Umschaltvorrichtung für Wechselfilter
Die Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung für Wechselfilter mit Rückspülung, deren Steuerung mittelbar durch den Differenzdruck zwischen der Zuflussund Abflussseite des im Betrieb befindlichen Filters erfolgt.
Es sind Umschaltvorrichtungen bekannt, die manuell geschaltet werden müssen, wenn der im Betrieb befindliche aktive Filter verstopft ist. Die Umschaltvorrichtung kann dann entweder den verstopften Filter aus dem System ausschliessen, so dass dieser manuell gereinigt und wieder eingebaut werden kann oder die Umschaltvorrichtung schaltet die Rohrleitungen so um, dass der verstopfte Filter von einem Teil des gereinigten Mediums rückgespült wird, das nun vom zweiten Filter gereinigt wird. Die manuelle Steuerung der Umschaltvorrichtung kann nur bei Anlagen verwendet werden, die untergeordneten Zwecken dient und erfüllt in ihrem technischen Aufbau und ihrer Wirkungsweise nicht die Anforderungen, die an Anlagen mit einem hohen Technisierungsgrad gestellt werden müssen.
Es sind ferner Umschaltvorrichtungen bekannt, deren Steuerung von einem Steuermechanismus übernommen wird. Da in diesem Fall sowieso ein erhöhter technischer Aufwand erforderlich ist, erfolgt hierbei das Reinigen des verstopften Filters fast ausschliesslich durch Rückspülen. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe elektrotechnischer und pneumatischer bzw. hydraulischer Bauteile.
Als nachteilig ist bei dieser Art der Steuerung anzusehen, dass hierzu eine Hilfsenergie erforderlich ist.
Bei Ausfall dieser Hilfsenergie erfolgt keine Reinigung des verstopften Filters. Ausserdem ist der erforderliche technische Aufwand sehr gross. Der Rückspülvorgang kann auch mit Hilfe rein mechanischer Bauteile ohne zusätzliche Energiequellen ausgelöst und durchgeführt werden, indem ein Teil der Druckenergie des Mediums, dargestellt durch die Druckdifferenz zwischen Zuflussund Abflussseite des im Betrieb befindlichen Filters, benutzt wird, einzelne Filterkörper oder einen Filterkörper teilweise kurzzeitig aus dem Kreislauf zu nehmen und die Rückspülung durchzuführen.
Bestimmend bei diesen letzteren Ausführungen ist, dass sie nur bei einzelnen Filtern, die gleichzeitig parallel die Reinigung des Mediums vornehmen, Anwendung finden. Als nachteilig ist bei diesen Ausführungen anzusehen, dass entweder nur die Spüldauer oder die Spülintensität für den Rückspülvorgang in bestimmten Grenzen einstellbar ist, da nur eine begrenzte Menge Spülmedium, die dem Kreislauf vorher entnommen und in einer separaten Kammer (Zylinder) gespeichert worden ist, zur Verfügung steht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beim gleichzeitigen Verstopfen der parallel arbeitenden Filter eine einwandfreie Rückspülung nicht gewährleistet ist. Aus diesen Gründen ist die Verwendung dieser Umschaltvorrichtung für Wechselfilter nicht geeignet.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, die aufgezeigten Mängel zu beseitigen, indem gewährleistet wird, dass bei Wechselfiltern ständig ein Filter im Betrieb ist, der Reinigungseffekt beim Rückspülen (Spüldauer und -intensität) verbessert wird und eine Über- wachung des Zustandes der Filter entfällt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umschaltvorrichtung für Wechselfilter zu schaffen, deren Steuerung ohne Hilfsenergie unter mittelbarer Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen Zufluss- und Abflussseite des im Betrieb befindlichen Filters erfolgt, das Rückspülen des Filters mit gereinigtem Filtrat möglich und eine Rückführung des vorhandenen Rückspülmediums in den Kreislauf gewährleistet ist.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Umschaltvorrichtung für Wechselfilter mit Rückspülung, deren Steuerung mittelbar durch den Differenzdruck zwischen der Zufluss- und Abflussseite des im Betrieb befindlichen Filters erfolgt, so gestaltet ist, dass ein den Umschaltvorgang von einem zum anderen Filter bewirkendes Schaltorgan von einem in Abhängigkeit vom Filterdifferenzdruck wirkenden Steuerorgan vorgesteuert wird und ein Zeitsteuerorgan zur Regulierung der Rückspüldauer des verschmutzten Filters und zur Rückstellung des Vorsteuerorgans in die ursprüng liche Ausgangsstellung parallel zum Vorsteuerorgan an geordnet ist.
