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Dokumentenidentifikation DE102005022653B4 30.08.2007
Titel Querstromfilter
Anmelder Buss-SMS-Canzler GmbH, 35510 Butzbach, DE
Erfinder Consilius, Wolf-Dieter, Dipl.-Ing., 50170 Kerpen, DE
Vertreter Bockermann, Ksoll, Griepenstroh, 44791 Bochum
DE-Anmeldedatum 11.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005022653
Offenlegungstag 23.11.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.08.2007
IPC-Hauptklasse B01D 29/39(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Querstromfilter zur Trennung von inhomogenen Flüssigkeitsgemischen sowie viskosen und feststoffbeladenen Suspensionen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Querstromfilter umfasst in der Regel ein Gehäuse, in welchem sich mindestens zwei Hohlwellen befinden, die im axialen Abstand zueinander angeordnete Filterscheiben tragen. Die Filterscheiben können aus keramischen Werkstoffen, metallischen Sinterwerkstoffen, Metallgeweben oder Polymeren bestehen. Die Filterscheiben auf den beiden Hohlwellen sind so einander relativ zugeordnet, dass jeweils zwei Filterscheiben auf der einen Hohlwelle eine Filterscheibe der anderen Hohlwelle zwischen sich erfassen.

Das zu trennende Gemisch oder die Suspension (nachfolgend Fluid genannt) wird in das Gehäuse eingeleitet, wobei das gefilterte Fluid, das Permeat, durch die Filterscheiben in die Hohlwellen gelangt und aus diesen abgeführt wird. Der ungefilterte Rückstand, das Retentat verbleibt im Gehäuseinneren und wird aus diesem entfernt.

In diesem Zusammenhang zählt es zum Stand der Technik, die einer Hohlwelle zugeordneten Filterscheiben in Längsrichtung der Hohlwelle durch Distanzringe auf Abstand zueinander zu halten, die üblicherweise durch mechanische Bearbeitung aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Die Distanzringe werden mit Mitnehmernasen versehen, die in eine Längsnut der Hohlwelle eingreifen. Außerdem können die Distanzringe mittels Feststellschrauben auf der Hohlwelle lagefixiert werden. Die Mitnahme der Filterscheiben erfolgt reibschlüssig durch zwischen den Distanzringen und den Filterscheiben angeordnete Dichtringe, z.B. in Form von O-Ringen. Hierbei muss aber ein direkter Kontakt zwischen den Stirnseiten der Distanzringe und den Filterscheiben vermieden werden. Insbesondere sind Filterscheiben aus keramischen Werkstoffen äußerst empfindlich gegen eine mechanische Verletzung, wie sie z.B. durch eine harte punktförmige Belastung hervorgerufen werden kann. Auch führen Biegebeanspruchungen bei keramischen Filterscheiben sehr schnell zum Bruch derselben.

In der Praxis ging man bei der Montage bislang derart vor, dass das gesamte aus Distanzringen und Filterscheiben bestehende Paket axial auf der Hohlwelle so weit verpresst wird, bis einerseits eine für die Dichtheit ausreichende Verformung der Dichtringe erreicht ist, andererseits aber noch ein ausreichender Sicherheitsabstand zwischen den Distanzringen und den Filterscheiben vorhanden ist. Dieser durch die Dichtringe gebildete Sicherheitsabstand bildet indessen einen unvermeidbaren Spalt, der in vielen Anwendungsfällen wegen möglicher Produktablagerungen unerwünscht ist. Erschwerend kommt hinzu, dass bei der Verwendung von O-Ring-Dichtungen durch die geringe Nuttiefe in den Distanzringen die Dichtringe nur mit erheblichem Aufwand in Position gehalten werden können. Es muss blind zusammengebaut werden. Eine visuelle Kontrolle der korrekten Lage der Dichtringe ist nicht möglich.

Um den erwähnten Eigenarten positiv zu begegnen, hat die Praxis auch schon vorgeschlagen, zwischen den Distanzringen und den Filterscheiben jeweils zwei Dichtringe in konzentrischer Anordnung vorzusehen, Dichtlippen auf die Distanzringe aufzuvulkanisieren oder die Distanzringe selbst aus einem Elastomer herzustellen. Durch das Ineinandergreifen der Filterscheiben auf zwei parallel angeordneten Hohlwellen ist es erforderlich, die Abstände der Filterscheiben in sehr engen Toleranzen konstant zu halten. Die axialen Abstände der Scheiben auf den beiden Wellen betragen im Bereich der Überdeckung zueinander nur wenige Millimeter.

