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Filterkerze
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Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Filterkerze gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 Eine derartige Filterkerze ist in dem DEGS 78 31 204 beschieben
Bei ihr liegen der Tragkörper0 der Stützkörper und der Filterstrumpf jeweils über
zylindrische Berührflächen dicht aneinander an Es wurde nun erkannte daß das Filtervermögen
dieser bekannten Filterkerze deshalb noch nicht optimal ist0 weil das zu filternde
Medium nur über diejenige effektive Durchtrittsfläche durch die aus Tragkörper und
Stützkörper gebildete Einheit hindurchtreten kann, welche sich aus der Summe der
Uberlappungsflächen der Durchbrechungen des Tragkörpers mit den Durchbrechungen
des Stützkörpers ergibt.
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Nun kann man zwar versuchen0 die Durchbrechungen im Tragkörper und
im Stützkörper im gleichen Raster und mit gleicher Geometrie anzuordnen; dies bedingt
aber sehr hohe Fertigungskosten für diese beiden Teileg auBerdem müssen diese Teile
exakt aufeinander ausgerichtet werden, und diese Ausrichtung kann im Betrieb durch
die auf die Anordnung einwirkenden Drehmomente und Kräftegaber auch durch unterschiedliche
elastische oder plastische Verformung unter Betriebsbedingungen oder unterschiedliche
temperaturbedingte Geometrieänderungen von Tragkörper und Stützkörper ganz oder
teilweise wieder verloren gehen.
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Durch die vorliegende Erfindung sol naher eine Filterkerze gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 so weitergebildet werden, daß der Durchsatz verbessert
ist0 ohne daß eine aufwendige Abstimmung und Anpassung der Durchbrechungsmuster
von Tragkörper und Filterkörper aneinander notwendig ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Filterkerze gemäß
Anspruch 1.
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Bei der erfindungsgemäßen Filterkerze erhält man durch Vorsehen von
noppenförmigen Erhebungen entweder auf der äußeren Mantelfläche des Tragkörpers
oder auf der inneren Mantelfläche des Stützkörpers oder beiden dieser Flächen Strömungsmittelkanäle
zwischen der Außenfläche des Tragkörpers und der Innenfläche des Stützkörpers, welche
sich sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung erstrecken und ein Strömen
des zu filternden Mediums in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung erlauben.
Damit kann sich das gefilterte Medium hinter dem Filterstrumpf nach dem Durchqueren
der Durchbrechungen des Stützkörpers so in Teilströme aufspalten und verteilen,
daß insgesamt ein geringer Druckabfall an der Filterkerze erhalten wird, da praktisch
alle Durchbrechungen des Tragkörpers genützt werden können.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Filterkerze ermöglicht es auch,
die Größe, Verteilung und Geometrie der Durchbrechungen in Tragkörper und Stützkörper
unabhängig voneinander im Hinblick auf die jeweils erforderliche mechanische Festigkeit
dieser Teile und im Hinblick auf ein besonders günstiges Strömungsverhalten an diesen
Durchbrechungen zu optimieren. Darüber hinaus können die Durchbrechungen des Stützkörpers
den mechanischen Eigenschaften und Filtereigenschaften des Filterstrumpfmaterials
Rechnung tragend gestaltet werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht,
daß der Tragkörper selbst durch Biegen eines durch Stanzen mit den Durchbrechungen
versehenen Blechteils
hergestellt werden kann0 welches an der in
Längsrichtung verlaufenden Stoßstelle zusammengeschweißt wird. Die Noppung des aus
#unststoff hergestellten Stützkörpers läßt sich verhältnismäßig einfach beim Extrudieren
des Stützkörpers erzeugene wobei die Noppung auf der Außenseite im Hinblick auf
ein leichtes Ablösen von ausgefilterten Feststoffteilchen sowohl durch das anströmende
ungereinigte Medium als auch durch Gegenstromspülung von Vorteil ist. Der Filterstrumpf
erhält nämlich unter Arbeitsbedingungen ebenfalls eine noppenförmige Oberflächengestaltg
sodaß man auf den Filterstrumpf einen Filterkuchen mit von Ort zu Ort unterschiedlicher
Dicke erhält. Derartige Filterkuchen zerbrechen bei mechanischer Beanspruchung besonders
leicht.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf
einen besonders geringen Druckabfall an der Filterkerze von Vorteil.