Das Vorsteuerorgan besteht vorzugsweise aus einem Zylinder, in dem ein Druckkolben, der über die Steuerleitungen mit den am Filtereingang und -ausgang vorhandenen Drücken beaufschlagt wird, über eine Schaltklaue mit einem Kreuzschalter in Wirkungsverbindung steht und zwischen dem Druckkolben und der Schaltklaue eine als Energiespeicher und kraftübertragendes Element wirkende Feder angeordnet ist. In einer Ausführungsform besitzt der Kreuzschalter kinematisch genau so viele zyklische Schaltstellungen wie Leitungen angeschlossen sind, und kann jede der ebenfalls in zyklischer Weise angeordneten Leitungen nur mit der im Zyklus folgenden oder vorhergehenden Leitung verbunden werden. Bei vier angeschlossenen Leitungen beispielsweise verbindet der Kreuzschalter diese so miteinander, dass jede der angeschlossenen Leitungen nur mit zwei der restlichen Leitungen verbunden werden kann.
Der Kreuzschalter wird z. B.
durch einen Riegel in seiner jeweiligen Stellung, ausser im Moment des Umschaltens, festgehalten. Die Schaltklaue ist z. B. mit einem Stift axial in einer Nut verschieblich und durch die schräge Anordnung von Langlöchern in nur einer Drehrichtung im Sinne eines Ausweichens der Verzahnungen verdrehbar. Zur Steuerung der Rückführleitung des Spülmediums vom Absetzbehäl- ter in den Umlauftank besitzt der Druckkolben des Vorsteuerorgans zweckmässig eine entsprechende Ringnut. Eine stufenlose Einstellbarkeit der gewünschten zulässigen Druckdifferenz im Filter bzw. des Auslösedruckes des Vorsteuerorgans kann z. B. durch eine Justiervorrichtung vorgenommen werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das Zeitsteuerorgan aus vorzugsweise einem Zylinder besteht, in dem ein feder- belasteter Zeitsteuerkolben, der mit zwei Ringnuten versehen ist, wobei die eine die Spülmediumleitung und die andere die Entlüftungsleitung steuert, angeordnet ist; die Regulierung der Spülintensität wird dann durch eine Spüldrossel in der Spülmediumleitung und die Regulierung der Spüldauer durch eine zwischen dem Zeitsteuerschieber und dem Umlauftank angeordnete Zeitsteuerdrossel vorgenommen: die Entlüftungsleitung, die Rückführleitung und die Leckleitung können getrennt zum Umlauftank geführt sein; als den Umschaltvorgang bewirkendes Steuerorgan kann ein an sich bekanntes Mehrwegeventil verwendet sein.
Die Vorteile von derartigen Ausführungsarten resultieren aus dem Prinzip, als Energiequelle grundsätzlich nur die von der Förderpumpe gelieferte Druckenergie des Mediums für alle Steuer- und Schaltvor- gänge zu verwenden. Über die Funktion der Vorrichtung - sicheres Umschalten vom verstopften Filter auf den gereinigten Reservefilter ohne Unterbrechung des
Filtrationsvorganges, - anschliessendes Rückspülen des verstopften Filters, - Rückführen des Rückspülmediums in den Umlauftank nach Vorreinigung in einem Absetztank, - optimales Einregulieren des Rückspülvorganges hinaus bedeutet die aufgezeigte Ausbildung weiterhin - eine Verminderung des technischen Aufwandes, - eine Unabhängigkeit von der Versorgung mit Hilfs energien für Steuer- und Schaltvorgänge, - damit eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Um schaltvorrichtung einerseits sowie des mit Filtrat zu
versorgenden Systems anderseits, - ein Fortfall von Überwachungseinrichtungen für den
Zustand der Filter und des Filtrats und schliesslich die Möglichkeit, diese Umschaltvorrichtung in war tungsfreie Gesamtsysteme, beispielsweise automati sierte Schiffsantriebsanlagen einzusetzen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung des Vorsteuerschiebers,
Fig. 2 einen Schnitt des Vorsteuerschiebers in der Ebene A-A,
Fig. 3 einen Schnitt B-B des Vorsteuerschiebers,
Fig. 4 ein Schema der Umschaltvorrichtung.
