentrifuge für eine ausreichend
lange Zeit angetrieben, um den Schmutz von dem Fluid zu trennen,
bei Motorölanwendungen
ist beispielsweise die Länge
dieser Zeit eine Funktion der Zentrifugengeometrie, der Geschwindigkeit
und der Ölviskosität mit typischerweise einem
Intervall von 1 bis 5 Minuten, das angemessen ist, um Partikel größer als
1 μm zu
entfernen. Nach diesem Intervall wird die Luftversorgung zu der Rotorturbine
unterbrochen und der Rotor kommt allmählich zum Stillstand. Das saubere,
getrennte Fluid läuft
dann aufgrund der Schwerkraft aus dem Rotor heraus und strömt vorzugsweise
aufgrund der Schwerkraft zurück
zu einer Motorölwanne
in einer solchen Anwendung. Alternativ kann der Abfluß zurück zu der
Wanne unterstützt
werden durch eine verzögerte
Zuführung
von Druckluft, die das Zentrifugengehäuse unter Druck setzt und das Öl durch
den Abflußkanal
zu dem Ölreservoir
oder der Wanne zurückleitet,
wodurch die Möglichkeit
der Verwendung einer Abflußleitung
mit kleinem Durchmesser geschaffen wird und Probleme mit hydraulischen
Klappen oder einem Abflußeinlaß an der
Wanne unterhalb des Öls
vermieden werden.
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Der
abgeschiedene Schmutz, wie z. B. Ölrückstände, verbleibt in dem Zentrifugengehäuse, bildet
einen zylindrischen Kuchen mit losen oder nicht adhesiven Partikeln,
eingeschlossen in einem Speicherbehälter in dem Rotor, der vorzugs weise
mit High-Loft-Filtermitteln gefüllt
ist, wobei das High-Loft-Filtermittel vorzugsweise eine Matrix aus Filtermaterial
mit mindestens 75% des Hohlraumvolumens beinhaltet, vorzugsweise
mit mindestens 95%. Als weiteren wünschenswerten Aspekt reduziert
dies Fluidturbulenzen und das Mitreißen von Partikeln während der
starken Geschwindigkeitsübergänge des
Rotors in Betriebs- und Anlaufphase.
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Rückwaschen
des reinigbaren Filters mit Luft sollte zumindest jedesmal, wenn
das Öl
gewechselt wird, durchgeführt
werden, allerdings ist es umsobesser je häufiger dies durchgeführt wird.
Idealerweise ist der ganze Prozeß automatisiert und wird jedesmal
dann durchgeführt,
wenn die Anordnung zur Wartung ausgeschaltet wird, beispielsweise
zum Wiederauffüllen.
Als weiterer Aspekt kann das gereinigte und getrennte Öl anstelle
von der Zentrifuge zurückgeleitet
zu werden zu einem anderen Tank oder einem anderen Ort geleitet
werden, wie z. B. dem Kraftstofftank zur Verbrennung mit dem Kraftstoff, wie
bereits oben genannt wurde.
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Obwohl
es bevorzugt ist, daß der
Speicherbehälter
der Zentrifuge groß genug
bemessen ist, um den gesamten Schmutz zu halten, der von dem reinigbaren
Filter während
der Lebensdauer der Ausstattung entfernt wird, ist dies nicht immer
möglich.
In solchen Fällen
ist der Zentrifugenspeicherbehälter eine
leicht zu entfernende und zu ersetzende modulare Komponente, die
eine leichte regelmäßige manuelle
Wartung anstelle des Hauptfilters vereinfacht. Eine Schalenkapsel-Einwegauskleidung
erstreckt sich entlang und kleidet aus die Innenseite der äußeren Wand
des Rotors und akkumuliert Schmutz und behält diesen ein, so daß die Zentrifuge
gewartet werden kann durch Entfernen der äußeren Seitenwand des Rotors
und dann Entsorgen der Schalenkapsel-Einwegauskleidung mit dem darin
enthaltenen Schmutz und Ersetzen derselben mit einer anderen Schalenkapsel-Einwegauskleidung.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
dient eine einzelne Zentrifuge für
mehrere Filter. Rückwaschbare
reinigbare Filter sind parallel mit der Zentrifuge verbunden. Die
Filter werden der Reihe nach gereinigt und die Zentrifuge wird in
sequentiellen Batch-Aufbereitungsmoden, in einem für jeden
Filter, betrieben. Wenn die Speicherkapazität der Zentrifuge groß genug
ist, kann diese, alternativ, das gesamte Volumen der Filter gleichzeitig
bearbeiten.
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In
bevorzugter Ausführung
stellt die Erfindung ein Filtersystem bereit, das einen reinigbaren Filter
und eine Zentrifuge kombiniert und eine Schmutzspeicherfunktion
von dem reinigbaren Filter zu der Zentrifuge transferiert.
