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Title:
LIQUID FILTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/167456
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a liquid filter (1) for removing foreign particles from liquid, comprising: a housing (71) in which a screen (91) is mounted; a rotor (81) driven by a drive (41); and a tube (51, 52, 53) for conducting the foreign particles away. The liquid filter (1) also comprises a bridging connection between said tube (53) and rotor (81), in the form of an upstream covering (21) as a front part of a fluidic profile. The upstream covering (21) is mounted rigidly in the housing (71) and separated from the rotor (81) by a gap (37).

Inventors:
KHADJAVI, Armin Fazlollah (Höllriegelskreuther Weg 3, Baierbrunn, 82065, DE)
Application Number:
EP2017/025060
Publication Date:
October 05, 2017
Filing Date:
March 24, 2017
Export Citation:
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Assignee:
KHADJAVI, Armin Fazlollah (Höllriegelskreuther Weg 3, Baierbrunn, 82065, DE)
International Classes:
B01D35/16; B01D29/35; B01D29/48; B01D29/64; B01D29/68
Foreign References:
DE4118423A11992-09-17
DE4021085C11992-03-05
EP0268752A11988-06-01
DE2502669B11976-05-26
EP0082520A21983-06-29
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Claims:
Patentansprüche

1. Flüssigkeitsfilter (1) für die Entfernung von Fremdpartikeln aus der Flüssigkeit, aufweisend

mindestens ein Gehäuse (71), in dem mindestens ein Sieb (90, 91) eingebaut ist, mindestens einen Rotor (81), der mittels mindestens eines Antriebes (41) antreibbar ist,

mindestens ein Rohr (51, 52, 53) zum Hinausführen der Fremdpartikel,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eine Aufwärts Verkleidung (21) zwischen Rohr (53) und dem Rotor (81) aufweist, die fest im Gehäuse (71) eingebaut und über einen Spalt (37) vom Rotor (81) getrennt ist.

2. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß Anspruch 1, weist eine Abwärtsverkleidung

(27) , die als ein Hinterteil eines strömungsmechanischen Profils ausgebildet und im Totwasserbereich des Rotors fest im Gehäuse (71) eingebaut ist.

3. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Abwärtsverkleidung (27) im Bereich der Rotationsachse des Gehäuses (71) einen tropfenförmigen Achter

(28) aufweist.

4. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß eines der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Aufwärtsverkleidung (21) im Bereich der Rotationsachse des Gehäuses (71) einen Bug (22) aufweist.

5. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß eines der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Rotor (81) hin zum einem Siebdeckel (92) eine tropfenförmige Rotorverkleidung (25) aufweist.

6. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß eines der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Spalt (37) zwischen dem Rotor (81) und der Aufwärtsverkleidung (21) bzw. Sieb (90, 91) mittels einer flexiblen Dichtlippe (38), die als eine Bürstenreihe oder ein Kunststoffstreifen überspannbar ausgebildet ist, die wahlweise am Rotor (81) oder an der Aufwärtsverkleidung (21) oder / und am Sieb (90, 91) befestigt ist.

7. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß eines der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sieb (90, 91) Stege (35) aufweist, die auf der Innenseite des Siebes (91) in einem Abstand zu einander, passend zur Öffnung des Rotors (81) angebracht sind, wobei zwei aufeinander folgende Stege (35) genau übereinstimmend sind mit der Öffnung des Rotors (81).

8. Sieb (90) für ein Flüssigkeitsfilter (1), als Lochblecsieb ausgebildet, aufweisend einen Blechmantel (93), mit einer Vielzahl von Öffnungen (Z 92 S), dadurch gekennzeichnet, dass

die Öffnungen strömungsmechanische Rundungen (92R) aufweisen, die durchs Tiefziehen (Z 92 T), Bördeln (Z 92 B), Nieten (Z 92 N), Auftragsschweißen oder Aufkleben erzielt sind.

9. Sieb (91) für ein Flüssigkeitsfilter (1), als Spaltsieb ausgebildet, aufweisend eine Vielzahl von Stützstäben (94),

eine Vielzahl von Siebelementen (95),

wobei die Siebelemente (95) kreisförmig oder spiralförmig ausgebildet sind, wobei für die Ausbildung des Siebmantels die Siebelemente (95) mit den

Stützstäben (94) an Stützpunkten verschweißt und zusammen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass

die Siebelemente (95) günstige strömungsmechanische Querschnitte (97), Profile (97P), Ellipsen (97E) oder Kreise (97K) aufweisen.