Diese Forderung können die bekannten Lösungen der Abstandshaltung und der Abdichtung der Filterscheiben nur unzureichend erfüllen. Bei der Montage sind deshalb aufwändiges Vermessen und die Verwendung von angepassten Ausgleichselementen üblich.

Viele Filtrationsprozesse werden indessen bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Hier tritt bei den bekannten Systemen ein weiteres Problem auf. Da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen z.B. dem keramischen Werkstoff der Filterscheiben und dem Werkstoff der Hohlwellen, meist Edelstahl, sehr groß ist – Faktor 4 bis 6 von Edelstahl gegenüber Keramik – sind die Verhältnisse zwischen den Dichtringen und den Filterscheiben im Betriebszustand noch ungünstiger als im Einbauzustand.

Aus der WO 02/05935 A2 ist ein Querstromfilter zur Trennung von inhomogenen Flüssigkeitsgemischen sowie viskosen und feststoffbeladenen Suspensionen bekannt. Dieser weist in einem Gehäuse eine zum Gehäuseinneren hin fluiddichte Hohlwelle als Träger von Filterscheiben auf. Die mit der Hohlwelle Fluid überführend gekoppelten Filterscheiben sind in Längsrichtung der Hohlwelle durch Distanzringe auf Abstand zueinander gehalten, wobei die Distanzringe mit inneren Mitnehmernasen in äußere Längsnuten der Hohlwellen eingreifen.

Durch die DE 26 47 022 A1 zählt ein Gerät zum Reinigen von Filterelementen zum Stand der Technik. Dieses weist einen Armteil auf, der bei Drehung des Filterelements den auf der Oberfläche des Filterelements angesammelten Stoff mittels Reibung entfernt.

Weiterhin ist durch die DE 86 11 377 U1 ein Spannantrieb für eine Filteranlage für die Ultrafiltration und Mikrofiltration mit nach dem Cross-Flow-Prinzip aufgebauten und betriebenen Filterelementen bekannt.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Querstromfilter zu schaffen, bei welchem die Verspannung der Distanzringe unter Integration der Filterscheiben problemlos durchgeführt werden kann, wobei sowohl anhand der bekannten Federkonstanten die Vorspannkraft im Einbauzustand frei wählbar ist als auch im Betriebszustand noch eine ausreichende Dichthaltekraft gewährleistet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß sind mithin mindestens mehrere der mit der Hohlwelle gekoppelten Distanzringe bei dichter Aufnahme der Filterscheiben zwischen einem Festlager und einem Loslager axial verspannt, wobei zwei axial aufeinander folgende Distanzringe sich mit einander gegenüberliegenden Flächen kontaktieren, ohne dass hierbei schädliche mechanische Beanspruchungen auf die Filterscheibe ausübbar sind. Danach können alle Distanzringe unter Integration der Filterscheiben zwischen dem Festlager und dem Loslager verspannt sein. Denkbar ist aber auch, dass zwei oder mehrere Gruppen von Distanzringen zwischen einem Festlager und einem Loslager axial verspannt sind.

Das Endmaß der Fügeverpressung ist erreicht, wenn die Distanzringe axial einwandfrei aneinander liegen, ohne dass hierbei schädliche Beanspruchungen auf die Filterscheiben ausgeübt werden. Da die Gesamtbreite aller Distanzringe innerhalb sehr enger Toleranzen gehalten werden kann, ist auf diese Weise ein definiertes Endmaß (Gesamtlänge des Filterscheibenpakets) im Einbauzustand sichergestellt. Dies ist im Hinblick auf die relative Zuordnung der Filterscheiben auf zwei Hohlwellen wichtig.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 ist es von Vorteil, dass das Festlager durch einen mit der Hohlwelle verbundenen Radialkragen gebildet ist. Der Radialkragen kann einstückig mit der Hohlwelle verbunden sein. Selbstverständlich kann der Radialkragen auch als separates Bauteil ausgeführt sein, welches mit der Hohlwelle dicht verbunden ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens ist das Loslager nach Anspruch 3 aus einem gegenüber einem benachbarten Distanzring sowie der Hohlwelle abgedichteten, axial verlagerbaren Druckstück und einer sich einerseits am Druckstück und andererseits an einer an der Hohlwelle fixierbaren Spannscheibe abstützenden Druckfeder gebildet. Mit einer axial auf die Spannscheibe gerichteten Kraft wird das gesamte Filterpaket (Distanzringe und Filterscheiben) axial derart vorgespannt, dass die erforderliche Dichthaltekraft zwischen den Distanzringen gewährleistet ist. Ist das Maß der erforderlichen Vorspannung erreicht, wird die Spannscheibe auf der Hohlwelle fixiert, so dass ein festes Gegenlager für die Druckfeder gebildet wird.