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In
einer weiteren Ausführung
stellt die Erfindung ein Filtersystem zur Filterung von Arbeitsfluid einer
Maschine bereit, bei dem die Filterkapazität zu gering ist für einen
dauerhaften Filter, die Strömungsrate
jedoch zu groß ist
für eine
Zentrifuge. Die Kombination verbindet das Leistungsvermögen des
Filters bezüglich
der Strömungsrate
mit dem Leistungsvermögen
einer Zentrifuge bezüglich
der Speicherkapazität.
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Im
folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, die bevorzugte Ausführungsbeispiele
zeigen.
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1 zeigt
ein Filtersystem in Übereinstimmung
mit der Erfindung,
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Ausschnitts des Systems aus 1,
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3 ist ähnlich zu
dem Ausschnitt aus 2 und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Ausschnitts aus 3.
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1 zeigt
ein Filtersystem 10 zum Filtern von Arbeitsfluid, wie z.
B. Schmieröl,
aus einer Maschine 12, wie z. B. einem Verbrennungsmotor
mit einer Ölwanne 14.
Das System weist einen reinigbaren, rückwaschbaren Filter 16 auf,
wie er in den US-Patenten 5,462,679, 5,779,900, 5,858,224 gezeigt
ist. Der Filter 16 weist einen oben offenen zylindrischen
Behälter 18 auf,
der durch eine mit einem Gewinde versehene Adapterplatte 20 in
dichtender Verbindung mittels eines O-Rings 22 geschlossen ist. Die
Adapterplatte 20 weist eine Mehrzahl umlaufend beabstandeter Öffnungen 24 auf,
die Eingänge
zur Aufnahme des Fluids von der Maschine 12 bereitstellen,
z. B. von Motoröl,
und weist einen Ausgang 26 zur Rückgabe des Fluids an die Maschine
auf. Der Ausgang 26 weist ein Innengewinde zur Befestigung an
einer Befestigungsnabe des Verbrennungsmotors auf, wie es üblich ist.
Das Filtergehäuse
ist mittels der Adapterplatte 20 an dem Motorblock in dichtender Verbindung
durch einen O-Ring 28 befestigt. In dem Gehäuse ist
ein Filterelement 30 befestigt, das durch gefaltetes Filtermaterial
bereitgestellt wird und eine strömaufwärtige unsaubere
Seite 32 und eine strömabwärtige saubere
Seite 34 aufweist und Fluid, das dadurch von der unsauberen
Seite 32 zu der sauberen Seite 34 strömt, filtert,
wie es üblich
ist. Das gefaltete Filtermaterial ist zwischen Endkappen 36 und 38 eingegossen
und weist ein inneres Lochblech 40 auf, das in die inneren
Faltenspitzen eingreift und diese stützt und einen inneren Hohlraum 42 des
Filters definiert. Die obere Endkappe 36 ist zu dem Ausgang der
Adapterkappe durch eine Dichtung 44 abgedichtet. Die untere
Endkappe 38 ist durch eine Gummidichtung 46 zu
einem mittleren aufrechten Ansatzabschnitt 48 abgedichtet,
der sich axial von dem unteren Ende 50 des Gehäuses erstreckt.
Das Filtergehäuse
weist einen mittleren unteren Eingang 52 mit einem Gewinde
auf, der ein Lufteinlaßventil 58 darin eingeschraubt
aufnimmt, wie es aus dem US-Patent 5,779,900 bekannt ist. Das Filtergehäuse kann
eine untere Öffnung 60 mit
einem Gewinde zur Aufnahme eines Drucksensors 62 aufweisen,
wie es aus dem US-Patent 5,858,224 bekannt ist.
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Wie
aus der
US 5,779,900
A bekannt, weist das Filtergehäuse einen ersten Durchflußweg durch dasselbe
auf, wie durch Pfeile
64 gezeigt, von den Eingängen
24 dann
nach unten strömend
durch eine äußere ringförmige Passage
66,
dann radial nach innen strömend
durch das gefaltete Filterlement
30 und dann axial nach
oben strömend
durch den Ausgang
26. Das Filtergehäuse weist einen zweiten Durchflußweg durch
dasselbe auf, wie durch Pfeile
68 gezeigt, von dem Eingang
52 axial
nach oben strömend in
den inneren Hohlraum
42, dann radial nach außen und
dann nach unten durch die ringförmige
Passage
66 zu einer unteren Sammelkammer
70 zu
dem Ausgang
56 und durch ein Abflußventil
58. Während normalem
Filterbetriebs bei laufendem Motor strömt Schmieröl entlang des ersten Durchflußwegs
64 und wird
gefiltert und zu dem Motor zurückgegeben.
