EP1093392A1

EP1093392A1 - Mehrstufige filtervorrichtung

Info

Publication number: EP1093392A1
Application number: EP99907630A
Authority: EP
Inventors: Bertram Bartelt; Peter Gohle
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-13
Publication date: 2001-04-25
Also published as: DE29804541U1; TW452519B; WO1999047234A1

Abstract

Es wird eine Filtervorrichtung, insbesondere zur Reinigung von dielektrischen Betriebsflüssigkeiten in Funkenerosionsanlagen, vorgeschlagen. Diese weist mindestens eine Feinfiltereinheit (7) auf, die einen Rohflüssigkeitszulauf (8) und einen Filtratablauf (9) aufweist. Der Feinfiltereinrichtung ist eine regenerierbare Vorfiltereinheit (3, 45) vorgeschaltet, die einen Rohflüssigkeitszulauf (2), einen mit dem Rohflüssigkeitszulauf der Feinfiltereinheit verbindbaren Filtratablauf (4) und einen Schmutzablauf (5) hat.

Description

B e s c h r e i b u n g

Mehrstufige Filtervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, die insbesondere zur Reinigung von dielektrischen Betriebsflüssigkeiten in Funkenerosionsanlagen vorgesehen ist.

Bei herkömmlichen Filtervorrichtungen für materialabtragende Materialbearbeitungsmaschinen werden zur Reinigung von Betriebsflüssigkeiten, wie Kühl- und Schmierflüssigkeiten oder dielektrischen Betriebsflüssigkeiten, meist Filtervorrichtungen mit Einweg-Kartuschenfiltern bzw. Patronenfiltern oder Papierbandfilteranlagen eingesetzt. Derartige Systeme sind in der Anschaffung relativ kostengünstig, verursachen aber zum Teil erhebliche Betriebskosten, denn Filtermedien wie beispielsweise Kartuschen oder Patronen, Papierbänder oder Anschwemmenden müssen, je nach Abtragsintensität und bearbeitetem Material, mehr oder weniger häufig gewechselt werden. Hierdurch entstehen hohe laufende Betriebskosten für Filtermedien, sowie Ausschleppverluste von Bearbeitungs- oder Betriebsflüssigkeiten und Entsorgungsprobleme.

Zur Vermeidung dieser Probleme ist es für mit wäßrigen Betriebsflüssigkeiten wie entionisiertem Wasser arbeitende Drahterosionsmaschinen und zur Feinfiltration von wässrigen Schleifemulsionen schon vorgeschlagen worden, eine rückspülbare Filtervorrichtung mit einem rückspülbaren Mineralfilter vorzusehen. Als Filtermaterial dient exakt kalibriertes Mineralgranulat, das in einem Gehäuse ein Filterbett bildet und mit dem eine Filterfeinheit von ca. drei Mikrometern erreichbar ist. Kleinere Feinstpartikel, wie sie beispielsweise bei 2

Schlichtprozessen erzeugt werden, können praktisch nicht aufgefangen werden. Zudem hat sich herausgestellt, daß Sandfilter manchmal nur unzureichend bei Dielektrika mit niedrigen Leitwerten funktionieren. Für mit öligen Betriebsflüssigkeiten arbeitende Senkerosionsanlagen ist schon eine aufwendig aufgebaute Filtervorrichtung mit einem rückspülbaren Spaltfiltersystem vorgeschlagen worden, bei dem auf zugfedergespannten metallischen Stützstäben imprägnierte Spezial-Filterscheiben gespannt sind. Die Rückspülung reinigt die Filterelemente nach voreingestellten Zeitintervallen mit Druckluft und einer kleinen Menge Sauber- "I, wobei die typische Rückspüldauer ca. 5 Minuten beträgt. Die Filterelemente sind dazu ausgelegt, in einem Schritt alle Verunreinigungen, die größer als ca. ein Mikrometer sind, zurückzuhalten, so daß feinstfiltriertes Dielektrikum direkt ohne weitere Behandlung wiederverwendet werden kann. Zur Erreichung der geforderten Filterfeinheit müssen die rückspülbaren Filterelemente kompliziert und kostenaufwendig aufgebaut sein. Ggf. ist es auch erforderlich, zugesetzte Filterelemente von Zeit zu Zeit zu ersetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für den Einsatz in Funkenerosionsanlagen vorteilhafte, kostengünstige, wartungsarme Filtervorrichtung mit hoher Filterleistung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1.

Erfindungsgemäße Filtervorrichtungen können zur mehrstufigen, insbesondere zweistufigen Reinigung von Fluiden wie Gasen oder Flüssigkeiten eingesetzt werden, wobei die Reinigung von Flüssigkeiten, insbesondere von dielektrischen Betriebsflüssigkeiten von Funkenerosionsanlagen, bevorzugtes Verwendungsgebiet ist und daher im folgenden beispielhaft beschrieben wird. Ein derartiges wässriges oder öliges Dielektrikum enthält, wenn es den Arbeitsraum der Funkenerosionsanlage verläßt, in der Regel feinverteilte Abtragungspartikel, deren mittlere Größen je nach Art der durchgeführten 3