Gemäß Anspruch 4 sind in die dem benachbarten Distanzring frontal gegenüber liegende Stirnseite des Druckstücks und in die angrenzende Rückseite des Distanzrings nahe dem jeweiligen Außenumfang ringförmige Kehlen eingearbeitet, die in die äußeren Oberflächen des Druckstücks und des Distanzrings münden.

Solche Kehlen erlauben nach Anspruch 5 die Einbettung eines insbesondere O-förmigen Dichtrings. Dieser gewährleistet nicht nur eine einwandfreie Abdichtung des Inneren des Gehäuses zum Inneren einer Hohlwelle, sondern erlaubt auch eine ständige Beobachtung über die korrekte Lage des Dichtrings.

Es ist aber entsprechend Anspruch 6 auch denkbar, dass in die einander gegenüber liegenden Kehlen des Druckstücks und des Distanzrings eine Siegelmasse aus Kunststoff eingebracht ist. Hiermit ist ebenfalls eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet.

Des Weiteren ist es gemäß Anspruch 7 von Vorteil, dass das Druckstück durch einen in eine radial innen liegende Umfangsnut eingebetteten Dichtring gegenüber der äußeren Oberfläche der Hohlwelle abgedichtet ist. Das insbesondere buchsenartig gestaltete Druckstück gleitet auf der äußeren Oberfläche der Hohlwelle und der Dichtring in Form eines O-Rings erlaubt auch in diesem Bereich die sichere Abdichtung des Gehäuseinneren gegenüber dem Inneren der Hohlwelle. Das Druckstück besteht vorzugsweise aus Edelstahl.

Nach Anspruch 8 ist die Druckfeder durch eine Schraubendruckfeder gebildet. Diese umfasst mit ihren Enden einerseits einen Zentrieransatz am Druckstück und andererseits einen Zentrieransatz an der Spannscheibe. Die Lage der Druckfeder ist damit sichergestellt.

Die Fixierung der Spannscheibe nach dem Verspannen der Distanzringe unter Integration der Filterscheiben kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 9 durch einen auf der äußeren Oberfläche der Hohlwelle festlegbaren Klemmring erfolgen. Ein solcher Klemmring ist in axialer Richtung geschlitzt. Mittels einer Schraube kann er somit auf der äußeren Oberfläche der Hohlwelle örtlich festgelegt werden. Die Spannscheibe wird durch die Druckfeder gegen den Klemmring gedrückt.

Gemäß Anspruch 10 ist es aber auch möglich, dass die Spannscheibe einen der Druckfeder abgewandten buchsenartigen Fortsatz aufweist, der mittels eines Keilringe umfassenden Spannsatzes auf der äußeren Oberfläche der Hohlwelle festlegbar ist.

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist mit besonderem Vorteil einsetzbar, wenn die Merkmale des Anspruchs 11 zur Anwendung gelangen. Hierbei ist es zunächst von Bedeutung, dass jede Filterscheibe zwischen zwei identisch ausgebildeten Distanzringen angeordnet wird, die einander spiegelbildlich zugeordnet werden. Der durch die einander zugewandten Stirnseiten der beiden Distanzringe gebildete Ringspalt zur Aufnahme der Filterscheibe wird hierbei so gewählt, dass alle Unebenheiten und Dickenunterschiede einer Filterscheibe abgedeckt werden. Interne Versuche haben ergeben, dass die Breite des Ringspalts ausreichend ist, wenn sie zwischen 0,5 mm und 3 mm größer als die Nenndicke einer Filterscheibe ist. Der Raum zwischen den Seitenflächen der Filterscheibe und den Stirnseiten der Distanzringe wird durch einen vorzugsweise auf die Stirnseiten der Distanzringe aufgebrachten Kleber ausgefüllt. Bevorzugt wird hierbei mit einem Klebstoffüberschuss gearbeitet.

Die einer Filterscheibe abgewandten Rückseiten der Distanzringe werden so mit den Rückseiten von benachbarten Distanzringen gefügt und durch O-Ringe in den Kehlen abgedichtet, dass die Flächen aufeinander liegen. Durch die gezielte Verpressung der in die Nuten eingelegten O-Ringe kann auch hier, wie bei den Spalten zwischen den Distanzringen und den Filterscheiben, kein Fluid übertreten.

Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt bildet der Sachverhalt, dass die Distanzringe mit radial nach innen sowie axial vorstehenden Nocken versehen sind. Die Nocken zweier im Bereich einer Filterscheibe einander spiegelbildlich zugeordneter Distanzringe kontaktieren sich frontal in der Querschnittsebene der Filterscheibe. Die Nocken stützen sich außerdem an der äußeren Oberfläche der Hohlwelle ab und werden von der inneren Oberfläche der kreisringförmigen Filterscheibe umgriffen. Darüber hinaus wird zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende Nocken eines Distanzrings eine Mitnehmernase vorgesehen. Diese greift in eine mit dem Inneren der Hohlwelle fluidüberleitend verbundene Längsnut ein. Auch diese Mitnehmernase wird von der inneren Oberfläche der Filterscheibe umgriffen.

Aufgrund des Sachverhalts, dass die Mitnehmernase in eine Längsnut der Hohlwelle eingreift, die Filterscheiben, die Nocken sowie die Mitnehmernase umgreifen und über einen Kleber mit den Distanzringen verbunden sind, erfolgt eine form- und kraftschlüssige Verbindung der Filterscheiben mit der Hohlwelle. Da auch die Rückseiten der Distanzringe durch die O-Ringe abgedichtet aneinander gedrückt sind, ist eine definierte und kontrollierte Abdichtung des Gehäuseinneren zur Permeatseite hin sichergestellt. Durch die großzügige Bemessung der Spalte zwischen den Filterscheiben und den Distanzringen haben somit Oberflächenunebenheiten und die herstellungsbedingten Dickenabweichungen der Filterscheiben keinen Einfluss auf die angestrebte Spaltfreiheit. Insgesamt wird gewissermaßen eine Einheit von Distanzringen und Filterscheiben erzielt, mit einer konstanten Breite. Die Breite der Einheit, gemessen über die Rückseiten der Distanzringe, ist innerhalb sehr enger Toleranzen konstant.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 ist es im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Distanzringe aus Kunststoff, die Filterscheiben aus einem keramischen Werkstoff und die Hohlwelle aus einem rostfreien Stahl gebildet sind.

Eine einwandfreie Zentrierung der Distanzringe auf der Hohlwelle wird mit den Merkmalen des Anspruchs 13 dann erzielt, wenn an jedem Distanzring mindestens vier Nocken in Umfangsrichtung zueinander versetzt vorgesehen sind. Hierdurch ist nicht nur eine einwandfreie Zuordnung der Distanzringe zu der Hohlwelle, sondern auch eine stets konzentrische Montage der Filterscheiben zur Achse der Hohlwelle sichergestellt. Die Verwendung von mehr als vier Nocken, die spiegelbildlich zur Achse durch die Mitnehmernase angeordnet sind, ist ebenfalls möglich.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 ist die Hohlwelle mit vier um 90° zueinander versetzten äußeren Längsnuten versehen, die über Radialbohrungen mit dem Inneren der Hohlwelle Fluid überführend verbunden sind. Bei der Montage werden die Distanzringe so aufgefädelt, dass die Mitnehmernase eines einem Distanzring jeweils folgenden Distanzrings sich in der nächsten um 90° versetzten Längsnut befindet. Dadurch wird erreicht, dass der Permeatfluss innerhalb einer Längsnut nicht behindert und keine einseitige Massenkonzentration erzeugt wird, die zu Unwuchten führen kann. Das Permeat tritt dann über die inneren Oberflächen der Filterscheiben in den durch die Nocken gebildeten Ringraum umfangsseitig der Hohlwelle ein, gelangt über die Radialbohrungen in das Innere der Hohlwelle und wird von hier stirnseitig nach außen abgeführt.

Entsprechend Anspruch 15 sind in den Rückseiten der Distanzringe ringförmige Kehlen im Bereich des Außenumfangs vorgesehen, die in die äußeren Oberflächen der Distanzringe münden. Durch zwei derartige einander gegenüber liegende Kehlen wird ein Aufnahmeraum beispielsweise für eine O-Ring-Dichtung gebildet (Anspruch 16). Dieser Dichtring dichtet folglich den Spalt zwischen den Rückseiten zweier aneinander gedrückter Distanzringe ab. Eine solche Dichtung kann jederzeit während und nach der Montage unter Zuhilfenahme der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung auf korrekten Einbau hin von außen überprüft werden. Der Dichtring unterliegt dem Druck, welcher im Gehäuseinneren herrscht. Dieser ist höher als der Druck im Raum auf der Permeatseite, also im Inneren der Hohlwelle. Eine solche Dichtung erlaubt bei einer Rückspülung, also bei einer Druckumkehr, eine einwandfreie Durchführung. Sie ist außerdem lagegesichert gegen Ausblasen.