Bei ausgeschaltetem Motor kann eine Reinigungszyklus gestartet werden
durch Einführen
von Luft als Reinigungsfluid an dem Lufteinlaßventil
54 von einer Druckluftquelle
71,
so daß die
Luft entlang des zweiten Durchflußweges
68 strömt, um das
gefaltete Filterelement
30 rückzuwaschen und zu reinigen,
wobei die Luft und das rückgereinigte
schmutzbelastete Arbeitsfluid am Ausgang
56 abgelassen
wird, wie es alles aus den in Bezug genommenen Patenten bekannt
ist. Die saubere Seite
34 des Filtermittelelements
30 steht
mit dem Ausgang
26 und dem Eingang
52 in Verbindung.
Die unsaubere Seite
32 des Filtermittelelements steht mit
dem Eingang
24 und dem Ausgang
56 in Verbindung.
Der Filter weist den Durchflußweg
64 durch
denselben von dem Einlaß
24 durch
das Filtermittelelement
30 in eine Richtung zu dem Ausgang
26 auf.
Der Filter weist den Durchflußweg
68 durch
denselben von dem Eingang
52 durch das Filtermittelelement
30 in
die entgegengesetzte Richtung zu dem Ausgang
56 auf. Die
Durchflußwege
64 und
68 weisen
gemeinsame aber entgegengesetzte Richtungsabschnitte
65 und
69,
jeweils durch das Filtermittelelement
30, auf. Bei Betrieb
eines Filtermodus des Filters
16 sind die Ventile
54 und
58 geschlossen
und das Fluid strömt
durch den Filter entlang des Durchflußwegs
64. Der Filter
weist einen Rückwaschmodus
bei Betrieb mit offenen Ventilen
54 und
58 auf
und das Reinigungsfluid strömt
durch den Filter entlang des Durchflußwegs
68 und wäscht das schmutzbelastete
Arbeitsfluid von der unsauberen Seite
32 des Filtermittelelements
30 zu
dem Ausgang
56 rück.
Wie in der
EP 1 008
731 A1 beschrieben, können
die Ventile jeweils in Ölleitungen
72 und
74 zu
und von dem Filter bereitgestellt werden, wobei die Ventile während des
Rückwaschmodus
geschlossen werden können,
wenn dies erwünscht
ist.
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Ein
Schmutzabscheider 82 weist einen Eingang 84 auf,
der durch eine Leitung 86 mit dem Abflußventil 58 am Ausgang 56 des
Filter 16 verbunden ist, so daß der Schmutzabscheider 82 das
schmutzbelastete Arbeitsfluid rückgewaschen
von dem Filter 16 aufnimmt und filtert. In bevorzugter
Ausführung
ist der Schmutzabscheider 82 eine Zentrifuge ähnlich zu den
in den US-Patenten 5,575,912, 5,637,217, 5,795,477, 6,017,300, 6,019,717
gezeigten, aber wie nachfolgend beschrieben modifiziert. Die Zentrifuge 82 trennt
Schmutz von dem Arbeitsfluid und speichert den Schmutz, und weist
einen Ausgang 92 auf zum Ableiten des Arbeitsfluids nach
der Trennung von dem Schmutz. Es ist bevorzugt, daß der Ausgang 92 das
Arbeitsfluid zu einer Ölrückleitung 94 zu
der Ölwanne 14 ableitet,
um dies so in das Zirkulationssystem zurückzuführen, das das Öl zu dem
Motor 12 mittels Ölversorgungs-
und Rückleitungen 72 und 74 zirkuliert.
Die Zentrifuge 82 ist vorzugsweise ein Batch-Prozessor,
der wirksam ist während
des Rückwaschmodus
des Filters 16 und das schmutzbelastete Arbeitsfluid von
dem Ausgang 56 aufnimmt und trennt und den Schmutz speichert
und das Arbeitsfluid durch den Ausgang 92 und die Leitung 94 zurück zu der Ölwanne 14 leitet.
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Die
Zentrifuge 82 weist ein Gehäuse 98 mit einem darin
zur Rotation um eine Achse 100 befestigten Rotor 96 auf.
Der Rotor 96 weist eine innere zylindrische Seitenwand 102 mit
einem inneren Hohlraum 104 und eine äußere zylindrische Seitenwand 106 auf,
die radial nach außen
von der inneren zylindrischen Seitenwand 102 beabstandet
ist und einen ringförmigen
Raum 108 dazwischen definiert.
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Der
Rotor weist eine Basisplatte 110 auf, die sich zwischen
den inneren und äußeren zylindrischen
Seitenwänden 102 und 106 erstreckt.
Die äußere zylindrische
Seitenwand 106 ist, vorzugsweise als glockenförmiges Teil
ausgeführt,
an ihrem offenen Ende durch die Basisplatte 110 geschlossen.
