DE4416577C2 - Filtereinsatz für ein Filter zur Filterung von flüssigen oder gasförmigen Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Filtereinsatz für ein Fil­ ter zur Filterung von flüssigen oder gasförmigen Medien.

Ein erster Filtereinsatz ist aus dem DE-GM 18 98 938 be­ kannt. Bei diesem Filtereinsatz ist der in Sternform ge­ faltete, aus Filterstoffbahnen bestehende Filterkörper stirnseitig in Abdeckscheiben, vorzugsweise aus thermo­ plastischem Werkstoff, eingebettet. Die Filterstoffbah­ nen bestehen aus vollsynthetischen Textilien, wobei eine der Bahnen infolge der besonderen Eigensteifigkeit als Stütze der anderen Bahnen nutzbar gemacht wird und mit diesen stellenweise und zwar insbesondere an den Rändern und/oder im Bereich der Faltkanten durch thermoplasti­ sche Heißsiegelung verbunden ist. Eine Schweißverbindung liegt demnach nur im Bereich der miteinander verbundenen Filterstoffbahnen vor, während die Verbindung des Fil­ terkörpers mit den Abdeckscheiben in herkömmlicher Art und Weise durch Einbettung erfolgt. Diese Einbettung er­ folgt in einem flüssigen Zustand der Abdeckscheiben, so daß das Material der Abdeckscheiben zwischen die Stirn­ endbereiche der einzelnen Falten des Filterkörpers ein­ dringen kann. Gleichzeitig bilden die Abdeckscheiben selbst die Dichtungen für die dichtende Verbindung des Filtereinsatzes mit den zugehörigen Teilen eines Filter­ gehäuses. Nachteilig ist bei diesem bekannten Filterein­ satz einerseits die Herstellung des Filterkörpers aus mehreren Lagen, die miteinander verschweißt werden, auf­ wendig und zum anderen der Materialverbrauch für die Her­ stellung der Abdeckscheiben relativ hoch, was ingesamt hohe Herstellungskosten und ein relativ hohes Gewicht des Filtereinsatzes ergibt.

Aus der EP 0 559 011 A1 ist ein Filtereinsatz für ein Filter zur Filterung von flüssigen oder gasförmigen Medi­ en bekannt, mit zwei Stirnscheiben und mit einem zwi­ schen diesem angeordneten und mit diesem durch eine ther­ mische Schweißverbindung dichtend verbundenen, im wesent­ lichen hohlzylindrischen Filterkörper, der von dem zu filternden Medium durchströmbar ist, wobei mindestens ei­ ne der Stirnscheiben mit einer zentralen Durchbrechung versehen ist, mit der der Filtereinsatz dichtend auf einem Medium-Zuleitungsstutzen oder -Ableitungsstutzen axial aufsteckbar ist, und wobei zum Zweck eines Wech­ selns des Filtereinsatzes dieser von dem Stutzen abzieh­ bar ist. Weiterhin ist aus dieser Druckschrift bekannt, daß die Stirnscheiben aus thermisch verwertbarem Materi­ al, hier Pappe, bestehen. Weiterhin ist bei diesem be­ kannten Filtereinsatz eine ringförmige Dichtung mit rechteckigem Querschnitt aus einem flexiblen Material mit der Außenseite der Stirnscheibe thermisch ver­ schweißt oder verklebt und ragt in die zentrale Durch­ brechung vor. Die ringförmige Dichtung besitzt nur eine relativ geringe Dicke, damit sie sich beim Aufstecken des Filtereinsatzes auf den Stutzen um etwa 90° umlegt. Die Abdichtung wird dadurch erzielt, daß der umgelegte Teil der Dichtung zwischen dem Außenumfang des Stutzens und dem Innenumfang der Stirnscheibe eingeklemmt wird. Da die Stirnscheibe selbst nur geringe radiale Kräfte aufnehmen kann, weil sie aus Pappe besteht, ist zur Er­ zielung einer ausreichenden Einklemmung des umgelegten Teils der Dichtung zusätzlich hinter der Stirnscheibe ein Stützelement erforderlich. Dies macht die Herstel­ lung aufwendiger und damit teurer. Außerdem wird eine zu­ verlässige Abdichtung nur gewährleistet, wenn relativ enge Toleranzen bei der Fertigung eingehalten werden, was ebenfalls den Herstellungsaufwand und die Herstel­ lungskosten erhöht.