Die Umschaltvorrichtung gewährleistet das selbsttätige Umschalten auf einen zweiten sauberen Filter bei Verschmutzung des ersten in einem Kreislauf mit Wechselfiltern. Wechselfilter werden aus Gründen der Betriebssicherheit in verschiedenen Anlagen von den zuständigen technischen Überwachungsinstitutioneu gefordert. Jeder Einzelfilter muss dabei für sich allein voll betriebsfähig sein und bei Verschmutzung ohne Störung des Betriebes aus dem Kreislauf genommen werden können. Die nachfolgend beschriebene Umschaltvorrichtung erfüllt über das Umschalten hinaus noch eine zweite Funktion, nämlich die automatische Steuerung der Rückspülung des verstopften Filterkörpers und die Rückführung des dazu benutzten Spülmediums in den Kreislauf, nachdem es in einem Absetzbehälter 2 vorgereinigt wurde.
Diese Funktionen erfüllt die Umschaltvorrichtung ohne Hilfsenergie, sondern nur mit einem äusserst kleinen Teil der Druckenergie, die die Förderpumpe 1 abgibt. Der Schaltablauf erfolgt dabei kombiniert differenzdruck-zeitgesteuert, d. h. der Schalt- vorgang wird durch einen bestimmten Differenzdruck ausgelöst, während die Weiterführung der Vorgänge durch eine Zeitsteuerung erfolgt. Die Umsteuerung der Filterkörper selbst geschieht ausschliesslich durch den Differenzdruck, während die Rückspülung zeitgesteuert erfolgt, so dass ein sicheres Umschalten gewährleistet ist. Während des Umschaltvorganges wird die Reinigung des Mediums nicht unterbrochen, da dann gleichzeitig beide Filterkörper im Kreislauf sind. Erst wenn der neue saubere Filter in Betrieb genommen ist, wird der verschmutzte aus dem Kreislauf herausgezogen und rückgespült.
Der Umschaltvorrichtung liegt folgendes Prinzip zugrunde: Es ist nicht möglich, ein sicheres Umschalten zu erzielen, wenn der Differenzdruck diesen Vorgang kontinuierlich durchführen soll. Es gibt dann einen Zeitpunkt, bei dem der neue Filterkörper so weit in den Kreislauf eingeschaltet ist, dass der Differenzdruck sinkt und der Schaltvorgang stagniert. Das führt dazu, dass schliesslich beide Filter den maximal zulässigen Verschmutzungsgrad aufweisen und ein Umschalten gegenstandslos geworden ist. Deshalb ist bei der nachfolgend beschriebenen Umschaltvorrichtung der Schalt- vorgang diskontinuierlich gestaltet worden.
Der Differenzdruck wird dazu ausgenutzt, mit Hilfe einer Feder 6 kontinuierlich Energie zu speichern, die bei Erreichen eines vorgegebenen Differenzdruckes plötzlich freigegeben wird und das sichere Umsteuern der Leitungen eines Schiebers 11, welcher die Filter 17 und 18 mit den entsprechenden Leitungen verbindet, gewähr- leistet. Die Energie zum Verschieben des Schiebers 11 wird dabei dem Medium entnommen, ebenso die Energie zum Verstellen eines Zeitsteuerschiebers 8, mit dessen Hilfe die Rückspüldauer eingestellt werden kann.
Die Trennung dieser einzelnen Funktionen hat darüber hinaus den Vorteil, dass das verunreinigte Medium nicht mit empfindlichen Bauteilen in Berührung kommt.
Im wesentlichen besteht die Umschaltvorrichtung aus folgenden Hauptbauteilen: dem Vorsteuerschieber 3, dem Hauptschieber 11, dem Zeitsteuerschieber 8, der Spüldrossel 13, der Zeitsteuerdrossel 14 und der Vorsteuerdrossel 15. Der Hauptschieber 11 ist ein Mehrwegeventil mit hydraulischer Betätigung, der Zeitsteuerschieber 8 ist ein Mehrwegeventil mit hydraulischer Beträtigung und Federrückstellung. Der Vorsteuerschie- ber wird im folgenden beschrieben:
Der Vorsteuerschieber 3 besteht aus einem Zylinder 52, der an seinen Enden durch die Deckel 53 und 54 verschlossen und an die Rückführleitung 23 sowie an die Steuerleitungen 25, 26, 27, 28, 29 angeschlossen ist. Im Zylinder 52 befindet sich der Druckkolben 7, der durch den Stift 35 gegen Verdrehen gesichert, aber gleichzeitig durch die Nut 49 axial verschieblich ist.