Die Rotorbasisplatte 110 weist eine Abflußpassage 111 auf, vorzugsweise
an der Grenzfläche
mit der inneren zylindrischen Seitenwand 102, wie in dem
US-Patent 6,019,717 A bei 65, die mit dem ringförmigen Raum 108 in
Verbindung steht und ist nach dem Stoppen der Rotation des Rotors
effektiv, um das Fluid von dem ringförmigen Raum 108 abzuleiten.
Das Gehäuse 98 weist
eine zylindrische Seitenwand 112 auf, die radial nach außen von
der äußeren zylindrischen
Seitenwand 106 des Rotors beabstandet ist und einen ringförmigen Raum 114 dazwischen
definiert. Das Gehäuse 98 weist
eine Basisplatte 116 auf, die befestigt an und abgedichtet
zu der Gehäuseseitenwand 112 ist
mittels eines Klemmbandes 118 wie in dem US-Patent 6,019,717.
Die Gehäuseseitenwand 116 ist,
vorzugsweise als glöckenförmiges Teil
ausgeführt,
an ihrem offenen Ende durch die Basisplatte 116 geschlossen.
Eine mittlere stationäre
Welle 122 ist mittels eines Gewindes an ihrem unteren Ende
an der Gehäusebasisplatte 116 befestigt
und erstreckt sich axial nach oben in den inneren Hohlraum 104 in eine
stationäre
obere Aufsatzgriffanordnung 122 für die Bezug genommen wird auf
das US-Patent 6,019,717 A, das eine Welle 23 zeigt, die
sich in 1 und 3 nach oben
in eine obere externe stationäre
Griffanordnung 51 erstreckt. Der Rotor 96 rotiert
an oberen und unteren Kugellagern 124 und 126 um
die stationäre
Welle 120, vergleichbar den Kugellagern 34 und 35 in
dem US-Patent 6,019,717 A. Die Gehäuseseitenwand 112,
die Basisplatte 116, die obere Aufsatzanordnung 122 und
die mittige Welle 120 sind stationär und der Rotor 96 rotiert
in dem Gehäuse
um die Welle 120, wie es alles aus den in Bezug genommenen
Patenten bekannt ist.
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Der
Rotor 96 weist eine Turbine 128 auf zur Erzeugung
der Rotation des Rotors 96 als Antwort auf die Bewegungskraft
durch einen Druckluftstrahl, der durch eine oder mehrere Gasdüsen 130 bereitgestellt
wird, die Druckluftstrahlen auf die Turbinenflügel 132 leiten, wofür weiter
Bezug genommen wird auf die 9 bis 11 des US-Patents 6,019,717 A, das Gasstrahlen 165 zeigt,
die Druckluft auf Turbinenflügel 161 leiten.
Das Ventil 134 steuert die Versorgung der Druckluft durch
Luftleitungen 136 zu den Gasdüsen 130. Das Ventil 138 steuert
die Versorgung von Druckluft durch die Leitung 140 zu dem Ventil 54 am
Eingang 52 des Filters 16. Alternativ kann ein
einzelnes Ventil die Ventile 134 und 138 ersetzen.
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Rückgewaschenes
schmutzbelastetes Fluid vom Filter 16 wird durch die Leitung 86 zum
Zentrifugeneinlaß 84 zugeführt und
strömt
nach oben durch eine mittlerre axiale Passage 142 der Welle 120, dann
radial durch Passage 144 in den inneren Hohlraum 104 der
inneren zylindrischen Seitenwand 102, dann axial nach oben
durch den inneren Hohlraum 104 entlang des Äußeren der
Welle 120, dann radial nach außen durch eine Mehrzahl von Öffnungen 146 durch
die innere zylindrische Seitenwand 102, die eine Transferpassage
zur Verbindung des inneren Hohlraums 104 mit dem ringförmigen Raum 108 bereitstellt,
der durch Drehung die Zentrifugaltrennung bereitstellt. In Übereinstimmung
mit der Erfindung werden beide, die Bewegungskraft zur Rotation
der Zentrifuge und das Reinigungsfluid für den Filter 16 jeweils
durch Druckluft bereitgestellt. Jedoch wird aufgrund getrennt angeordneter
Luftleitungen 136, 140 die Bewegungskraft durch
Druckluft bereitgestellt, die getrennt von der Druckluft, die das
Reinigungsfluid ist, zugeführt
wird. Vorzugsweise stellt die gleiche Druckluftquelle 71 beide
die Bewegungskraft zur Rotation des Rotors 96 und das Reinigungsfluid für Filter 16 bereit.
Die Ventile 134 und 138 werden so betrieben, daß der Rotor 96 anfängt sich
zu drehen, bevor schmutzbelastetes Arbeitsfluid in den Eingang 84 der
Zentrifuge 82 eingeführt
wird, so daß die
Zentrifugalkraft des sich bereits drehenden Rotors eine hohle mittige
Luftsäule
in dem schmutzbelasteten Arbeitsfluid in dem inneren Hohlraum 104 erzeugt,
die ein Entweichen der Luft ermöglicht.