Schließlich ist aus der US-PS 5 015 375 ein Filterein­ satz bekannt, bei dem der Filterkörper aus einer gefal­ teten Papier-Filterstoffbahn besteht. Dieser Filterkör­ per ist an seinen Stirnseiten in das Material der Stirn­ scheiben eingebettet, wobei hier die Stirnscheiben aus Polyester-Material bestehen, das in flüssigem Zustand in eine Form eingebracht wird, wonach dann das Stirnende des Filterkörpers in das Material eingetaucht und bis zur Verfertigung des Materials in seiner Stellung fixiert wird. In seinem verfertigten oder ausgehärteten Zustand ist das Material weich-flexibel, um es zugleich für Dichtzwecke nutzen zu können. Ersichtlich ist bei diesem Herstellungsverfahren der Zeitaufwand für die Fer­ tigung hoch, so daß die Produktivität begrenzt ist und somit die Herstellungskosten hoch werden. Außerdem wird auch hier relativ viel Material für die Stirnscheiben benötigt, was ebenfalls zu hohen Herstellungskosten bei­ trägt.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Filtereinsatz zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und der nach Ablauf seiner Einsatzzeit so entsorgt werden kann, daß praktisch keine Rückstände verbleiben, die Deponieraum beanspruchen oder die Umwelt belasten, wobei der neue Filtereinsatz ohne weiteres in herkömmlichen Filtern ohne die Notwendigkeit von konstruktiven Änderungen an diesen verwendbar sein soll und wobei eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Filtereinsatz und den mit diesem zusammenwirkenden Teilen des Filters gewährleistet sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen Filtereinsatz mit den Merkmalen, die im Anspruch 1 angegeben sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Filtereinsat­ zes und die Materialauswahl und -kombination für die di­ versen Teile des Filtereinsatzes wird erreicht, daß der neue Filtereinsatz ohne die Erfordernis von Änderungen am zugehörigen Filter anstelle von bisher eingesetzten, Metallteile enthaltenden Filtereinsätzen verwendet wer­ den kann, wobei die erforderliche Abdichtung durch einen einfach konturierten und somit kostengünstigen Dichtring erzielt wird. Auch werden keine besonderen Haltemittel für den Dichtring benötigt, wodurch der Filtereinsatz insgesamt auch sehr kostengünstig herstellbar ist. Außer­ dem ist der neue Filtereinsatz am Ende seiner Nutzung voll veraschbar, wenn er nach seinem bestimmungsgemäßen Gebrauch einer Müllverbrennung zugeführt wird. Ein sol­ cher Filtereinsatz hinterläßt nach seiner Verbrennung praktisch keine zu deponierenden Rückstände, wobei vor­ teilhaft derartige Filtereinsätze sogar anstelle von z. B. Heizöl als Brennstoff genutzt werden können.

Die an dem Filtereinsatz gemäß Erfindung vorhandene Dich­ tung kann hinsichtlich ihres Materials unterschiedlich ausgeführt sein. Bevorzugte Ausführungen in dieser Hin­ sicht sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Da der erfindungsgemäße Filtereinsatz hinsichtlich sei­ ner geometrischen Gestaltung und Dimensionierung keinen besonderen Einschränkungen unterliegt, kann ein solcher Filtereinsatz anstelle praktisch aller bisher üblichen, Metallteile aufweisenden Filtereinsätze problemlos einge­ setzt werden, ohne daß irgendwelche Änderungen an mit dem Filtereinsatz zusammenwirkenden Bauteilen, z.B. Fil­ tergehäusen, erforderlich werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 einen vollständigen Filter mit einem Filterein­ satz in einer ersten Ausführung, im Längs­ schnitt,

Fig. 2 einen Filtereinsatz in einer zweiten Ausfüh­ rung, dessen linke Hälfte in Ansicht und dessen rechte Hälfte im Längsschnitt dargestellt ist, und