10. Sieb (91) gemäß Anspruch 9, wobei die strömungsmechanische Ausrichtung (a) der Profile (97P) oder Ellipsen (97E) bei jedem Siebelement (95) an den Stützpunkten individuell berechnet und die Ausrichtung (a) des Siebelements (95) danach orientiert, oder die strömungsmechanische Ausrichtung der Profile (97P) oder Ellipsen (97E) als ein Durchschnittswinkelwert für alle Siebelemente (95) ermittelt, oder die strömungsmechanische Ausrichtung der Profile (97P) oder Ellipsen (97E) abschnittsweise als ein Durchschnittswinkelwert für alle Siebelemente (95) des betroffenen Abschnitts ermittelt ist. Wobei für ein definiertes Ineinandergreifen Profilnute (97PN) und Stützstabnute (94N) vorgefräst sind und wobei (a) der Winkel zwischen dem Profil (97P) und Filterhauptachse an dem jeweiligen Stützpunkt ist.

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE

beim Internationalen Büro eingegangen am 17. August 2017 (17.08.2017)

1. Flüssigkeitsfilter (1) für die Entfernung von Fremdpartikeln aus der Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, aufweisend

mindestens ein Gehäuse (71), in dem mindestens ein Sieb (91) eingebaut ist, wobei das Sieb (91) mindestens einen Mantel1, mindestens einen Siebdeckel (92) umfasst; mindestens einen Rotor (81), der mittels mindestens eines Antriebes (41) antreibbar ist;

mindestens ein Rohr (51, 52, 53) zum Hinausführen der Fremdpartikel, wobei das Rohr mindesten ein Abflussrohr2 (51), mindesten einen Rohrbogen (52) und mindesten ein Rohrsende (53) umfasst;

die Strömungsrichtung (60)3 entlang einer Rotationsachse des Gehäuses (71) vom Rohrbogen (52) zum Siebdeckel (92) ist; und

die im Mantel des Siebes (91) aufgefangenen und durch den Rotor (81) abgesaugten Fremdpartikel durch das Rohr (51, 52, 53) abführbar sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

Flüssigkeitsfilter (1) mindestens eine Überbrückung zwischen dem Rohr (53) und dem Rotor (81) aufweist, die als ein Vorderteil einer strömungsmechanischen Aufwärtsverkleidung (21), ausgebildet ist, die fest im Gehäuse (71) eingebaut und über einen Spalt (37) vom Rotor (81) getrennt ist.

2. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß Anspruch 1, weist eine Abwärtsverkleidung (27), die als ein Hinterteil eines strömungsmechanischen Profils ausgebildet und im Totwasserbereich des Rotors fest im Gehäuse (71) eingebaut ist.

3. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Abwärtsverkleidung (27) im Bereich der Rotationsachse des Gehäuses (71) einen tropfenförmigen Achter (28) aufweist.

Seite 4, Zeile 27

Figur 1

Figur 1, 2 und 3

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

4. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß eines der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Aufwärtsverkleidung (21) im Bereich der Rotationsachse des Gehäuses (71) einen Bug (22) aufweist.

5. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß eines der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Rotor (81) hin zum einem Siebdeckel (92) eine tropfenförmige Rotorverkleidung (25) aufweist.

6. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß eines der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Spalt (37) zwischen dem Rotor (81) und der Aufwärtsverkleidung (21) bzw. Sieb (91) mittels einer flexiblen Dichtlippe (38), die als eine Bürstenreihe oder ein Kunststoffstreifen überspannbar ausgebildet ist, die wahlweise am Rotor (81) oder an der Aufwärtsverkleidung (21) oder / und am Sieb (91) befestigt ist.

7. Flüssigkeitsfilter (1) gemäß eines der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sieb (91) Stege (35) aufweist, die auf der Innenseite des Siebes (91) in einem Abstand zu einander, passend zur Öffnung des Rotors (81) angebracht sind, wobei zwei aufeinander folgende Stege (35) genau übereinstimmend sind mit der Öffnung des Rotors (81).