Ein einzelnes Ventil kann die Ventile 134 und 138 ersetzen,
weil der Rotor üblicherweise
sehr schnell beginnt sich zu drehen und sich bereits dreht, wenn
das schmutzbelastete Fluid vom Filter 16 den Zentrifugeneingang 84 erreicht.
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Die
ringförmige
Kammer 108 im Rotor 96 stellt einen Speicherbehälter bereit,
der den abgeschiedenen Schmutz speichert, und weist ein Filtermittelelement 148 auf,
das Fluidturbulenzen reduziert, insbesondere während Rotorgeschwin digkeitsgradienten
in der Anlaufphase, und das Schmutzpartikel einfängt und ein erneutes Mitreißen der
Partikel während
solcher Rotorgeschwindigkeitsgradienten reduziert.
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Das
Filtermittelelement 148 ist als Matrix aus einem High-Loft-Filtermaterial
mit mindestens 75% des Hohlraumvolumens ausgeführt und weiter vorzugsweise
aus mindestens 95% des Hohlraumvolumens. Die Matrix des Filtermaterials
des High-Loft-Filtermittels 148 ist vorzugweise ausgewählt aus
einer Gruppe bestehend aus: Fasermaterial; Polyester; Schaum, einschließlich retikuliertem Schaum,
Spinnvlies; Maschendraht, einschließlich Edelstahl; und Sintermaterial,
einschließlich
poröser Keramiken.
Die Zentrifuge weist eine minimale Kapazität in der ringförmigen Kammer 108 auf,
die gleich der Kapazität
des gesammelten Schmutzes plus der Kapazität des Filters 16 ist.
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Das
Filtersystem 10 ist wünschenswert
zur Filterung von Arbeitsfluid einer Maschine 12 bei der die
Filterkapazität
zu gering ist für
einen dauerhaften Filter aber die Strömungsrate zu hoch ist für eine Zentrifuge.
Das Filtersystem 10 stellt eine Kombination bereit, die
die Leistungsfähigkeit
eines Filters 16 bezüglich
der Strömungsrate
mit der Leistungsfähigkeit
einer Zentrifuge bezüglich
der Speicherkapazität verbindet.
Das System stellt einen reinigbaren Filter 16 in Verbindung
mit einer Zentrifuge 82 bereit. Die Zentrifuge 82 weist
einen Batch-Prozessmode
auf, der während
des Rückwaschmodus
des reinigbaren Filters 16 wirksam ist und schmutzbelastetes
Arbeitsfluid von dem Ausgang 56 des reinigbaren Filters 16 aufnimmt
und trennt und den Schmutz speichert. Wie zuvor beschrieben, ist
der reinigbare Filter 16 in dem Filtermodus ein kontinuierlicher
Strömungsfilter.
Die Zentrifuge 82 ist ein nicht kontinuierliche Strömungsbatchprozessor
mit einem Rotor 96, der während des Rückwaschmodus des reinigbaren
Filters 16 angetrieben wird und den Schmutz abscheidet.
Der Rotor 96 wird während
des Filtermodus des reinigbaren Filters 16 nicht angetrieben.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird eine Mehrzahl reinigbarer Filter 16, 16a etc.
bereitgestellt, die jeweils jeweilige erste Eingänge 24, 24a etc.,
erste Ausgänge 26, 26a etc.,
zweite Eingänge 52, 52a etc.
und zweite Ausgänge 56, 56a etc.
aufweisen. Die zweiten Ausgänge 56, 56a etc.
der Mehrzahl reinigbarer Filter 16, 16a etc. sind
parallel mit dem Eingang 84 der Zentrifuge 82 verbunden.
Die Zentrifuge weist eine Mehrzahl von Batch-Prozeßmoden auf,
die seriell der Reihe nach betrieben werden, einen für jeden reinigbaren
Filter 16, 16a etc. Wenn die Speicherkapazität der Zentrifuge
groß genug
ist kann diese alternativ das gesamte Volumen der Filter 16, 16a etc. gleichzeitig
bearbeiten.
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Das
Filtersystem 10 kombiniert einen reinigbaren Filter 16 und
eine Zentrifuge 82 und überträgt eine
Schmutzspeicherfunktion von einem reinigbaren Filter auf die Zentrifuge.