Materialbearbeitung (Grobbearbeitung oder Feinbearbeitung) im Bereich weniger Mikrometer bis einiger zehn Mikrometer liegen können. Diese Schmutzflüssigkeit wird der Filtervorrichtung schmutzseitig zugeführt und tritt in der Regel ungefiltert in den Rohflüssigkeitszulauf der Vorfiltereinheit ein. in der auch als Vorfiltereinrichtung bezeichneten Vorfiltereinheit erfolgt eine Ausfilterung gröberer Partikel, beispielsweise mit Partikelgrößen im Bereich unter zehn Mikrometern. Dieser Grobschmutz wird in Zeitabständen oder kontinuierlich von dem oder den Filterelementen der Vorfiltereinheit entfernt und dem Schmutzablauf der Vorfiltereinheit zugeführt. Die Abfuhr von Grobschmutz aus der Vorfiltereinheit führt zum einen dazu, daß weder die Vorfiltereinheit noch die Feinfiltereinheit durch den Grobschmutz verstopft werden können. Dadurch erhöht sich die Betriebsdauer der Filtervorrichtung zwischen ggf. erforderlichen Wartungspausen, in denen Filterelemente extern gereinigt oder ersetzt werden müssen. Zum anderen enthält die dem Rohflüssigkeitszulauf der Feinfiltereinheit zugeführte, aus dem Filtratablauf der Vorfiltereinheit kommende Flüssigkeit nur noch Schmutzpartikel aus einem relativ engen Größenspektrum, beispielsweise aus einem Größenbereich unterhalb von zehn Mikrometern. Die auch als Feinfiltereinrichtung bezeichnete Feinfiltereinheit kann entsprechend auf die Filtrierung dieser Feinpartikel speziell ausgelegt sein. Da die ihr zugeführte Rohflüssigkeit schon weitgehend von Schmutzpartikeln befreit ist, verlängern sich die Zeiträume bis zum Zusetzen des Filters und einer dann ggf. erforderlichen Auswechselung des Filtermediums gegenüber Feinfiltern des Standes der Technik erheblich.

Eine durch die Erfindung ermöglichte Stufenfiitration mit Feinfilterung und vorgeschalteter Grobfilterung mittels eines vorzugsweise automatisch sich regenerierenden Vorfilters ermöglicht somit erforderlichenfalls einen kontinuierlichen Betrieb über große Zeiträume von Stunden oder Tagen, wie sie insbesondere bei aufwendigeren Bearbeitungsvorgängen in Funkenerosionsanlagen auftreten können. Das auf der Reinseite der Feinfiltereinheit austretende Filtrat kann ohne weitere Bearbeitungsschritte erneut beispielsweise in den Arbeitsraum einer Funkenerosionsanlage 4

eingeleitet werden, während der aus der Vorfiltereinheit abgeleitete Grobschmutz während des Betriebs der Filtervorrichtung ohne Störung des Filtervorganges entnommen oder weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt werden kann.

Die Vorfiltereinheit kann derart ausgelegt sein, daß an ihrem Filtratauslaß die Reinflüssigkeit schon eine derartige Reinheit aufweist, daß sie direkt in den Arbeitsprozeß der Anlage zurückgeführt werden kann. In einem solchen Fall kann die Feinfiltereinrichtung in Ausnahmefällen ganz entfallen, insbesondere aber so ausgelegt sein, daß sie praktisch nur als Polizeifilter für Notfälle wirkt. Vorfiltereinheit und Feinflitereinheit können in ihrer Filterfeinheit so aufeinander abgestimmt werden, daß insgesamt die erforderliche Filterfeinheit am Auslaß der Feinflitereinheit vorliegt. Dies ermöglicht den Einsatz weniger aufwendig konstruierter Vorfiltereinheiten, die die geforderte Reinheit der Gesamtanlage nicht in einem Schritt zu bewältigen brauchen, da eine geeignete Feinflitereinheit nachgeschaltet ist. Es können sowohl für die Vorfiltereinheit als auch für die Feinfiltereinheit jeweils kostengünstige Komponenten verwendet werden, die in ihrer einen Synergieeffekt bietenden Kombination trotzdem eine Filtervorrichtung mit sowohl hinsichtlich des durchgesetzten Volumens als auch hinsichtlich der Reinheit des abgegebenen Filtrats hohen Filterleistung bilden.

Der Aufbau der Feinfiltereinheit, insbesondere Art und Aufbau des mindestens einen darin wirksamen Filtermediums, kann entsprechend der Art der zu reinigenden Flüssigkeit und der in ihr verteilten Verschmutzungen frei gewählt werden. Es können mechanische Siebeffekte an der Oberfläche des Filtermittels und/oder mechanische Tiefenfiltereffekte und/oder Absorptionseffekte in bekannter Weise ausgenutzt werden. Vorzugsweise hat die Feinflitereinheit mindestens ein Filterelement oder Filtermedium in Form eines Papierfilters. Sie ist insbesondere als Patronenfilter mit auswechselbarer Filterpatrone ausgebildet. Dabei kann es sich um ein Patronenfilter mit oder ohne Gehäuse handeln. Insbesondere zum Einsatz mit Funkenerosionsanlagen sind Feinfilter bevorzugt, bei denen die mittlere Partikelgröße auf der Reinseite 5

bzw. Filtratseite nicht wesentlich größer als drei bis fünf Mikrometer ist. Papierfilter sind hierzu geeignet und besonders kostengünstig. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Feinstfiltermedien wie mikroporöse Materialien, insbesondere Sintermterialien und/oder geeignete Schlitz-oder Lochfolien verwendet werden. Die Feinflitereinheit kann auch selbst regenerierbar ausgebildet sein.