Denkbar ist gemäß Anspruch 17 aber auch, dass in zwei einander gegenüber liegende Kehlen der Rückseiten benachbarter Distanzringe eine Siegelmasse aus Kunststoff eingebracht wird. Eine solche Siegelmasse kann beispielsweise eingespritzter Kunststoff sein. Hierdurch wird eine komplette dichte äußere Oberfläche auf den Distanzringen erzielt. Auf diese Weise können bei Bedarf mehrere Distanzringe und Filterscheiben zu Montagepaketen zusammengefasst werden.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme bilden die Merkmale des Anspruchs 18. Danach sind in die einer Filterscheibe zugewandten Stirnseiten der Distanzringe Ringnuten im inneren Umfangsbereich eingearbeitet. Solche Ringnuten dienen der Aufnahme von überschüssigem Kleber beim Fügen der Distanzringe mit den Filterscheiben. Damit wird verhindert, dass Kleber in den Bereich des Permeataustritts an den inneren Oberflächen der Filterscheiben gelangen kann. Nach außen herausgedrückter Kleber kann beispielsweise mit einem Spachtel einfach entfernt werden.

Nach Anspruch 19 sind die Distanzringe als Spritzgussteile aus einem gefüllten oder ungefüllten Kunststoff gebildet. Ein solcher Kunststoff ist auf die spezifischen prozesstechnischen Anforderungen abstellbar.

Ein Kunststoff, der eine ausreichende Temperaturbeständigkeit bei 130 °C (Sterilisierung), ein geringes Quellverhalten, eine gute Formstabilität auch bei erhöhten Temperaturen und eine gute chemische Beständigkeit gegen Säure und basische Reinigungsflüssigkeiten aufweist (Reinigungszyklen), ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 20 beispielsweise Polyethersulfon.

Als Kleber kommen entsprechend Anspruch 21 vernetzende oder unter Temperatureinfluss aushärtende Einkomponenten- wie auch Zweikomponentensysteme in Frage. Vorteilhaft wird zum Fügen ein vernetzender Kleber auf Silikonbasis verwendet. Dieser Kleber hat auf Polyethersulfon wie auch auf keramischen Werkstoffen gute Hafteigenschaften, erreicht eine hohe Scherfestigkeit, ist alterungsbeständig und verhält sich gegenüber den meisten Medien neutral.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

1 in schematischer Perspektive einen Querstromfilter;

2 in vergrößertem Maßstab im vertikalen Längsschnitt einen Längenabschnitt einer Hohlwelle mit Distanzringen und Filterscheibe des Querstromfilters entlang der Linie II-II der 3 in Richtung der Pfeile IIa gesehen;

3 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie III-III in Richtung der Pfeile IIIa gesehen;

4 das Detail IV der 2 in vergrößertem Maßstab;

5 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 3 entlang der Linie V-V in Richtung der Pfeile Va gesehen;

6 im vertikalen Längsschnitt eine Hohlwelle des Querstromfilters der 1 mit Distanzringen, Filterscheiben und einer Spannvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform und

7 die Darstellung der 6 gemäß einer zweiten Ausführungsform.

In der 1 ist mit 1 im Schema ein Querstromfilter zur Trennung von inhomogenen Flüssigkeitsgemischen (nachfolgend Fluide genannt) bezeichnet. Der Querstromfilter 1 umfasst in einem gekapselten Gehäuse 2 zwei sich im Abstand nebeneinander erstreckende Hohlwellen 3, 3a aus einem nicht rostenden Stahl. Die Hohlwellen 3, 3a fungieren als Träger von kreisringförmigen Filterscheiben 4 aus einem vorzugsweise keramischen Werkstoff. Es ist zu erkennen, dass die Filterscheiben 4 der einen Hohlwelle 3 zwischen die Filterscheiben 4 der anderen Hohlwelle 3a greifen, so dass sich die Filterscheiben 4 der beiden Hohlwellen 3, 3a teilweise überlappen.

Das zu trennende Fluid wird gemäß dem Pfeil PF über einen Anschluss 5 in das Innere 6 des Gehäuses 2 geleitet. Von hier aus gelangt das Fluid zu den rotierenden Filterscheiben 4. Das gefilterte Fluid, das Permeat, tritt in das Innere der Filterscheiben 4 ein und wird von hier in das Innere 7 der mit den Filterscheiben 4 Fluid überführend gekoppelten Hohlwellen 3, 3a geleitet. Das Permeat strömt dann in Längsrichtung der Hohlwellen 3, 3a und tritt stirnseitig gemäß dem Pfeil PF1 aus. Der ungefilterte Rückstand, das Retentat, verbleibt im Gehäuseinneren 6 und wird über einen Anschluss 8 gemäß dem Pfeil PF2 abgeführt.