Die Rotorbasisplatte 110 weist eine Abflußpassage 111 auf,
die mit dem ringförmigen
Raum 108 verbunden ist und nach dem Stoppen der Rotation
effektiv wird, um das Fluid von dort abzuführen. Vorzugsweise ist die
Abflußpassage 111 zwischen
der Rotorbasisplatte 110 und der Welle 120 angeordnet,
wie in dem US-Patent 6,019,717 bei 65. Die Zentrifuge 82 ist
ein Batch-Prozessor,
der die Trennfunktion während
der Rotation des Rotors 96 ausführt und der die Abflußfunktion
nach der Rotation des Rotors ausführt, wenn der Rotor gestoppt
ist. Der ringförmige
Raum 108 stellt den Speicherbehälter bereit, der den abgeschiedenen
Schmutz speichert und der den Schmutz in High-Loft-Filtermittel 148 zurückhält. Das
High-Loft-Filtermittel hält
den abgeschiedenen Schmutz zurück
und speichert diesen im ringförmigen
Raum 108, wenn der Rotor 96 gestoppt ist. Darüber hinaus,
wie bereits zuvor beschrieben, reduziert das High-Loft-Filtermittel 148 ein
Mitreißen von
abgeschiedenen Schmutz während
der Anlaufphase zu Beginn der nächsten
Rotation des Rotors.
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Das
Zentrifugengehäuse 98 weist
Eingänge 84 und 150 und
einen Ausgang 92 auf. Der Eingang 84 ist ein Fluideingang,
der schmutzbelastetes Fluid einläßt zur zentrifugalen
Trennung des Schmutzes bei der Rotation des Rotors 96.
Der Eingang 150 ist ein Gaseingang, der Druckluft als Bewegungskraft einläßt, um die
Rotation des Rotors zu bewirken. Der Ausgang 92 ist beides,
ein Gas- und ein Fluidausgang, durch den beides, das Fluid nach
der Trennung und das Bewegungskraftgas nach dem Antreiben des Rotors 96 entweicht.
Der Eingang 84 in der Gehäusebasisplatte 116 ist
mit dem inneren Hohlraum 104 verbunden und stellt den Eingang
zum Einlassen des schmutzbelasteten Fluids von dem Ausgang 56 des
reinigbaren Filters 16 in den inneren Hohlraum 104 der
inneren zylindrischen Seitenwand 102 des Rotors bereit,
zum Leiten durch die Transferpassagen 156 in den ringförmigen Raum 108 zur
Zentrifugentrennung bei der Rotation. Der Anschluß 92 in
der Gehäusebasisplatte 116 ist
mit der Abflußpassage 111 und
mit dem ringförmigen
Raum 114 verbunden und stellt den Ausgang bereit zum Entweichen
des Fluids von dem ringförmigen
Raum 108 durch die Ab flußpassage 111 und zum
Entweichen des Gases von dem ringförmigen Raum 114. Der
Anschluß 150 ist
mit dem ringförmigen
Raum 114 bei der Turbine 128 verbunden zur Einleitung
der Preßluft
zur Rotation des Rotors 96.
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Wie
zuvor beschrieben ist das Reinigungsfluid Luft, das schmutzbelastete
Fluid enthält
vorzugsweise beides, Flüssigkeit
und Luft, und die Druckluft für
die Bewegungskraft ist Luft. Bei einer weiteren Ausführung kann
das Gehäuse
ein Luftventil beinhalten, wie im US-Patent 6,019,717 bei 152, 150, 6.
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Es
ist bevorzugt, daß das
Fluid von dem Ausgang 92 des Zentrifugenfilters 82 durch
Gravitation abgeleitet wird. In einer alternativen Ausführung kann das
Fluid von dem Ausgang 92 in das Zirkulationssystem abgeführt werden
durch eine verzögerte
Zufuhr von Luftdruck von der Druckluftquelle 71, wodurch
die Zentrifuge nach der Trennung mit Druck beaufschlagt wird. Es
ist bevorzugt, daß die
Versorgung mit Druckluft von der Quelle 71 zu dem Einlaß 52 des Filters 16 und
zu dem Eingang 150 der Zentrifuge 82 so gesteuert
wird, wie bereits zuvor beschrieben, daß der Rotor 96 beginnt
zu Drehen bevor schmutzbelastetes Arbeitsfluid in den Eingang 84 der
Zentrifuge 82 eingelassen wird, so daß die Zentrifugalkraft des
sich bereits drehenden Rotors eine hohle mittige Luftsäule in dem
schmutzbelasteten Arbeitsfluid in dem inneren Hohlraum 104 erzeugt,
die ein Entweichen von Luft ermöglicht.
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Die
Turbine 128 weist einen inneren Ring 152 an der äußeren zylindrischen
Seitenwand 106 des Rotors 96 auf und eine Mehrzahl
von Flügeln 132,
die sich nach außen
zu den äußeren Flügelspitzen 154 erstrecken,
wofür weiter
Bezug genommen wird auf das US-Patent 6,019,717, 9 bis 11. Die Turbine 128 weist auch
einen äußeren Ring 156 an den äußeren Flügelspitzen 154 auf,
wobei der äußere Ring
einen abgelenkten radial äußeren Gasstrom von
den Flügeln
blockiert und enthält
und den abgelenkten Gasstrom zu dem radialen Abstand 158 zwischen
inneren und äußeren Ringen 152 und 156 eindämmt. Die
Turbine 128 ist in dem ringförmigen Raum 114 angeordnet.