Als regenerierbare Vorfilter können beispielsweise solche mit einem mittels eines Schabers oder einer Bürste mechanisch abreinigbaren, hohlzylindhschen Filterkörper, insbesondere Spaltfilter, verwendet werden. Bei bevorzugten Weiterbildungen erfindungsgemäßer Filtervorrichtungen ist die Vorfiltereinheit als rückspülbare Filtereinheit ausgebildet. Eine rückspülbare Filtereinheit zeichnet sich dadurch aus, daß zur zwischenzeitlichen, ggf. impulsartig kurzzeitigen Abreinigung eines Filtermediums bereits gereinigte Flüssigkeit durch das Filtermedium zurückgedrückt oder zurückgezogen wird, dort vorhandene Schmutzpartikel mindestens teilweise aufnimmt und sie dem Schmutzablauf der Vorfiltereinheit zuführt, wobei dieser Reinigungsvorgang zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder nur einen Teilbereich des Filterelementes oder im wesentlichen die gesamte wirksame Fläche des Filterelementes erfassen kann. Rückspülbare Filtereinheiten können über lange Zeiträume ohne Auswechselung oder externe Reinigung der Filterelemente in Dauerbetrieb eingesetzt werden.

Bei bevorzugten Ausführungsformen kann im Betrieb jederzeit ein Nettozufluß von zu reinigender Flüssigkeit zur Feinflitereinheit gewährleistet sein, insbesondere auch während in der Vorfiltereinrichtung stattfindender Rückspülvorgänge. Dadurch ist es möglich, daß der Filtratablauf der Vorfiltereinrichtung unmittelbar mit dem Rohflüssigkeitszulauf der Feinfiltereinrichtung verbunden sein kann. Der kontinuierliche Nettozufluß von vorgereinigter, weiter zu reinigender Flüssigkeit zur Feinfiltereinheit sorgt dafür, daß bereits an und/oder im Filtermedium des Feinfilters gehaltene 6

Schmutzpartikel sich nicht wieder von diesem lösen können und bei Auswechselung des Filtermediums aus der Filtervorrichtung entfernt werden. Zudem kann eventuell zwischen Filtratablauf der Vorfiltereinrichtung und Rohflüssigkeitszulauf der Feinfiltereinrichtung auf Ventile wie Sperrventile und/oder Abzweigungsventile und auf Abzweigungen zu Speichereinrichtungen o. dgl. verzichtet werden, was den Aufbau der Filtervorrichtung vereinfacht und kostengünstig gestaltet. Es ist möglich, aber den Einbau z.B. einer Drossel, Blende oder eines Stellventils in die Leitung zwischen Vorfilter- und Feinflitereinheit die Funktion der Rückspülung zu unterstützen.

Bei einer Ausführungsform hat die Vorfiltereinrichtung mindestens ein Filterelement in Form eines um seine Längsachse drehbaren, radial durchströmbaren Hohlzylinders, der innerhalb eines Vorfiltergehäuses angeordnet ist und einen in den Filtratablauf mündenden Filtratraum von einem mit dem Rohflüssigkeitszulauf kommunizierenden Rohflüssigkeitsraum trennt, wobei vorzugsweise der Rohfluidraum radial außerhalb des Hohlzylinders liegt, was die aktive Filterfläche vergrößert. Mit dem Hohlzylinder wirkt eine sich parallel zu seiner Längsachse erstreckende Rückspüleinrichtung zusammen, die einen zum Schmutzablauf führenden Schmutzabflußkanal hat, von dem mindestens ein Schmutzdurchlaß zu der rohflüssigkeitsseitigen Oberfläche des Filterelementes führt. Bei dieser Ausführungsform, die gleich oder „ähnlich wie die Filtereinrichtung der deutschen Patentanmeldung DE 42 22 495 aufgebaut sein und betrieben werden kann, gelangt beim Rückspülvorgang aus dem Filtratraum bereits gereinigte Rückspülflüssigkeit durch den Schmutzdurchlaß in den Schmutzabfuhrkanal und wird abgeführt. Die Reinigung der Filterfläche des Filterelementes erfolgt nur abschnittsweise jeweils in dem Bereich, der zu gegebener Zeit der Rückspüleinrichtung zugewandt ist. Da dieser achsparallele, langgestreckte Bereich relativ schmal bzw. kleinflächig sein kann, reicht bereits eine geringe rückgespülte Flüssigkeits- menge, um eine wirksame Rückspülung zu gewährleisten. Der übrige, nicht im Bereich der Rückspüleinrichtung liegende Bereich des Hohlzylinders kann während der Rückspülung weiterhin durchströmende Flüssigkeit filtrieren, so daß ein Nettoabfluß aus dieser 7

Vorfiltereinrichtung auch während der Rückspülung gewährleistet ist. Die Rückspülung kann kontinuierlich oder in zeitlichen Intervallen erfolgen.

Das Filterelement der Vorfiltereinheit kann nach Art eines Spaltrohrfilters, Plattenspaltfilters oder Drahtspaltfilters ausgebildet sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Filterelement mindestens eine mit runden, ovalen insbesondere aber schlitzförmigen Filteröffnungen versehene Folie, die selbsttragend sein kann, jedoch vorzugsweise durch einen flüssigkeitsdurchlässigen Stützkörper abgestützt ist, der insbesondere wie ein Spaltrohr aufgebaut sein kann. Die Folie ist vorzugsweise eine Metallfolie, insbesondere auf Nickel- oder Edelstahlbasis, sie kann aber auch aus Kunststoff bestehen.

Zur Steuerung des Schmutzabflusses aus dem Schmutzabfuhrkanal kann ein Ventil vorgesehen sein, das vorzugsweise dem Schmutzablauf nachgeschaltet in einer mit dem Schmutzabfuhrkanal verbindbaren Schmutzabfuhrleitung sitzt. Eine besonders gute Reinigungswirkung läßt sich erreichen, wenn das Schaltventil impulsartig, ggf. mehrmals hintereinander, auf Durchlaß schaltbar ist, beispielsweise über Zeitintervalle von weniger als einer Sekunde, insbesondere zwischen 0,1 und 0,5 Sekunden. Dadurch ergibt sich im Bereich einer Rückspüleinrichtung bei geöffnetem Schaltventil eine Schlagwirkung oder Schüttelwirkung, die zu einer besseren Abreinigung des jeweils zu reinigenden Filterelement-Abschnittes führt.