Fig. 3 den Filtereinsatz aus Fig. 2 in einem ver­ größerten Teil-Längsschnitt im Einbauzustand.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen vollständigen Filter, in welchen ein Filtereinsatz 1 in ein becherförmiges Fil­ tergehäuse 15 eingesetzt ist. Das becherförmige Filterge­ häuse 15 ist als Schraubdeckel ausgebildet und mit sei­ nem unteren Ende mit einem Filtersockel 50 verschraubt. Durch den Filtersockel 50 verlaufen in bekannter Weise hier nicht näher bezeichnete Kanäle für die Zuführung und Abführung des zu filternden und des gefilterten Medi­ ums.

Der Filtereinsatz 1 besteht aus einen Filterkörper 10, der die Form einer zickzackförmig gefalteten Filterstoff­ bahn hat, und zwei den Filterkörper 10 oben und unten ab­ deckenden Stirnscheiben 2, 3. Beide Stirnscheiben 2, 3 sind mit je einer zentralen Durchbrechung ausgebildet und dementsprechend befindet sich auch an beiden Stirn­ scheiben 2, 3 je eine Dichtung 4. Die in Fig. 1 untere Stirnscheibe 2 ist unter Zwischenlage ihrer Dichtung 4 auf einen Mediumableitungsstutzen 5 dichtend aufgesetzt. Die an oberen Ende des Filtereinsatzes 1 hier erforderli­ che Abdichtung zwischen der oberen Stirnscheibe 3 und dem oberen Ende eines zentralen Stützkörpers 11 wird durch die obere Dichtung 4 gewährleistet.

Im Inneren des Filterkörpers 10 ist der Stützkörper 11 angeordnet, der gitterartige durchbrochen ist und der in seinem oberen Teil ein Bypass-Ventil 16 als integrierten Bestandteil enthält. Durch dieses Ventil 16 kann bei man­ gelnder Durchlässigkeit des Filterkörpers 10, z. B. auf­ grund einer zu langen Einsatzzeit, das zu filternde Me­ dium unter Umgehung des Filterkörpers 10 unmittelbar vom Außenumfang des Filterkörpers 10 in das Innere des Stütz­ körpers 11 und von dort in den Mediumableitungsstutzen 5 gelangen.

Wie die Fig. 2 der Zeichnung zeigt, besteht der zweite Filtereinsatz 1 aus einem Filterkörper 10, auch hier ein zickzackförmig gefalteter Faltenbalg, aus zwei den Fil­ terkörper 10 oben und unten abdeckenden Stirnscheiben 2 und 3, einem im Inneren des Filterkörpers 10 angeordne­ ten, gitterförmigen Stützkörper 11 und einem den Filter­ körper 10 außenseitig umgebenden, gelochten Mantel 12.

Der Filterkörper 10 besitzt eine hohlzylindrische Grund­ form, wobei die Faltenkanten in Axialrichtung, d. h. in Richtung parallel zur Längsmittelachse 13 des Filterein­ satzes 1 verlaufen. An seinen Stirnenden ist der Filter­ körper 10 dichtend mit den beiden Stirnscheiben 2, 3 ver­ bunden, hier thermisch verschweißt.

Die untere Stirnscheibe 2 weist eine zentrale Durchbre­ chung 20 auf, mittels welcher der Filtereinsatz 1 auf ei­ nen Medium-Zu- oder -Ableitungstutzen, der einen Teil ei­ nes Filters bildet, aufsteckbar ist. Zur Abdichtung die­ ser Steckverbindung dient ein umlaufender Dichtring 4 mit einem rechteckigen Querschnitt und relativ großer Dicke. Dieser Dichtring 4 ist unterseitig mit der unte­ ren Stirnscheibe 2 verschweißt.

Die obere Stirnscheibe 3 ist bei diesem Ausführungsbei­ spiel des Filtereinsatzes 1 geschlossen ausgebildet und besitzt in ihrem zentralen Bereich eine Rastvertiefung 30, die zur Aufnahme von Gegen-Rastelementen eines Schraubdeckels eines zugehörigen Filtergehäuses oder ei­ nes Ausziehwerkzeuges dient.