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Eine ungleiche radiale Ditensionierung der innen liegenden und außen
liegenden noppenförmigen Erhebungen, wie sie im-Anspruch 4 angegeben ist, gewährleistet
einerseits eine ausreichende Größe der Mantelflächenströme des gefilterten Mediums,
andererseits eine ausreichend große Dickenvariation im abgesetzten Filterkuchen.
Darüber hinaus läßt sich ein solcher Stützkörper noch gut durch Extrudieren herstellen.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht,
daß sich der Stützkörper auch bei Einwirkung von Drehmomenten und Kräften unter
Betriebsbedingungen nicht relativ zum Tragkörper verschieben kann. Derartige Verschiebungen,
die an verschiedenen Stellen des Stützkörpers unterschiedliche Richtung und/oder
unterschiedlichen Betrag haben können, führen oft zu vorzeitigem Bruch des Stützkörpers.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ermöglicht
es,
die Befestigungsstellen jeweils von Fall zu Fall auszuwählen, Der Tragkörper braucht
an den Befestigungsstellen nicht besonders modifiziert zu werden.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 stellt eine zusätzliche
Sicherheitsmaßnahme dar, welche verhindert, daß der Stützkörper unbeabsichtigt vom
Tragkörper abrutscht.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 wird erreicht,
daß der Filterstrumpf ausgehend von der außen liegenden Oberfläche des Stützkörpers
über runde Umlenkflächen zu der Innenfläche des Tragkörpers umgelegt wird. Damit
werden auch unter hohen axialen Anpreßkräften lange Standzeiten des Filterstrumpfes
an der Einspannstelle gewährleistet.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 ermöglicht es, unter
Verwendung ein- und desselben Stützringes und Klemmringes Filterstrümpfe unterschiedlicher
Dicke zu verwenden. Die angegebene Ausbildung des Klemmringes bringt zugleich eine
Keilwirkung an der Einspannstelle des Filterstrumpfes als weiteren Vorteil.
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Bei einer Filterkerze gemäß Anspruch 10 hat der Klemmring zugleich
eine Dichtfunktion zum Filterstrumpf hin.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 wird erreicht,
daß der Klemmring zugleich als Abdichtring zwischen Filterkerze und Kerzen-Trägerplatte
dienen kann.
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Diese Dichtfunktion des Klemmringes wird bei der in Anspruch 12 angegebenen
Materialwahl besonders gut gewährleistet; außerdem sind so die Gestehungskosten
des Klemmringes besonders gering.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 wird erreicht,
daß der Stützkörper in Richtung der durchgehenden Rippen selbsttragend ist. Dies
ermöglicht es, hinter den entsprechenden Stützkörperbereichen den Tragkörper zumindest
teilweise radial zurückzuziehen, so daß besonders gro-Ben Querschnitt aufweisende
Durchgänge für das gefilterte Medium zwischen den Rippen erhalten werden In diesen
Durchgängen kann das gefilterte Medium im wesentlichen laminar und ohne Verwirbelung
strömen, da die auf der Stützkörperinnenseite glatt durchgehenden Rippen ein laminares
Strömungsbild ermöglichen Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14
wird erreicht, daß das gefilterte Medium auf kürzestem Wege zum Kerzenauslaß fließen
kann.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 wird auf einfache
Weise eine Abstützung der Rippen des Stützkörpers an zwischen den Rippenenden liegenden
Stützstellen gewährleistet. Dies ermöglicht die Verwendung von verhältnismäßig wenig
Material enthaltenden Rippen.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 16 wird diese Zwischenabstützung
der Rippen längs einer im wesentlichen wendelförmigen Treppenkurve erhalten.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 17 ist im Hinblick
auf eine möglichst nahe Angleichung der Treppenkurve an eine Schraubenlinie von
Vorteil.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausf#hrungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert In dieser zeigen: Figur
1: einen axialen Schnitt durch ein Filter mit an
einer Kerzen-Trägerplatte
befestigten Filterkerzen; Figuren 2a und 2b zusammen: eine vergrößerte axiale Schnittansicht
einer einzelnen Filterkerze nach Figur 1; Figur 3: einen doppelt abgewinkelten transversalen
Schnitt durch einen abgewandelten Stützkörper für eine Verbundfilterkerze längs
der Schnittlinie III-III von Figur 4; Figur 4: einen axialen Schnitt durch den Stützkörper
nach Figur 3 längs der dortigen Schnittlinie IV-IV; Figur 5: einen transversalen
Schnitt durch einen abgewandelten Tragkörper zur Verwendung mit dem Stützkörper
nach den Figuren 3 und 4, geschnitten längs der Linie V-V von Figur 6; und Figur
6: einen axialen Schnitt durch das obere Ende des Tragkörpers nach Figur 5.