Alternativ oder zusätzlich zu der beschriebenen, mit beweglichen Teilen innerhalb der Filterkammer arbeitenden Vorfiltereinheit kann eine ventilgesteuerte rückspülbare Vorfiltereinheit vorgesehen sein, die durch Vermeidung von beweglichen Elementen innerhalb des Filters eine besonders geringe Störanfälligkeit besitzt. Eine bevorzugte derartige Vorfiltereinheit kann nach Art der in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 91 09 686 beschriebenen Filtereinrichtung aufgebaut sein und betrieben werden. 8

Als in den Filterkammern wirksame Filterelemente können beispielsweise (vorzugsweise auswechselbare) Spaltrohr- Filtereinsätze verwendet werden. Für eine starke Filtrierung bis hinunter zu Partikeln in der Größenordnung von etwa zehn bis zwanzig Mikrometern hat es sich besonders bewährt, wenn die erste Filterkammer und/oder die zweite Filterkammer als Filterelement eine mit insbesondere schlitzfömigen Filteröffnungen versehene Folie aufweist, die vorzugsweise durch einen flüssigkeitsdurchlässigen Stützkörper, insbesondere ein geeignetes Spaltrohr, abgestützt ist, und wie die beschriebene Folie der anderen Ausführungsform aufgebaut sein kann.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte Ausführungen darstellen können. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, zweistufigen Filtervorrichtung,

Fig. 2 eine geschnittene, axiale Teil-Draufsicht einer mit beweglichem Hohlzylinder arbeitenden rückspülbaren Vorfiltereinheit und

Fig. 3 eine schematische, geschnittene Seitenansicht einer ventilgesteuerten, rückspülbaren Filtereinheit mit mehreren parallelen Filterkammern, bei der eine der Filterkammern rückgespült wird. 9

Die schematische Skizze in Fig. 1 zeigt eine gestrichelt umrahmte, mehrstufig arbeitende Filtervorrichtung 1 , die insbesondere zur Reinigung von dielektrischen wässrigen oder öligen Betriebsflüssigkeiten in Funkenerosionsanlagen vorgesehen ist, grundsätzlich aber auch zur Reinigung von Kühl- oder Schmierflüssigkeiten in anderen, insbesondere spanabhebenden Materialbearbeitungsvorrichtungen oder auf anderen Gebieten eingesetzt werden kann. Bei der Funkenerosion, die als Drahterosion oder Senkerosion mittels speziell geformter Elektroden durchgeführt werden kann, erfolgt die Materialabtragung durch hochspannungsfunkeninduziertes lokales Aufschmelzen von Material in einem geeigneten Dielektrikum, das durch den Funkenspalt gespült wird. Je nach Art der Materialbearbeitung (Feinbearbeitung oder Grobbearbeitung) können die mittleren Größen der Abtragungspartikel in der Größenordnung von einem oder wenigen Mikrometern bis zu einigen zehn Mikrometern liegen. Optimale Spülbedingungen im Funkenspalt, insbesondere unverschmutzte Spülflüssigkeit, erhöhen die Effizienz des Verfahrens, vermeiden Lichtbogenbildung und führen zu höherer Abbildungsgenauigkeit, geringerem Elektrodenverschleiß und verkürzten Bearbeitungszeiten. Daher ist eine möglichst effektive Reinigung des Dielektrikums, vorzugsweise im Umwälzverfahren, erwünscht. Die verschmutzte Rohflüssigkeit gelangt durch den an den Arbeitsraum der Funkenerosionsanlage angeschlossenen Rohflüssigkeitszulauf 2 zur regenerierbaren, insbesondere rückspülbaren Vorfiltereinheit 3, die einen Reinflüssigkeitsablauf oder Filtratablauf 4 und einen Schmutzablauf 5 aufweist. Durch das Filterelement der Vorfiltereinrichtung erfolgt eine Ausfilterung gröberer Partikel, die kontinuierlich oder in Zeitabständen von den wirksamen Filterelementen durch Rückspülen entfernt und dem Schmutzablauf 5 zugeführt werden, wie in Zusammenhang mit Figuren 2 und 3 n„her beschrieben. Das vom Grobschmutz befreite Filtrat gelangt über eine unverzweigte und ventilfreie Flüssigkeitsleitung 6 zur zweiten Filterstufe der Filtervorrichtung Es ist gestrichelt angedeutet, daß in der Leitung 6 auch eine Drossel bzw. Blende 11 oder ein Stellventil sitzen kann.. Die zweite Stufe wird durch eine Feinfiltereinheit 7 gebildet, deren Rohflüssigkeitszulauf 8 über den Kanal 6 unmittelbar mit dem Filtratablauf der Vorfiltereinheit 10

verbunden ist. In der Feinflitereinheit 7 erfolgt eine weitere Reinigung des vorgereinigten Filtrats, wobei der Reinheitsgrad der durch den Filtratablauf 9 der Feinflitereinheit ausströmenden Reinflüssigkeit von der Art des in der Feinflitereinheit wirksamen Filterelementes bzw. Filtermediums abhängt. Der Filtratablauf 9 kann direkt mit der Reinseite 10 der Funkenerosionsanlage verbunden sein, so daß das durch die Filtervorrichtung 1 gereinigte Filtrat unmittelbar erneut zum Arbeitsraum oder in einen Zwischenspeicher geführt werden kann.