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Die
Rotorbasisplatte 110 weist eine konfigurierte Oberfläche 160 auf,
die dem ringförmigen Raum 108 zugewandt
ist und aufgrund der Gravitation den Abfluß des Fluids von dort zu der
Abflußpassage 111 nach
dem Stopp der Rotation führt.
Die konfigurierte Oberfläche 160 weist
einen hohen äußeren Teil 162 ne ben
der äußeren zylindrischen
Rotorseitenwand 106 auf, einen niederen Taschenteil 164 und einen
mittelhohen inneren Teil 166 neben der inneren zylindrischen
Rotorseitenwand 102. Die konfigurierte Fläche 160 ist
spitz zulaufend, radial nach innen und nach unten von dem hohen äußeren Teil 162 zu
dem niederen Taschenteil 164 und dann nach oben zu dem
mittelhohen inneren Teil 166. Der hohe äußere Teil 122 weist
eine Höhe
höher als
der mittelhohe innere Teil 166 auf. Der mittelhohe innere
Teil 166 weist eine Höhe
höher als
der niedere Taschenteil 164 auf. Die Abflußpassage 111 befindet
sich an dem mittelhohen inneren Teil 166, so daß abgeschiedener Schmutz,
der nicht durch das High-Loft-Filtermittel 148 zurückgehalten
wird, in dem niederen Taschenteil 164 gesammelt wird und
das Fluid oberhalb dieses gesammelten Schmutzes in dem niederen
Taschenteil 164 zu der Abflußpassage 111 abfließen kann.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Zentrifuge aus 1 und verwendet die gleichen Referenzennummern
wie zuvor, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu erleichtern. Die äußere zylindrische
Seitenwand 112 des Rotors ist zum Auswechseln der Basisplatte 110 trennbar,
wofür weiter verwiesen
wird auf die US-Patente 5,637,217 und 6,019,717. Wie aus dem US-Patent
5,637,217 bekannt, können
nach Freigabe des Klammerbandes 118 die äußere Seitenwand 112 und
der Griff 122 als verbundene Unteranordnung von der mittigen
stationären
Welle 120 abgeschraubt werden, wie es bekannt ist aus dem
US-Patent 5,637,217, Spalte 13, Zeilen 59 ff.
Die Sicherungsmutter 172 ist dann von der inneren zylindrischen
Seitenwand 102 abgeschraubt, um dadurch ein Entfernen der äußeren zylindrischen
Seitenwand 106 des Rotors zu ermöglichen. Eine Schalenkapsel-Einwegauskleidung 170 mit
darin enthaltenem Schmutz wird entfernt und entsorgt und ersetzt
durch eine andere Schalenkapsel-Einwegauskleidung.
Die Schalenkapsel-Einwegauskleidung 170 kann ferner ein
Basisteilstück 174 aufweisen,
das sich entlang der Innenseite der Rotorbasisplatte 110 erstreckt
und diese auskleidet. Die Abflußpassage 111 ist
unbedeckt von dem Basisteilstück 174 der
Schalenkapsel-Einwegauskleidung. Das Basisteilstück 174 ist an die
Schalenkapsel-Einwegauskleidung 170 bei 176 geheftet.
Die äußere zylindrische
Seitenwand 106 des Rotors ist ein glockenförmiges Teil
und die Schalenkapsel-Einwegaus-kleidung 170 ist komplementär glockenförmig entlang der
inneren Seite derselben. In bevorzugter Ausführung ist das High-Loftfiltermittel 148 in
dem ringförmigen
Raum 108 in der Schalenkapsel-Einwegauskleidung 170 beinhaltet.
Die Schalenkapsel-Einwegauskleidung 170 mit dem High-Loftfiltermittel 148 darin wird
bei Wartung der Zentrifuge entsorgt und ersetzt durch eine andere
Schalenkapsel-Einwegauskleidung mit frischem High-Loftfiltermittel
darin.
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Das
bevorzugte System verwendet die Leistungsfähigkeit eines Filters 16 bezüglich der
Strömungsrate
und die Leistungsfähigkeit
einer Zentrifuge bezüglich
der Speicherkapazität
in einem Kombinationsfiltersystem 10 zur Filterung von
Arbeitsfluid einer Maschine 12, bei der die Filterkapazität zu gering
ist für
einen dauerhaften Filter aber die Strömungsrate zu hoch ist für eine Zentrifuge.