Mit dem Druckkolben 7 ist der Schaltriegel 33 über die Schaltstange 55 verbunden. Auf der Schaltstange 55 befindet sich der Kreuzschalter 4, der durch den Stift 32 gegen axiale Verschiebung gesichert, aber gleichzeitig durch die Ringnut 47 verdrehbar ist, weiterhin die Schaltklaue 5, die durch den Stift 39 an der Schaltstange 55 gehaltert und durch das Langloch 46 in der Schaltstange 55 axial verschieblich sowie durch die beiden schraubenlinienförmigen Langlöcher 45 und 451 um die Schaltstange 55 verdrehbar ist. Zwischen der Schaltklaue 5 und dem Druckkolben 7 ist die Druckfeder 6 angeordnet, die das Kräftegleichgewicht am mit den Filterein- und Austrittsseiten verbundenen Druckkolben 7 herstellt und dabei die zum Umschal- ten notwendige Energie speichert.
Infolge der wachsen- den Filterverschmutzung wächst die Druckdifferenz zwischen beiden Filterseiten. Dabei wird der Druckkolben 7 und die Schaltstange 55 so in Richtung der Schaltklaue 5 hin verschoben, dass der Schaltriegel 33 aus den Längsnuten 41 des Kreuzschalters 4 schliesslich herausgleiten kann. Damit ist der Kreuzschalter 4 entriegelt, die gespannte Feder 6 kann nun mit Hilfe der Verzahnungen 43 und 44 am Kreuzschalter 4 und an der Schaltklaue 5 den Kreuzschalter 4 um etwa 900 im Zylinder 52 drehen. Dabei werden die Steuerleitungen vertauscht, so dass die Steuerleitung 25, die bisher durch die Steuernuten 42 mit der Steuerleitung 27, wie in Fig. 4 dargestellt, verbunden war, nun mit der Steuerleitung 28 verbunden wird. Ebenso wird die Steuerleitung 29 mit der Steuerleitung 27 verbunden.
Durch diesen Umschaltvorgang wird der gesamte nun ablaufende Schaltzyklus - wie in der Beschreibung folgt - ausgelöst. Durch die Entlüftung der Steuerleitung 26 wird der Druckkolben 7 in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben. Dabei gleitet der Schaltriegel 33 in die Längsnuten 411 des Kreuzschalters 4 hinein.
Der Kreuzschalter 4 vollendet damit seine Drehung zu genau 900, während die Schaltklaue 5, die durch den Stift 39 von der Schaltstange 55 mitgenommen wird, unter einer leichten Drehung um dieselbe - ermöglicht durch die schrägen Langlöcher 43 und 451 - mit ihren Zähnen 44 an den Zähnen 43 des Kreuzschalters 4 entlanggleitet und sich schliesslich vom Kreuzschalter 4 völlig löst. Nachdem sich Kreuzschalter 4 und Schalt- klaue 5 voneinander gelöst haben, wird die Schaltklaue 5 durch die ständige Vorspannung der Feder 6 und die schrägen Langlöcher 45 und 451 ebenfalls in ihre Ausgangslage zurückgedreht, so dass die Schalt- zähne 43 und 44 nach Abschluss des Schaltzyklus wieder in Wirkungsverbindung stehen.
Im Moment des Rückführens des Druckkolbens 7 passiert die Ringnut 50 die Anschlussbohrungen der Rückführleitung 23, was jedoch infolge der Kürze der Zeit ohne Einfluss auf den Absetzvorgang im Absetzbehälter 2 ist. Für die stufenlose Einstellbarkeit der gewünschten zulässigen Druckdifferenz im Filter bei Verschmutzung besitzt der Druckkolben 7 eine zentrische Längsbohrung 51, in der eine Gewindespindel 36 dicht geführt wird und die über ein Widerlager 40 mit einem Stift 34 ein Vorspannung der Feder 6 bewirkt. Der Stift 34 läuft dabei durch ein Langloch 48 der Schaltstange 55. Die Gewindespindel 36 wird von aussen durch die ebenfalls im Deckel 54 dicht geführte Stellspindel 38, die mit einem Vierkant in einen entsprechenden Einsatz 37 der Gewindespindel 36 greift, betätigt.