Die Vorfiltereinheit 3 kann wie die Filtereinrichtung der deutschen Patentanmeldung DE 42 22 495 aufgebaut sein und betrieben werden, deren Merkmale durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden. Eine zweckmäßige Weiterbildung wird im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 erläutert. Die Vorfiltereinrichtung 3 hat ein in Fig. 1 gestrichelt angedeutetes Filterelement 15 in Form eines um seine Längsachse drehbaren, radial von außen nach innen durchströmbaren Hohlzylinders, der innerhalb eines Vorfiltergehäuses 16 angeordnet ist und einen in den Filtratablauf 4 mündenden Filtratraum 17 von einem mit dem Rohflüssigkeitszulauf 2 kommunizierenden Rohflüssigkeitsraum 18 trennt. Zur schrittweisen oder kontinuierlichen Drehung des Hohlzylinders 15 kann ein mit diesem in Antriebsverbindung stehender, beispielsweise in Schritten von 2o bis 3o, schrittweise und/oder kontinuierlich betreibbarer, vorzugsweise elektrischer Antriebsmotor vorgesehen sein.

Mit dem Hohlzylinder wirkt eine sich parallel zu seiner Längsachse 19 erstreckende Rückspüleinrichtung 20 zusammen, die einen zum Schmutzablauf führenden Schmutzabfuhrkanal 21 hat, von dem mindestens ein Schmutzdurchlaß 22 zu der äußeren, rohflüssigkeitsseitigen Oberfläche 23 des Filterelementes oder Filterkörpers 15 führt. Der Schmutzdurchlaß kann durch mindestens einen parallel zur Längsachse verlaufenden Längsschlitz gebildet werden, der im wesentlichen die gesamte axiale Länge des Hohlzylinders 15 abdeckt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind mehrere parallel zur Längsachse verlaufende, in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt 11

angeordnete Längsschlitze 24, 25, 26 vorgesehen. Der Schmutzkanal kann auch durch zwei parallel am Filterkörper 15 anliegende Abschaber über die gesamte Längsachse des Hohlzylinders gebildet werden.

Das Filterelement der Vorfiltereinheit kann beispielsweise nach Art eines Spaltrohrfilters, beispielsweise der in der DE 42 22 495 gezeigten Art, oder eines Plattenspaltfilters oder Drahtspaltfilters ausgebildet sein. In der gezeigten Ausführungsform hat das Filterelement 15 eine mit Filteröffnungen versehene Folie 30, die selbsttragend sein kann, bei der gezeigten Ausführungsform jedoch durch einen flüssigkeitsdurchlässigen Stützkörper 31 abgestützt ist, der bei der gezeigten Ausführungsform wie ein Spaltrohr aufgebaut ist.

Das als Stützkörper dienende Spaltrohrfilter in Fig. 2 hat axiale, in Umfangsrichtung beabstandete Stützstäbe 32, auf die ein mit den Stützstäben verschweißter, im Querschnitt dreieckförmiger Profildraht gewickelt ist. Der Abstand zwischen den einzelnen Drahtwindungen definiert die Spaltbreite des Filters und beträgt beispielsweise 0,1 mm. Der Profildraht ist mit einer der drei Längskanten an den Stützstäben angeschweißt, so daß die der Kante gegenüberliegende Breitseite die äußere Oberfläche des Stützkörpers bildet und zwischen den Drahtwicklungen im Querschnitt etwa dreieckige, sich von innen nach außen verjüngende Spalte verbleiben, die beim Rückspülen eine Düsenwirkung ausüben. Die über den Stützkörper gespannte Folie 30 bestimmt durch die Ausbildung und Größe der in ihr vorhandenen Filteröffnungen die Filterfeinheit des Filters.

Die beispielhaft gezeigte Folie 30 besteht im wesentlichen aus Nickel, in anderen Fällen aus Edelstahl oder Kunststoff. Bei den Filteröffnungen der Folie kann es sich um beispielsweise runde Löcher, insbesondere aber um Schlitze handeln, die gerade oder gekrümmt bzw. geknickt verlaufen können. Die erforderliche Filterfeinheit der Vorfiltereinrichtung kann durch Wahl einer geeigneten Folie eingestellt werden, wobei die Filteröffnungen typischerweise mittlerer Durchlaßdurchmesser von weniger als 50 Mikrometern, vorzugsweise 12

weniger als 40 Mikrometern, insbesondere zwischen 20 und 30 Mikrometern haben, erforderlichenfalls aber auch in der Größenordnung von beispielsweise 10 Mikrometern oder deutlich darunter liegen können. Eine Schlitzlänge kann einige Mikrometer betragen. Durch die relativ starke Vorfilterung, die insbesondere mit dem beschriebenen Folienfilter relativ kostengünstig erreichbar ist, kann gewährleistet werden, daß bereits ein Großteil der aus der zu reinigenden Flüssigkeit zu entfernenden Schmutzpartikel schon durch die Vorfiltereinheit aufgefangen wird.