Der im Inneren des Filterkörpers 10 angeordnete Stützkör­ per 11 besitzt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines hohlzylindrischen Gitters, das aus Gitter­ streben 11' und 11'' gebildet ist. Die Gitterstreben 11' verlaufen dabei in Umfangsrichtung und die Streben 11'' in Längsrichtung des Stützkörpers 11, wobei die Streben 11' die Streben 11'' in Radialrichtung etwas überragen. Der Stützkörper 11 ist lose im Inneren des Filterkörpers 10 angeordnet und zwischen den Stirnscheiben 2, 3 einge­ schlossen. Bei einer Durchströmung des Filterkörpers 10 in radialer Richtung von außen nach innen stützt der Stützkörper 11 mit seinen in Umfangsrichtung verlaufen­ den Streben 11' den Filterkörper 10 an dessen Innenum­ fang ab, um ein Kollabieren des Filterkörpers 10 infolge der auftretenden Druckdifferenzen des durch den Filter­ einsatz 1 strömenden zu filternden Mediums zu verhin­ dern.

Sowohl die beiden Stirnscheiben 2, 3 als auch der im inneren Teil des Filtereinsatzes 1 angeordnete Stützkör­ per 11 bestehen aus Kunststoff, wobei alle drei genann­ ten Teilem als Kunststoff-Spritzgußteile ausgeführt sind, z. B. aus Polyamid, dem Recyclat-Material und/oder Glasfasern beigegeben sein können. Der Filtereinsatz 1 kann damit also auch der Altkunststoff-Verwertung die­ nen.

Der Filterkörper 10 besteht aus Papier und/oder Baumwol­ le und/oder Filz und/oder einem Kunststoffvlies, wobei letzteres ebenfalls aus einem rückstandsfrei thermisch verwertbaren Kunststoff besteht.

Der den Filterkörper 10 außenseitig über den größten Teil von dessen axialer Länge umgebende Mantel 12 be­ steht bevorzugt aus Papier oder Pappe, wobei im Mantel 12 in einem dichten, einen ausreichenden Durchströmungs­ querschnitt sicherstellenden Muster Löcher 12' ange­ bracht sind. Im in der Zeichnung linken Teil des Filter­ einsatzes 1 ist zur Vereinfachung der Darstellung ledig­ lich eine kleine Zahl dieser Löcher 12' dargestellt.

Fig. 3 zeigt in vergrößerter Ausschnittsdarstellung ei­ nen Filtereinsatz 1, bei dem die Dichtung 4 durch eine Ringscheibe aus Filz, vorzugsweise ein Polyamid-Nadel­ filz, gebildet ist. Die Dichtung 4 ist an der Unterseite der unteren Stirnscheibe 2 des Filtereinsatzes ange­ bracht, wobei die Anbringung hier mittels einer Schweiß­ verbindung erfolgt ist. Hierzu ist beispielsweise durch Mikrowellen- oder Ultraschallbestrahlung oder mittels eines Schweißspiegels der radial innere Teil der Unter­ seite der Stirnscheibe 2 bis zur Erweichung erhitzt, wo­ raufhin dann die Dichtung 4 an diese erweichte Fläche angedrückt worden ist. Nach dem Abkühlen und Wiedererhär­ ten des Kunststoffes, aus dem die Stirnscheibe 2 be­ steht, ist die Dichtung 4 fest und dauerhaft mit der Stirnscheibe 2 verbunden.

Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist der freie Innendurchmesser der Dichtung 4 kleiner als der freie Innendurchmesser der zentralen Durchbrechung 20 in der Stirnscheibe 2. Die Dichtung 4 steht also radial innen­ seitig über den inneren Rand der Stirnscheibe 2 vor. Außerdem besitzt die Dichtung 4 eine relativ große Dicke.