Wie anhand der 2 bis 5 zu erkennen ist, nehmen jeweils zwei identisch ausgebildete Distanzringe 9 in spiegelbildlicher Zuordnung eine Filterscheibe 4 zwischen einander zugewandten Stirnseiten 10 auf. Die Distanzringe 9 sind als Spritzgussteile aus Polyethersulfon gebildet. Sie besitzen vier gleichmäßig um 90° in Umfangsrichtung zueinander versetzte Nocken 11, die radial nach innen sowie axial vorstehen. Mit ihren Stirnflächen 12 kontaktieren sich die frontal gegenüber liegenden Nocken 11 in der radialen Querebene der Filterscheibe 4.

Sie stützen sich auf der äußeren Oberfläche 13 einer Hohlwelle z.B. 3 ab. Hierdurch wird zwischen den Distanzringen 9 und der äußeren Oberfläche 13 der Hohlwelle 3 ein Ringspalt 14 gebildet.

Die 2 und 3 lassen erkennen, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Nocken 11 eines Distanzrings 9 an jedem Distanzring 9 eine Mitnehmernase 15 vorgesehen ist, welche in eine von vier Längsnuten 16 eingreift, die um 90° zueinander versetzt am Umfang der Hohlwelle 3 vorgesehen sind. Diese Längsnuten 16 sind über Radialbohrungen 17 mit dem Inneren 7 der Hohlwelle 3 verbunden.

Die Filterscheiben 4 umgreifen mit ihren inneren Oberflächen 18 die Nocken 11 und die Mitnehmernasen 15. Mit den einander zugewandten Stirnseiten 10 der Distanzringe 9 sind die Filterscheiben 4 durch einen Kleber 19 in Form eines vernetzenden Klebstoffs auf Silikonbasis verbunden. Damit beim Fügen oder Verpressen des Klebers 19 dieser nicht über den Ringspalt 14 auf die Permeatseite gelangen kann, sind in die Stirnseiten 10 der Distanzringe 9 benachbart der Nocken 11 und Mitnehmernasen 15 Ringnuten 20 eingearbeitet. Diese Ringnuten 20 nehmen überschüssigen Kleber 19 auf. Über die äußeren Oberflächen 21 der Distanzringe 9 vorstehender Kleber 19 kann z.B. abgeschabt werden.

In den Rückseiten 22 der Distanzringe 9 sind im Bereich des Außenumfangs ringförmige Kehlen 23 vorgesehen, die in die äußeren Oberflächen 21 der Distanzringe 9 münden. In diese Kehlen 23 werden, wie insbesondere die 2 erkennen lässt, O-Ringe 24 eingebettet. Die Position der O-Ringe 24 ist mithin sowohl während der Montage als auch während einer Wartung einwandfrei zu überwachen.

Um alle oder zumindest eine bestimmte Anzahl von Distanzringen 9 unter Eingliederung der Filterscheiben 4 einwandfrei in Axialrichtung der Hohlwellen 3, 3a verspannen zu können, sind gemäß 6 ein Festlager 25 und ein Loslager 26 vorgesehen.

Das Festlager 25 besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem mit der Hohlwelle 3 einstückig verbundenen Ringkragen 27. Dieser Ringkragen 27 weist ebenfalls eine ringförmige Kehle 28 im Bereich des Außenumfangs auf, welche einer Kehle 23 des benachbarten Distanzrings 9 gegenüberliegt, so dass auch hier ein O-Ring 24 zur einwandfreien Abdichtung eingebettet werden kann.

Das Loslager 26 umfasst ein auf der äußeren Oberfläche 13 der Hohlwelle 3 axial verlagerbares buchsenartiges Druckstück 29 aus Edelstahl, eine Schraubendruckfeder 30, eine Spannscheibe 31 und einen Klemmring 32, alle ebenfalls aus Edelstahl.

Das Druckstück 29 besitzt in der dem benachbarten Distanzring 9 zugewandten Stirnseite 33 eine Kehle 34 im Bereich des Außenumfangs, die in die äußere Oberfläche 44 des Druckstücks 29 mündet. Folglich kann auch hier wiederum ein O-Ring 24 in die Kehlen 34 des Druckstücks 29 und 23 des benachbarten Distanzrings 9 eingebettet werden. Gegenüber der Hohlwelle 3 ist das Druckstück 29 durch einen O-Ring 35 abgedichtet, der in eine innere Nut 36 des Druckstücks 29 eingebettet ist.