Die mit dem Filterelement, insbesondere der Folie 30 im Filterbetrieb aufgefangenen Schmutzteilchen werden durch Rückspülen des Filters entfernt. Das Rückspülen erfolgt dadurch, daß gereinigte Flüssigkeit in umgekehrter Flußrichtung, also von innen nach außen, zunächst durch die düsenförmig gestalteten Spalte des Stützkörpers und danach, durch die Düsenwirkung verstärkt, durch die Filteröffnungen der Folie strömt und dabei die angelagerten Schmutzteilchen mitnimmt und dem Schmutzablauf 5 zuführt. Die Rückspülflüssigkeit gelangt dabei durch den Schmutzdurchlaß 22 in den mit dem Schmutzablauf s kommunizierenden Schmutzabfuhrkanal 21 , der normalerweise auf Umgebungsdruck ist, während im Filtratraum 17 im wesentlichen der Betriebsdruck der Einrichtung herrscht, der in der Größenordnung von 2 bar liegen kann. Durch die Rückspüleinrichtung 20 erfolgt die Reinigung des Filterelementes nur abschnittsweise jeweils in dem Bereich, der zu gegebener Zeit der Rückspüleinrichtung 20, insbesondere dem Schmutzdurchlaß 22 zugewandt ist. Da dieser achsparallele, langgestreckte Bereich relativ schmal und kleinflächig sein kann, reicht bereits eine geringe rückgespülte Flüssigkeitsmenge aus, um eine wirksame Reinigung des Filterelementes zu gewährleisten. Der übrige, nicht im Bereich der Rückspüleinrichtung liegende Umfangsbereich des Hohlzylinders kann während der Rückspülung weiterhin durchströmende Flüssigkeit filtrieren, so daß ein Nettoabfluß aus dieser Vorfiltereinrichtung in Richtung Feinfilter 7 auch während der Rückspülung gewährleistet ist. Die Rückspülung kann kontinuierlich oder, durch entsprechendes Verschließen des 13

Schmutzabfuhrkanals 21 , in zeitlichen Intervallen erfolgen. Der Hohlzylinder kann kontinuierlich gedreht werden oder schrittweise, beispielsweise in Schrittgrößen von 20 bis 30.

Obwohl der mit dem Schmutzabfuhrkanal 21 verbundene Schmutzablauf 5 direkt zu einem Sammelbehälter, einer Schlammaufbereitungsanlage oder einer weiteren Filtereinheit führen kann, ist bei der in Fig. 1 gezeigten Filtereinrichtung zur Steuerung des Schmutzabflusses aus dem Schmutzabfuhrkanal 5 ein Schaltventil 35 vorgesehen, das dem Schmutzablauf 5 nachgeschaltet in einer mit dem Schmutzabfuhrkanal 21 verbundenen Schmutzabfuhrleitung 36 sitzt. Es ist gestrichelt angedeutet, daß ein Ventil 35' auch in einer Leitung sitzen kann, die vom Grobschmutzaustrag 21 in die Schmutzabfuhrleitung führt. Es kann sich bei dem Ventil 35 oder 35' um einen Kugelhahn o. dgl. handeln, der im Normalbetrieb geöffnet sein kann und nur in Einzelfällen geschlossen wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltventil jedoch ein durch eine nicht gezeigte Steuereinrichtung zwischen Durchlaufstellung und Sperrstellung schaltbares Schaltventil, das impulsartig kurz auf Durchlaß schaltbar ist, beispielsweise über Zeitintervalle von weniger als einer Sekunde, insbesondere zwischen 0,1 und 0,5 Sekunden. Dadurch ergibt sich im Bereich der Rückspüleinrichtung bei öffnen des Schaltventils eine Impulswirkung und bei mehrfachen, kurzzeitig hintereinander erfolgenden Öffnungen eine Schüttelwirkung, die zu einer besseren Abreinigung des jeweils zu reinigenden Filterelementabschnittes führt. Die Verbesserung der Reinigungswirkung durch ggf. mehrfach hintereinander erfolgendes impulsartiges öffnen und Schließen des Schmutzablaufs einer derartigen Filtereinrichtung ist auch bei anderen rückspülbaren Filtereinrichtungen, die ohne Filterfolie arbeiten und beispielsweise wie in der DE 42 22 495 aufgebaut sein können, vorteilhaft. 14

Der den Schmutzablauf verlassende Grobschmutz, der geringe Mengen der zu reinigenden Flüssigkeit enthalten kann, kann direkt der Entsorgung zugeführt werden. Bei der gezeigten Ausführungsform wird jedoch ein weiterer Nachbearbeitungsschritt dadurch ermöglicht, daß dem Schmutzablauf, insbesondere dem Ventil 35, eine Schmutzfiltereinheit 40 nachgeschaltet ist. Hierbei kann es sich um ein an sich bekanntes Patronenfilter handeln, insbesondere ist jedoch eine konische Filtereinheit vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Trocknungsanlage für den Schmutzablauf oder die Schmutzfiltereinheit verlassenden Grobschmutz vorgesehen sein, so daß insgesamt die Mengen an zu entsorgendem Material gegenüber herkömmlichen Filtereinrichtungen drastisch reduziert werden können. Die Reinseite der Schmutzfiltereinheit kann, wie in Fig. 1 gezeigt, direkt mit der Reinseite 10 der Funkenerosionsanlage verbunden sein.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Vorfiltereinheit, wie in Fig. 3 gezeigt, als ventilgesteuerte, rückspülbare Vorfiltereinheit 45 mit mehreren, parallel betreibbaren Filterkammern 46 bis 49 ausgebildet, die durch Vermeidung von beweglichen Elementen innerhalb des Filters eine besonders geringe Störanfälligkeit besitzt. Die Vorfiltereinrichtung 45 hat eine erste Filterkammer 46 und eine zweite Filterkammer 47 sowie, gestrichelt gezeichnet, zwei weitere oder auch noch mehr parallele Filterkammern gleichen Aufbaus. Für jede der Filterkammern ist eine mit dem Rohflüssigkeitszulauf 2 verbundene Rohflüssigkeitszulaufleitung 50, 51 vorgesehen, in der eine Pumpe 58 und jeweils ein Zulaufschaltventil 52, 53 sitzt. Jede der Filterkammern hat weiterhin eine zum Schmutzablauf 5 führende Schmutzablaufleitung 54, 55, in der ein Schmutzschaltventil 52, 53 sitzt. Zweckmäßig sind bei der gezeigten Ausführungsform für jede Filterkammer das Zulaufschaltventil und das Schmutzschaltventil zu einem gemeinsamen, vorzugsweise elektropneumatischen 4/2-Wege-Ventil zusammengefaßt, wodurch auf konstruktiv einfache Weise ein gleichzeitiges Schalten von Zulaufschaltventil und Schmutz- Schaltventil gewährleistet wird. Die Ausgänge der Schmutzschaltventile 52, 53 sind zu einer gemeinsamen, zum Schmutzablauf 5 15