Ein Schaltzyklus läuft dabei wie folgt ab:
Das von der Pumpe 1 geförderte Medium wird über die Leitung 20 entsprechend der Kolbenstellung 12 des Hauptschiebers 11 zum Filter 17 geleitet, weiterhin über die Leitung 21 zum Verbraucher 19 und zurück in den Umlauftank 16. An die Leitungen 20 und 21 sind die Steuerleitungen 24 und 25 angeschlossen, welche zum Vorsteuerschieber 3 führen und den Druckkolben 7 beidseitig beaufschlagen. Gleichzeitig ist die Steuerleitung 25 über den Kreuzschalter 4 so mit der Steuerleitung 27 zum Hauptschieber 11 verbunden, dass der Hauptsteuerkolben 12 in seiner gezeichneten Stellung gehalten wird.
Mit wachsendem Verschmutzungs- grad des Filters 17 wird der Druckunterschied der beiden Filterseiten grösser und der Druckkolben 7 des Vorsteuerschiebers 3 zur Seite des kleineren Druckes der mit der Steuerleitung 251 verbundenen Seite hin verschoben und dabei die Feder 6 zusammenge- drückt. Dabei wird durch eine entsprechende Ringnut 50 im Druckkolben 7 die Rückführleitung 23 geöffnet, über die das vom vorangegangenen Schaltzyklus stammende Rückspülmedium vom Absetzbehälter 2 in den Umlauftank 16 fliessen kann.
Hat der Druckunterschied den vorgegebenen höchstzulässigen Wert erreicht, so wird über den Druckkolben 7 eine gegenseitige Sperrung von Kreuzschalter 4 und Schaltklaue 5 aufgehoben und die Feder 6 drückt mit Hilfe der Verzahnungen 43 und 44 an Kreuzschalter 4 und Schaltklaue 5 den Kreuzschalter 4 in die erforderliche Schaltstellung, um den Hauptschieber 11 umzusteuern. Die Steuerleitung 27 wird mit der Steuerleitung 29 zum Zeitsteuerschie- her 8 verbunden, während die Steuerleitung 25 mit der Steuerleitung 28 verbunden wird, wodurch der Hauptsteuerkolben 12 so verschoben und anschliessend gehalten wird, dass er die Leitung 20 zum Filter 17 versperrt und zum Filter 18 freigibt. Das noch im Hauptsteuerschieber 11 befindliche Steuermedium wird dabei über die Steuerleitung 27, den Kreuzschalter 4 und die Steuerleitung 29 in den Zeitsteuerschieber 8 gepresst.
Im Zeitsteuerschieber 8 wird dadurch die Feder 10 gespannt. Durch entsprechende Ringnuten im Zeitsteuerkolben 9 wird die Rückspülleitung 22 geöffnet und der Vorsteuerschieber 3 über die Entlüftungs- leitung 26 entlüftet. Dadurch wird der Druckkolben 7 durch den Druck des Filters in der Steuerleitung 251 in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben und der Kreuzschalter 4 verriegelt. Die Rückspülleitung 23 des Spülmediums ist wieder durch den Druckkolben 7 verschlossen. Die Feder 10 im Zeitsteuerschieber 8 drückt über den Zeitsteuerkolben 9 das Steuermedium über die Zeitsteuerdrossel 14 und die Rückführleitung 30 in den Umlauftank 16, da die Steuerleitung 29 durch den Hauptsteuerkolben 12 verschlossen ist. Nachdem der Zeitsteuerkolben 9 seine Endlage erreicht hat, ist die Spülmediumleitung 22 wieder verschlossen und die Rückspülung beendet.
Ebenso ist die Entlüftungsleitung 26 zum Vorsteuerschieber 3 wieder verschlossen. Die Umschaltvorrichtung ist zu einem neuen Schaltzyklus bereit. Mit der Spüldrossel 13 wird die Intensität und mit der Zeitsteuerdrossel 14 die Dauer der Rückspülung optimal einreguliert. Zur Entlüftung des Zeitsteuerschiebers 8 ist eine Leckleitung 31 vorgesehen. Die Entlüftungsleitung 26, Rückführleitung 30 und Leckleitung 31 sind getrennt bis zum Umlauftank 16 zu führen.