Die Schraubendruckfeder 30 umfasst axial vorspringende Zentrieransätze 37, 38 des Druckstücks 29 und der Spannscheibe 31. Der Klemmring 32 ist axial geschlitzt und kann mit Hilfe einer Schraube 39 auf der äußeren Oberfläche 13 der Hohlwelle 3 fixiert werden.

Bei der Montage der Distanzringe 9 und der Filterscheiben 4 (Filterpaket) wird zunächst mit Hilfe einer auf dieses Filterpaket in Längsrichtung gerichteten Kraft P das Filterpaket axial derart vorgespannt, dass die erforderliche Dichthaltekraft für die O-Ringe 24 zwischen den Distanzringen 9 einerseits und zwischen den Distanzringen 9 und dem Festlager 25 bzw. dem Druckstück 29 andererseits gewährleistet ist. Ist das Maß der erforderlichen Vorspannung erreicht, wird die Spannscheibe 31 mit Hilfe des Klemmrings 32 und der Schraube 39 örtlich fixiert.

Die Ausführungsform der 7 unterscheidet sich von derjenigen der 6 dadurch, dass die Spannscheibe 31a des Loslagers 26 durch einen Klemmkeilspannsatz 40 auf der äußeren Oberfläche 13 der Hohlwelle 3 fixierbar ist. Dazu besitzt die Spannscheibe 31a eine Hülse 41, die von den Klemmkeilen 42, 43 umgriffen wird. Nach Einstellen der Vorspannkraft wird mit Hilfe des Spannsatzes 40 die Spannscheibe 31a auf der äußeren Oberfläche 13 der Hohlwelle 3 fixiert.

1
Querstromfilter
2
Gehäuse v. 1
3
Hohlwelle
3a
Hohlwelle
4
Filterscheiben
5
Anschluss
6
Inneres v. 2
7
Inneres v. 3, 3a
8
Anschluss
9
Distanzringe
10
Stirnseiten v. 9
11
Nocken an 9
12
Stirnflächen v. 11
13
Oberflächen v. 3, 3a
14
Ringspalt
15
Mitnehmernasen
16
Längsnuten
17
Radialbohrungen
18
innere Oberflächen v. 4
19
Kleber
20
Ringnuten
21
äußere Oberflächen v. 9
22
Rückseiten v. 9
23
Kehlen in 22
24
O-Ringe
25
Festlager
26
Loslager
27
Ringkragen v. 25
28
Kehle in 27
29
Druckstück v. 26
30
Schraubendruckfeder
31
Spannscheibe
31a
Spannscheibe
32
Klemmring
33
Stirnseite v. 29
34
Kehle in 33
35
O-Ring
36
Nut f. 35
37
Zentrieransätze an 29
38
Zentrieransätze an 31
39
Schraube
40
Klemmkeilspannsatz
41
Hülse an 31a
42
Klemmkeil
43
Klemmkeil
44
äußere Oberfläche von 29
PA
Axialkraft
PF
Pfeil
PF1
Pfeil
PF2
Pfeil