führenden Schmutzabiaufleitung verbunden. Jede der Filterkammern hat weiterhin eine zum Filtratablauf 4 führende Filtratabiaufleitung 56, 57, wobei die Filtratablaufleitungen miteinander verbunden sind. Als in den Filterkammern wirksame Filterelemente können beispielsweise Spaltrohr-Filtereinsätze verwendet werden, insbesondere der Art, wie sie beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 581 153 beschrieben ist. Für eine besonders starke Filtrierung bis hinunter zu Partikelgrößen in der Größenordnung von etwa 10 bis 20 Mikrometern hat es sich besonders bewährt, wenn in den Filterkammern Filterelemente mit Filterfolien eingesetzt werden, die vorzugsweise durch einen flüssigkeitsdurchlässigen Stützkörper, insbesondere ein geeignetes Spaltrohr, abgestßützt sind. Der Aufbau der Filterelemente kann dem Aufbau des Filterelementes 15 von Fig. 2 entsprechen.

Im Filterbetrieb sind die Rohflüssigkeitszulaufe 50, 51 aller Filterkammern durch entsprechende Schaltung der Ventile 52, 53 geöffnet und die Filterkammern werden parallel betrieben. Steigt der mit einer geeigneten Meßvorrichtung zu erfassende Differenzdruck zwischen Rohflüssigkeitsraum und Filtratraum in einer der Filterkammern über eine festgelegte Größe, die ein Maß für die Verschmutzung bzw. das Zusetzen des Filterelementes ist, wird zum Rückspülen dieser Filterkammer, wie in Fig. 3 für die zweite Filterkammer 47 gezeigt, das Zulaufventil 53 der Filterkammer geschlossen und das Schmutzablaufventil 53 geöfnet.

Durch öfnen des Schmutzschaltventiles und gleichzeitiges Schließen des Zulaufschaltventiles 53 kann die zugeordnete Filterkammer 47 automatisch rückgespült werden. Durch die direkte Verbindung der Filtratablaufleitungen 56, 57 wird erreicht, daß bereits gereinigte Reinflüssigkeit durch die aus weiter im Filterbetrieb laufenden, parallelen Filterkammern austretende Reinflüssigkeit in das rückzuspülende Filter 47 unter Betriebsdruck gefördert wird. Diese Reinflüssigkeit bewirkt einen vollflächigen Abtransport der an dem Filterelement angelagerten Schmutzpartikel über den Schmutzablauf 55, 5. Nach dem 16

Rückspülen einer Filterkammer können die zugeordneten Ventile 53 wieder umgeschaltet und es kann, bei Bedarf, eine andere Filterkammer gespült werden. Normalerweise dauert das Rückspülen nur wenige Sekunden, so daß im wesentlichen in der gesamten Zeit alle parallelen Filter im Einsatz sind und eine hohe Filtrierleistung erzielt werden kann. In jedem Fall kann ein Nettofluß von gereinigtem Filtrat durch den Filtratablauf 4 zur nachgeschalteten Feinflitereinheit 7 aufrechterhalten bleiben.

Statt der oder zusätzlich zu den parallelen mindestens einen Filterkammer können zum Rückspülen einer Filterkammer auch andere Mittel zur Aufrechterhaltung oder Erhöhung des Druckes auf der auf der Reinseite der rückzuspülenden Filterkammer austretenden Reinflüssigkeit vorgesehen sein. Beispielsweise kann diese durch ggf. kurzzeitige Beaufschlagung mit Druckgas in Rückspülrichtung gedrückt werden.

Als Feinflitereinheit kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Patronenfilter mit oder ohne Gehäuse eingesetzt werden, insbesondere mit einem Papier-Filterelement. Während bei Gehäusefiltern das Filterelement normalerweise einen äußeren Rohflüssigkeitsraum von einem inneren Filtratraum trennt und nach radial innen durchströmt wird, schließt das ggf. mittels einer Lochplatte oder dergleichen äußerlich abgestützte Filterelement eines gehäusefreien Filters einen inneren Rohflüssigkeitsraum ein und das Filterelement wird von innen nach außen durchströmt. Filtrat fließt an der freien Außenseite ab. Derartige Filter bieten eine kostengünstige Möglichkeit, reinseitig Filtrat mit Partikelgrößen in der Größenordnung zwischen drei und fünf Mikrometern und ggf. bis hinunter zu einem Mikrometer zu erreichen, falls dies gewünscht ist. Als Feinstfilter können beispielsweise Filter mit Mikrotop- Patronen eingesetzt werden.

Selbstverständlich ist es möglich, statt der einen Feinfiltereinheit der gezeigten Ausführungsform noch eine oder mehrere in Reihe und/oder parallel zueinander angeordnete weitere Feinfiltereinheiten nachzuschalten. Es ist auch möglich, 17

eine Feinflitereinheit selbst als regenerierbare, insbesondere rückspülbare Filtereinheit auszubilden. Weiterhin können statt der einen gezeigten Vorfiltereinheit mehrere hintereinander geschaltete und/oder parallel geschaltete Vorfiltereinheiten vorgesehen sein, um höhere Filterleistungen zu erreichen.