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Fig. 1 zeigt ein Filter, wie es z.B. zum Filtern von aus Zuckerrüben
gewonnenem Zuckersaft verwendet wird, welcher zur Läuterung mit Kalk behandelt worden
ist und nun kleine Kalkpartikel enthält. Derartige Filter werden auch zum Entfernen
von sgspendierten Feststoffpartikeln aus Speisewasser für Dampferzeuger und aus
anderen Flüssigkeiten verwendet.
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Das Filter weist einen Druckbehälter 10 auf, der aus einem Unterteil
12 und einem Deckel 14 besteht. Diese Behälterteile haben einander gegenüberliegende
Flansche 16 und 18, an denen sie mittels Bolzen 20 verschraubt sind.
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Zwischen die Flansche 16 und 18 ist eine Kerzen-Trägerplatte 22 durch
O-Ringe 24 abgedichtet eingespannt. Sie unzerteilt den Innenraum des Druckbehälters
10 in einen Einabraum 260 welcher mit einem Einlaßstutzen 28 in Verbindung stcehtvund
einen Auslaßraum 302 welcher mit einem Auslaßstutzen 32 in Verbindung steht.
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In der Trägerplatte 22 ist eine Vielzahl von Aufnahme öffnungen 34
für insgesamt mit 36 bezeichnete Filterkerzen vorgesehen.
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Die Filterkerzen sind am oberen Ende mit einem an der Unu terseite
der Trägerplatte 22 anliegenden Klemmring 38 aus
etwas verformbarem
Kunststoffmaterial versehen und weisen einen sternförmigen Führungskörper 40 auf,
der in die zugeordnete der Aufnahmeöffnungen 34 eingreift. Von dem Führungskörper
40 läuft ein Gewindebolzen 42 nach oben weg und durchsetzt einen über die Aufnahmeöffnung
34 hinweggeführten Haltebügel 44, an dessen Oberseite eine auf dem Gewindebolzen
42 laufende Spannmutter 46 abgestützt ist.
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Ein unterer Abschnitt 48' des Druckbehälters 10 ist kegelförmig ausgebildet,
sodaß der Filterkuchen, welcher bei Druckbeaufschlagung des Auslaßraumes 30 und
Einstellen niederen Druckes im Einlaßraum 26 von den Filterstrümpfen der Filterkerzen
36 abgelöst wird, unter Schwe#rkrafteinwirkung zu einem Feststoff-Auslaßstutzen
50' gelangt, von wo er dann abgezogen werden kann.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist an dem sternförmigen Führungskörper
40 ein Tragkörper 48 befestigt, der aus nicht rostendem Stahl gefertigt ist und
mit einer Vielzahl kreisförmiger Durchbrechungen 50 versehen ist. Zur Erhöhung der
Festigkeit sind in Abständen in Umfangsrichtung verlaufende Sicken 52 eingedrückt.
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Das untere Ende des Tragkörpers 48 ist durch eine Stirnscheibe 54
verschlossen. Diese trägt über eine angeschweißte Mutter 56 und eine Schraube 58
eine konkav gewölbte federnde Haltescheibe 60 mit einem radial über die Mantelfläche
des Tragkörpers 48 überstehenden horizontalen Randflansch 62.
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Der Randflansch 62 dient als axiale Sicherung für einen aus Polypropylen
durch Extrudieren gefertigten Stützkörper 64, welcher im wesentlichen ebenfalls
hohlzylindrisch ist und in enger Spielpassung oder leichter Preßpassung auf den
Tragkörper 48 aufgeschoben ist. Der Stützkörper 64 hat kan-
tenfreie
Durchbrechungen 660 deren Durchtrittsfläche jeweils größer ist als diejenige der
Durchbrechungen 50. Die die Durchbrechungen 66 begrenzenden Materialstege 68 haben
jeweils bei ihrer Mitte angeformte radial nach außen überstehende Noppen 70 und
radial nach innen überstehende Noppen 72.
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Zwischen der noppigen Innenseite des Stützkörpers 64 und der glatten
Außenfläche des Tragkörpers 48 erhält man so sowohl in Umfangsrichtung verlaufende
Kanäle 74 als auch in der Zeichnung nicht sichtbare axiale Kanäle.
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Der Stützkörper 64 ist durch mehrere axial versetzte Blechschrauben
76, deren Kerndurchmesser dem Durchmesser einer Durchbrechung 50 angepaßt ist, verdrehsicher
auf dem Tragkörper 48 festgelegt.