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Die 3 und 4 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
und verwenden die gleichen Bezugsziffern wie zuvor, wo dies angebracht
ist, um das Verständnis
zu erleichtern. Die Zentrifuge in den 3 und 4 ist
wünschenswert
zur Reduktion des Mitreißens
von Partikeln in dem Filtersystem der 1 nach der
Abscheidung des Schmutzes von der schmutzbelasteten Flüssigkeit,
wie z. B. schmutziges Schmieröl
in einem Gasstrom wie Luft. Ein Standrohr 180 umgibt die
innere zylindrische Seitenwand 102 des Rotors und teil
den ringförmigen
Raum 108 in einen inneren ringförmigen Raum 182 zwischen
dem Standrohr 180 und der inneren zylindrischen Seitenwand 102 und
einen äußeren ringförmigen Raum 184 zwischen
dem Standrohr 180 und der äußeren zylindrischen Seitenwand 106.
Das Standrohr 180 weist ein oberes flaches Ende 186 an
und geringfügig
unter der Transferpassage 146 auf und ein unteres Ende 188 an
der Abflußpassage 111.
Während
der Rotation des Rotors wird Luft von der Transferpassage 146 nach
unten durch den inneren ringförmigen
Raum 182 zu der Abflußpassage 111 belüftet und
schmutzbelastete Flüssigkeit
von der Transferpassage 146 wird zentrifugal angetrieben
in die äußere ringförmige Kammer 184.
Das Standrohr 180 weist eine oder mehrere Löcher oder Öffnungen 190 an
dem unteren Ende 188 auf, die Flüssigkeit durch diese von der äußeren ringförmigen Kammer 184 zu
der Abflußpassage 111 nach
dem Stopp des Rotationsrotors leiten. In 4 wird die
Belüftung
durch Pfeil 192 gezeigt und die Flüssigkeitsleitung wird durch
Pfeil 194 gezeigt.
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Das
Standrohr 180 dient einem dualen Zweck. Zuerst reduziert
es die Flüssigkeitsablaufrate bei 194 nachdem
der Rotor die Drehung stoppt, folgend dem Reinigungszyklus des reinigbaren
Filters 16, und reduziert dadurch die Menge von Partikeln, die
mit dem Abfluß der
Flüssigkeit
herausgetragen werden. Zweitens stellt das Standrohr eine ringförmige Zone
bei 182 neben der Rotornabe oder der inneren zylindrischen
Seite 102 bereit, die frei ist von High-Loft-Filtermittel 148,
um einem hohen volumetrischen Strom gereinigter Luft bei 192 zu
ermöglichen von
dem Rotor schnell und mir geringem Druckverlust zu entweichen. Der
Reinigung des reinigbaren Filters 16 und dem Stoppen des
Zentrifugenrotors 96 nachfolgend können abgeschiedene, gesammelte Schmutzpartikel
während
der Ablaufstufe des Rotors als Flüssigkeitsablauf von dem Rotor
mitgerissen werden. Dieses Mitreißen gesammelter Partikel kann reduziert
werden durch Verringerung der Abflußrate der Flüssigkeit
von dem Rotor. Dies wiederum könnte erzielt
werden durch eine einfache Reduktion der Größe der Abflußpassage 111,
jedoch zu dem Preis, daß die
hohe volumetrische Strömungsrate
der Luft während
des Reinigungszyklus durch eine solche reduzierte Größe der Rotorabflußpassage
gedrosselt würde
und dies wiederum ist nicht wünschenswert. Das
Standrohr 180 mit kleinen Abflußlöchern 190 in der Nähe des unteren
Ende 188 trifft die dualen Ziele einer niedrigen Flüssigkeitsabflußrate nach
dem Stopp der Rotation und einer dennoch hohen Leistungsfähigkeit
bezüglich
des Luftstroms zur Luftentlüftung
während
der Rotation. Ein anderer Vorteil, der durch das Standrohr 180 realisiert
wird, ist die Erschaffung einer ringförmigen Zone an der inneren ringförmigen Kammer 182,
die vollständig
frei von High-Loft-Filtermittel 148 ist,
wodurch der Luft eine uneingeschränkte Passage zum Entweichen
gegeben wird, und die hohe Strömungsgeschwindigkeit der
Luft durch befeuchtetes Material 148 in dem ringförmigen Raum 108 minimiert
wird. In einer weiteren Alternative ist das Standrohr 180 perforiert
mit einer Mehrzahl von Löchern
an dem unteren Ende 188 und bedeckt mit einem Ring aus
Filtermaterial, wie in 4 bei der gestrichelten Linie 196 gezeigt,
z. B. gewebtes Maschenmaterial o. dgl., um die Abflußrate ähnlich zu
reduzieren und einen finalen Filter bereitzustellen, um den Ausfluß von Partikeln
zu reduzieren. Das Standrohr 180 an dem unteren Ende 188 ist an
der Rotorbasisplatte 110 an der konfigurierten Oberfläche 160,
vorzugsweise um den inneren Teil 166, vorzugsweise durch
Schweißen
o. dgl. befestigt.
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Es
ist anzumerken, daß verschiedene Äquivalente,
Alternativen und Modifikationen im Rahmen der anschließenden Patentansprüche möglich sind.