Claims

Patentansprüche

1. Filtervorrichtung, insbesondere zur Reinigung von dielektrischen Betriebsflüssigkeiten in Funkenerosionsanlagen, mit mindestens einer Feinflitereinheit (7), die einen Rohflüssigkeitszulauf (8) und einen Filtratablauf (9) aufweist, und mit mindestens einer der Feinfiltereinrichtung vorgeschalteten regenerierbaren Vorfiltereinheit (3; 45), die einen Rohflüssigkeitszulauf (2), einen mit dem Rohflüssigkeitszulauf der Feinflitereinheit verbindbaren Filtratablauf (4) und einen Schmutzablauf (5) hat.

2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feinflitereinheit (7) mindestens ein vorzugsweise auswechselbares Filterelement, insbesondere in Form eines Papierfilters, aufweist, und/oder daß die Feinflitereinheit als Patronenfilter ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Feinflitereinheit ein Gehäuse hat und das Filterelement, insbesondere das Papierfilter, innerhalb des Gehäuses einen Rohflüssigkeitsraum von einem Filtratraum trennt.

3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorfiltereinheit (3; 45) als rückspülbare Filtereinheit ausgebildet ist.

4. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtratablauf (4) der Vorfiltereinheit über eine unverzweigte und/oder ventilfreie Flüssigkeitsleitung (6) direkt mit dem Rohflüssigkeitszulauf (8) der Feinflitereinheit (7) verbunden ist oder daß in die Flüssigkeitsleitung (6) mindestens eine Drossel oder Blende oder ein Schaltventil eingebaut ist. 19

5 Filtervor chtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorfiltereinheit (3) mindestens ein Filterelement (15) in Form eines um seine Langsachse (19) drehbaren, radial durchstrombaren Hohlzylinders hat, der innerhalb eines Vorfiltergehauses (16) angeordnet ist und einen vorzugsweise radialaußeren Rohflüssigkeitsraum (18) von einem Filtratraum (17) trennt, und mit dem eine sich parallel zur Langsachse erstreckende Rückspüleinrichtung (20) zusammen- wirkt, die einen zum Schmutzablauf (5) fuhrenden Schmutzabfuhrkanal (21 ) hat, von dem mindestens ein Schmutzdurchlaß (22) zu einer rohflüssigkeitsseitigen Oberflache des Filterelementes fuhrt, wobei vorzugsweise der Schmutzdurchlaß als mindestens ein parallel zur Langsachse verlaufender Langsschlitz ausgebildet ist, wobei insbesondere mehrere parallel zur Langsachse verlaufende, in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Langsschlitze (24, 25, 26) vorgesehen sind oder der Langsschlitz durch zwei im wesentlichen über die gesamte Lange des Hohlzylinders verlaufende Abschaber gebildet ist

6 Filtervornchtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (15) ein Spaltrohrfilter, Drahtspaltfilter oder ein Plattenspaltfilter aufweist

7 Filtervornchtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (18) mindestens eine mit insbesondere schlitzförmigen Filteroffnungen versehene Folie (30) aufweist, die vorzugsweise durch einen flussigkeitsdurchlassigen Stutzkorper (31 ) abgestutzt ist, insbesondere durch ein Spaltrohr

8 Filtervornchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteroffnungen der Folie (30) einen maximalen mittleren Durchlaßdurchmesser von weniger als fünfzig Mikrometern, vorzugsweise weniger als vierzig Mikrometern, insbesondere zwischen zwanzig und dreißig Mikrometern haben 20

9. Filtervornchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (30) im wesentlichen aus Kunststoff oder Metall besteht, insbesondere im wesentlichen aus Nickel oder Edelstahl.

10. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Schmutzabflusses aus dem Schmutzabfuhrkanal (21 ) mindestens ein Ventil (35) vorgesehen ist, wobei ein Ventil (35) vorzugsweise dem Schmutzablauf (5) nachgeschaltet in einer mit dem Schmutzabfuhrkanal verbindbaren Schmutzabfuhrleitung (36) sitzt und/oder in einer Leitung sitzt, die den Schmutzabfuhrkanal (21 ) mit der Schmutzabfuhrleitung (36) verbindet.

11. Filtervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (35) impulsartig auf Durchlaß schaltbar ist, insbesondere über Zeitintervalle von weniger als 1 Sekunde, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 Sekunden.

12. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorfiltereinheit (45) eine ventilgesteuerte, rückspülbare Filtereinheit mit mehreren parallelen Filterkammern (46 bis 49) ist, wobei vorzugsweise die Vorfiltereinheit eine erste Filterkammer (46) und mindestens eine zweite Filterkammer (47) aufweist, für jede der Filterkammern eine mit dem Rohfluidzulauf (2) verbundene Rohflüssigkeitszulaufleitung (50, 51 ) vorgesehen ist, in der eine Pumpe (58) und mindestens ein Zulauf-Schaltventil (52, 53) sitzt, für jede der Filterkammern eine zu dem Schmutzablauf (5) führende Schmutzablaufleitung (54, 55) vorgesehen ist, in der mindestens ein Schmutz- Schaltventil (52, 53) sitzt, und für jede der Filterkammern eine mit dem Filtratablauf (4) verbundene Filtratabiaufleitung (56, 57) vorgesehen ist, wobei die Filtratablaufleitungen der Filterkammern miteinander verbunden sind. 21

13. Filtervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Filterkammer (46) und/oder die zweite Filterkammer (47) als Filterelement einen Spaltrohr-Filtereinsatz aufweist.

14. Filtervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Filterkammer und/oder die zweite Filterkammer als Filterelement eine mit vorzugsweise schlitzförmigen Filteröffnungen versehene Folie aufweist, die vorzugsweise durch einen flüssigkeitsdurchlässigen Stützkörper, insbesondere ein Spaltrohr, abgestützt ist.