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An der noppigen Außenseite des Stützkörpers 64 liegt unter Betriebsbedingungen
die Innenseite eines Filterstrumpfes 78 formschlüssig an. Der Filterstrumpf 58 hat
also unter Betriebsbedingungen ebenfalls eine noppige zylindrische Konfiguration.
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Das obere Ende des Filterstrumpfes 78 ist über einen Stützring 80
gelegt, der an dem oberen Ende des Tragkörpers 48 angeschweißt ist. Der Stützring
80 hat eine glatte zylindrische Außenfläche, die über eine abgerundete Kante in
die Stirnfläche des Stützringes übergeht und über eine weitere abgerundete Kante
glatt in die Innenfläche des Tragkörpers 48 übergeht. Das Ende des Filterstrumpfes
78 ist somit ohne scharfe Falten um den Stützring 80 herumgelegt.
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Wie aus Fig 2 ersichtlich ist, begrenzt der Stützring 80 eine ringförmige
Kammer 82, in welche das obere Ende des Stützkörpers 64 eingreift.
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Der Klemmring 38 hat im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil,
wobei die seitlichen, in Umfangsrichtung verlaufenden Klemmflächen 84, 86, welche
das Filterstrumpfende gegen die Innenseite des Tragkörpers 48 bzw. die Außenseite
des Stützringes 80 drücken, unter einem kleinen Winkel zur Ringachse geneigt sind,
um eine Klemmwirkung zu erzielen und Filterstrümpfe unterschiedlicher Dicke festspannen
zu können.
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Die Innenseite des Bodens des aus Kunststoff gespritzten Ringes 38
trägt in Umfangsrichtung verlaufende Rippen 88, seine Außenseite in Umfangsrichtung
verlaufende Rippen 90, und auf diese Weise kann der Klemmring 38 zugleich als Dichtring
zwischen der Filterkerze 36 und der Trägerplatte 22 dienen.
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Im Betrieb liegt der Filterstrumpf 78 formschlüssig an der Außenseite
des Stützkörpers 64 an, und das gefilterte Medium strömt von der Rückseite des Filterstrumpfes
über die Durchbrechungen 66 entweder direkt oder über die Kanäle 74 oder entsprechende
axiale Kanäle in die Durchbrechungen 50 des Tragkörpers 48 und dann vom Inneren
des Tragkörpers 48 durch den Führungskörper 40 hindurch in den Auslaßraum 30. Auf
der Außenseite des Filterstrumpfes sammelt sich im Laufe der Zeit ein Filterkuchen
an, welcher gemäß der Noppenkonfiguration des Filterstrumpfes ungleiche Dicke aufweist.
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Zum Reinigen der Filterkerze 36 wird diese vom Auslaßraum 30 her mit
Druck beaufschlagt, sodaß sich der Filterstrumpf 78 von dem Stützkörper 64 abhebt
und zu glatter zylindrischer Gestalt aufgeblasen wird. Bei diesem Aufblasen werden
in dem Filterkuchen aufgrund von dessen Noppenstruktur viele Sprünge erzeugt, weshalb
sich der Filterkuchen gut und vollständig ablöst und in den unteren Abschnitt 48'
des Druckbehälters 10 fällt.
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Das Aufziehen eines neuen Filterstrumpfes 78 erfolgt einfach durch
Uberschieben auf die durch den Tragkörper 48 und den Stützkörper 64 sowie den Stützring
80 gebildete Einheit und durch Umlegen des obersten Endabschnittes des Filterstrumpfes
78 um den Stützring 80. Nun wird von oben der Klemmring 38 aufgeschoben und gleich
von Hand angedrückt, und die so erhaltene Filterkerze 36 wird von unten an der Trägerplatte
22 anmontiert.
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Muß ein Stützkörper 64 ausgetauscht werden, so kann dies nach Entfernen
des Filterstrumpfes 78 einfach dadurch erfolgen, daß man die Schraube 58 löst, die
Haltescheibe 62 abnimmt und die Klemmschrauben 76 abschraubt; nun kann der Stützkörper
64 einfach axial vom Tragkörper 48 heruntergezogen werden. Ein neuer Stützkörper
48 läßt sich dann einfach in umgekehrter Reihenfolge der Arbeitsschritte montieren.
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In der Zeichnung sind der besseren Ubersichtlichkeit halber die Durchbrechungen
50 nur in der Schnittebene und bei dem gesondert dargestellten mittleren Abschnitt
des Tragkörpers 48 wiedergegeben. Es versteht sich, daß diese Durchbrechungen auch
in den übrigen Abschnitten des Tragkörpers über den gesamten Umfang verteilt angeordnet
sind.