Fig. 3 zeigt den Filtereinsatz 1 im Einbauzustand, in welchem der Filtereinsatz 1 mit seiner unteren Stirn­ scheibe 2 voran auf einen Mediumableitungsstutzen 5 auf­ gesteckt ist. Der Mediumableitungsstutzen 5 ist ein Teil eines hier nicht weiter dargestellten Filtergehäuses, das den Filtereinsatz 1 aufnimmt. Der Außendurchmesser des Stutzens 5 ist so bemaßt, daß er kleiner ist als der freie Innendurchmesser der zentralen Durchbrechung 20 in der Stirnscheibe 2, aber größer ist als der freie Innen­ durchmesser der Dichtung 4 vor dem Einbau. Weiterhin ist die Bemaßung des Außendurchmessers des Stutzens 5 und des freien Innendurchmessers der Durchbrechung 20 in der Stirnscheibe 2 so aufeinander abgestimmt, daß der zwi­ schen beiden verbleibende Ringspalt in Radialrichtung be­ trachtet enger ist als die Dicke der ringscheibenförmi­ gen Dichtung 4. Hierdurch wird erreicht, daß beim Auf­ setzen des Filtereinsatzes 1 von oben her auf den Stut­ zen 5 der radial innere Teil der Dichtung 4 radial nach außen hin gestaucht wird und sich so verdichtet, daß er dichtend am Außenumfang des Stutzens 5 anliegt. Dadurch ergibt sich einerseits ein ausreichend fester Sitz des Filtereinsatzes 1 auf dem Stutzen 5 und andererseits eine so weitgehende Komprimierung des Materials der Dich­ tung 4, daß hier eine Abdichtung gegen ein Durchtreten von zu filterndem Medium durch den Ringspalt zwischen Stutzen 5 und Stirnscheibe 2 sichergestellt ist.

Die räumliche Orientierung des Filters und damit des darin angeordneten Filtereinsatzes 1 spielt für die Funk­ tion keine Rolle und kann deshalb beliebig sein.

Claims (4)

1. Filtereinsatz (1) für ein Filter zur Filterung von flüssigen oder gasförmigen Medien, mit folgenden Merkmalen:

• 1. - zwei Stirnscheiben (2, 3) und ein zwischen diesen angeordneter und mit diesen durch eine thermische Schweißverbindung dichtend verbundener, im wesent­ lichen hohlzylindrischer Filterkörper (10) aus Pa­ pier und/oder Baumwolle und/oder Filz und/oder thermisch verwertbarem Kunststoffvlies, der von dem zu filternden Medium durchströmbar ist,
• 2. - die Stirnscheiben (2, 3) sind als Kunststoff- Spritzgußteile aus thermisch verwertbarem Kunst­ stoff ausgeführt,
• 3. - mindestens eine der Stirnscheiben (2, 3) ist mit einer zentralen Durchbrechung (20) versehen, mit der der Filtereinsatz (1) dichtend auf einen Medi­ um-Zuleitungsstutzen oder -Ableitungsstutzen (5) axial aufsteckbar ist, wobei zum Zweck eines Wech­ selns des Filtereinsatzes (1) dieser von dem Stut­ zen (5) abziehbar ist,
• 4. - eine ringförmige Dichtung (4) mit rechteckigem Querschnitt aus einem flexiblen, thermisch verwert­ baren Material ist mit der Außenseite der Stirn­ scheibe (2) thermisch verschweißt oder verklebt und überragt die Stirnscheibe (2) radial innen in Richtung zur zentralen Durchbrechung,
• 5. - der freie Innendurchmesser der zentralen Durchbre­ chung (20) ist größer als der Außendurchmesser des Stutzens (5), wobei der zwischen beiden verbleiben­ de Ringspalt (52) in Radialrichtung enger als die Dicke der Dichtung (4) ist, und
• 6. - die Dicke der Dichtung (4) ist so groß gewählt, daß die Dichtung (4) nach dem Aufstecken des Fil­ tereinsatzes (1) auf den Stutzen (5) in ihrem radi­ al inneren Bereich gestaucht und verdichtet ist.

2. Filtereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtung (4) aus Elastomer besteht.

3. Filtereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtung (4) aus Filz besteht.

4. Filtereinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Filz ein Kunststoff-Nadelfilz ist.