Anspruch[de]
Querstromfilter zur Trennung von inhomogenen Flüssigkeitsgemischen sowie viskosen und feststoffbeladenen Suspensionen, der in einem Gehäuse (2) eine zum Gehäuseinneren (6) hin fluiddichte Hohlwelle (3, 3a) als Träger von Filterscheiben (4) aufweist, wobei die mit der Hohlwelle (3, 3a) Fluid überführend gekoppelten Filterscheiben (4) in Längsrichtung der Hohlwelle (3, 3a) mittels Distanzringen (9) auf Abstand zueinander gehalten sind, welche mit inneren Mitnehmernasen (15) in äußere Längsnuten (16) der Hohlwellen (3, 3a) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens mehrere der mit der Hohlwelle (3, 3a) gekoppelten Distanzringe (9) bei dichter Aufnahme der Filterscheiben (4) zwischen einem Festlager (25) und einem Loslager (26) axial verspannt sind, wobei zwei axial aufeinanderfolgende Distanzringe (9) sich mit einander gegenüberliegenden Flächen (12, 22) kontaktieren, ohne dass hierbei schädliche mechanische Beanspruchungen auf die Filterscheibe (4) ausübbar sind. Querstromfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (25) durch einen mit der Hohlwelle (3, 3a) verbundenen Ringkragen (27) gebildet ist. Querstromfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager (26) aus einem gegenüber einem benachbarten Distanzring (9) sowie der Hohlwelle (3, 3a) abgedichteten, axial verlagerbaren Druckstück (29) und einer sich einerseits am Druckstück (29) und andererseits an einer an der Hohlwelle (3, 3a) fixierbaren Spannscheibe (31, 31a) abstützenden Druckfeder (30) gebildet ist. Querstromfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die dem benachbarten Distanzring (9) frontal gegenüber liegende Stirnseite (33) des Druckstücks (29) und in die angrenzende Rückseite (22) des Distanzrings (9) nahe dem jeweiligen Außenumfang ringförmige Kehlen (34, 23) eingearbeitet sind, die in die äußeren Oberflächen (44, 21) des Druckstücks (29) und des Distanzrings (9) münden. Querstromfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die einander gegenüber liegenden Kehlen (34, 23) des Druckstücks (29) und des Distanzrings (9) ein O-förmiger Dichtring (24) eingebettet ist. Querstromfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die einander gegenüber liegenden Kehlen (34, 23) des Druckstücks (29) und des Distanzrings (9) eine Siegelmasse aus Kunststoff eingebracht ist. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (29) durch einen in eine radial innen liegende Umfangsnut (36) eingebetteten Dichtring (35) gegenüber der äußeren Oberfläche (13) der Hohlwelle (3, 3a) abgedichtet ist. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (30) durch eine Schraubendruckfeder gebildet ist. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannscheibe (31) durch einen auf der äußeren Oberfläche (13) der Hohlwelle (3, 3a) festlegbaren geschlitzten Klemmring (32) örtlich fixierbar ist. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannscheibe (31a) einen der Druckfeder (30) abgewandten buchsenartigen Fortsatz (41) aufweist, der von einem Keilringe (42, 43) umfassenden Spannsatz (40) auf der äußeren Oberfläche (13) der Hohlwelle (3, 3a) festlegbar ist. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei identisch ausgebildete Distanzringe (9) in spiegelbildlicher Zuordnung eine Filterscheibe (4) zwischen einander zugewandten Stirnseiten (10) aufnehmen und mit der Filterscheibe (4) durch einen Kleber (19) dicht verbunden sind, wobei die der Filterscheibe (4) abgewandten Rückseiten (22) der Distanzringe (9) an die Rückseiten (22) weiterer, jeweils paarweise einander spiegelbildlich zugeordneter Distanzringe (9) dicht angedrückt sind, und dass die Filterscheibe (4) mit ihrer inneren Oberfläche (18) von den Distanzringen (9) radial nach innen sowie axial vorstehende und sich frontal kontaktierende Nocken (11) umgreift, die sich an der äußeren Oberfläche (13) der Hohlwelle (3, 3a) abstützen, und wobei zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Nocken (11) eines Distanzrings (9) eine Mitnehmernase (15) vorgesehen ist, welche in eine mit dem Inneren (7) der Hohlwelle (3, 3a) Fluid überleitend verbundene Längsnut (16) eingreift. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzringe (9) aus Kunststoff, die Filterscheiben (4) aus einem keramischen Werkstoff und die Hohlwelle (3, 3a) aus einem rostfreien Stahl gebildet sind. Querstromfilter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Distanzring (9) wenigstens vier Nocken (11) in Umfangsrichtung zueinander versetzt vorgesehen sind. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (3, 3a) vier um 90° zueinander versetzte äußere Längsnuten (16) aufweist, die über Radialbohrungen (17) mit dem Inneren (7) der Hohlwelle (3, 3a) verbunden sind, und dass die Mitnehmernasen (15) der Distanzringe (9) von zwei axial aufeinander folgenden Filterscheiben (4) um 90° zueinander versetzt in Längsnuten (16) eingreifen. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rückseiten (22) der Distanzringe (9) ringförmige Kehlen (23) im Bereich des Außenumfangs vorgesehen sind, die in die äußeren Oberflächen (21) der Distanzringe (9) münden. Querstromfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei einander gegenüber liegende Kehlen (23) benachbarter Distanzringe (9) ein O-förmiger Dichtring (24) eingegliedert ist. Querstromfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei einander gegenüber liegende Kehlen (23) benachbarter Distanzringe (9) eine Siegelmasse aus Kunststoff eingebracht ist. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in die einer Filterscheibe (4) zugewandten Stirnseiten (10) der Distanzringe (9) Ringnuten (20) im inneren Umfangsbereich eingearbeitet sind. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzringe (9) als Spritzgussteile aus einem gefüllten oder ungefüllten Kunststoff gebildet sind. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzringe (9) als Spritzgussteile aus Polyethersulfon gebildet sind. Querstromfilter nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Filterscheibe (4) zwischen zwei Distanzringen (9) fixierende Kleber (19) ein Einkomponenten- oder Zweikomponentenkleber ist.






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