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Die Durchbrechungen 66 sind in (in Abwicklung) quadratischem Raster
angeordnet; es versteht sich jedoch, daß man stattdessen auch andere regelmäßige
Raster verwenden kann, z . B. Sechseckraster Bei dem hier wiedergegebenen Ausführungsbeispiel
ist jeder der die Durchbrechungen 66 begrenzenden Materialstege 68 bei seiner Mitte
mit Noppen 70 und 72 versehen. Dies erlaubt es, den Stützkörper 64 aus verhältnismäßig
weichem Kunststoffmaterial wie Polypropylen herzustellen, da die im Betrieb auftretenden
Kräfte über eine große Anzahl von
Noppen verteilt an den Tragkörper
48 abgegeben werden. Bei Wahl eines härteren Materials für den Noppenkörper kann
man die Anzahl der Noppen 72 vermindern und damit bei gleicher Noppenhöhe noch größere
Durchströmquerschnitte zwischen der Innenseite des Stützkörpers 64 und der Außenseite
des Tragkörpers 48 bereitstellen.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen einen abgewandelten Stützkörper 64', welcher
eine Mehrzahl in Umfangsrichtung gleichverteilter, nach innen vorspringender Rippen
92 aufweist. Die Rippen 92 sind durch in Umfangsrichtung verlaufende, unter gleichem
axialem Abstand aufeinanderfolgende Rippen 94 miteinander verbunden, so daß die
Rippen 92 und 94 Fenster 96 begrenzen.
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Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, sind die Rippen 92 in
ihrem einem Fenster 96 benachbarten Abschnitt mit einer außenliegenden noppenförmigen
Erhebung 98 versehen. Diese Erhebungen lassen sich leicht zugleich beim Extrudieren
des Stützkörpers 64' herstellen und nehmen einen Teil des aus dem Bereich der Fenster
96 verdrängten Materiales auf.
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Die Erhebungen 98 erleichtern wiederum das Ablösen eines Filterkuchens
von einem über den Stützkörper 64' aufgezogenen Filterstrumpf, wie obenstehend schon
für das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 dargelegt.
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Die Spitzen der Rippen 94 sind an einem Tragkörper 48' abgestützt,
welcher in Figur 3 nur schematisch angedeutet ist.
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Da die Rippen 94 dem Stützkörper 64 in axialer Richtung selbsttragende
Eigenschaft verleihen, kann man den Abstand zwischen den Rippen 94 und dem Tragkörper
48' verhältnismäßig groß wählen. Damit besteht ein großzügig bemessener, freier
Abfluß für das gefilterte Medium von den Fenstern 96.
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Da der Stützkörper 64' in axialer Richtung versteift ist,
reicht
es aus, wenn er in dieser Richtung nur in größeren Abständen abgestützt wird. Hierzu
weist der Tragkörper 48' eine Mehrzahl kreisbogenförmiger Stützsegmente 100 auf,
welche in Winkelrichtung versetzt unter axialem Abstand aufeinanderfolgen. Bei dem
betrachteten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Stützsegmente 100 jeweils über
900 und sind an den'axialen freien Randkanten einer durchgehenden Tragplatte 102
sowie zweier auf diese aufgeschweißter, hierzu senkrechter Tragplatten 104off 106
festgeschweißt. Man erhält so eine einer Schraubenlinie nahekommende treppenförmige
Abstützfläche für den Stützkörper 64~.
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An die verschweißten Tragplatten 102 bis 106 ist oben ein Gewindebolzen
42' angeschweißt, der zum Befestigen des Tragkörpers 48' an der Kerzen-Trägerplatte
22 dient. Außerdem ist an die Tragplatten 102 bis 106 ein Stützring 80' angeschweißt,
der zur Aufnahme des oberen Endes des in Figur 6 nur gestrichelt angedeuteten Stützkörpers
64' und zum Herumlegen des oberen Endes eines nicht näher gezeigten Filterstrumpfes
dient. Die Montage des Stützkörpers 64' auf dem Tragkörper 48', das Aufziehen eines
Filterstrumpfes und das Befestigen der so erhaltenen Anordnung unter Zwischenschaltung
eines Dichtringes erfolgt genauso wie beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren
1 und 2, mit der einzigen Ausnahme, daß der Stützkörper 64§ nicht unbedingt auf
dem Tragkörper 48' festgeschraubt zu werden braucht.
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