8. Sieb (91) für ein Flüssigkeitsfilter (1), aufweisend

einen Blechmantel (93), mit einer Vielzahl von Öffnungen (Z 92 S),

dadurch gekennzeichnet, dass

die Öffnungen strömungsmechanische Rundungen (92R) aufweisen, die beispielsweise durchs Tiefziehen (Z 92 T), Bördeln (Z 92 B), Nieten (Z 92 N), Auftragsschweißen oder Aufkleben erzielt sind.

9. Sieb (91) für ein Flüssigkeitsfilter (1), als Spaltsieb ausgebildet, aufweisend

eine Vielzahl von Stützstäben (94),

eine Vielzahl von Siebelementen (95),

wobei die Siebelemente (95) kreisförmig oder spiralförmig ausgebildet sind, wobei für die Ausbildung des Siebmantels die Siebelemente (95) mit den

Stützstäben (94) verschweißt und zusammen gehalten sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) die Siebelemente (95) günstige strömungsmechanische Querschnitte (97), beispielsweise Profile, Ellipsen oder Kreise aufweisen.

10. Sieb (91) gemäß Anspruch 9, wobei die strömungsmechanische Ausrichtung der Profile oder Ellipsen bei jedem Siebelement (95) individuell berechnet und das Siebelement (95) danach ausgelegt oder die strömungsmechanische Ausrichtung der Profile oder Ellipsen als ein Durchschnittswinkelwert für alle Siebelemente (95) ermittelt oder die strömungsmechanische Ausrichtung der Profile oder Ellipsen abschnittsweise als ein Durchschnittswinkelwert für alle Siebelemente (95) des betroffenen Abschnitts ermittelt ist.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

Description:
Flüssigkeitsfilter

Erfindungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsfilter mit einer Selbstreinigungsvorrichtung.

5

Hintergrund der Erfindung

Flüssigkeitsfilter mit Selbstreinigungsvorrichtungen weisen in der Regel einen hohen Strömungswiderstand auf, der einerseits durch den Reinigungsrotor sowie das Abflussrohr und andererseits durch das Sieb bedingt ist.

i o Die offene Fläche des Siebes soll größer sein als der Querschnitt des über einen Flansch mit dem Filter verbundenen Anschlussrohres. Dies kann bei einem zweidimensionalen, flachen, kreisförmigen Sieb durch eine Querschnitterweiterung des Siebgehäuses erzielt werden.

Wenn der Querschnitt nicht erweitert sondern beibehalten wird, dann muss das Sieb eine 15 dreidimensionale Ausführungsform wie z.B. ein Zylinder, ein Trichter oder eine Kugelkalotte haben.

Eine gewöhnliche Ausführung solcher Siebe ist eine Lochblechkonstruktion. Obwohl die Löcher entgratet werden, gibt es Strömungswiderstände vor und nach jedem Loch, die beachtlich sind.

20 Im mittleren Bereich des Siebs gibt es normalerweise einen undurchlässigen Bereich, der einen Strömungswiderstand verursacht.

Der Reinigungsrotor aus dem Stand der Technik ist eine Blechkonstruktion, die fünf geschlossene Flächen aufweist. In Abhängigkeit von der Siebgeometrie sind die zwei Seitenflächen entweder trapezförmig oder rechteckig. Die Rotorhinterseite ist

25 halbzylindrisch. Oben und unten, d.h., strömungsabwärts und strömungsaufwärts sind die

Flächen rechteckig. Die zum Sieb gewandte Seite ist offen, wodurch die zu entfernenden Partikel in den inneren Bereich des Rotors gelangen und beim Öffnen eines Ventils über ein Abflussrohr ins Freie befördert werden.

Die rechteckigen Seiten des Rotors, sowohl strömungsabwärts als auch strömungsaufwärts,

30 weisen einen beachtlichen Strömungswiderstand auf.

Das Abflussrohr, das sich in Relation zum Rotor üblicherweise strömungsaufwärts befindet, weist ebenfalls einen nicht vernachlässigbaren Strömungswiderstand auf. Die Antriebswelle, die sich strömungsabwärts vom Rotor befindet, ist auch ein Widerstandskörper.

Aus DE000004103514C1, US000004904397A, DE3829360A1 sowie EP0225401B1 sind Filter bekannt, die alle erwähnten Widerstandsmerkmale aufweisen und im Betriebsfall enorme Kosten für die Wasserpumpe, die die Widerstände mit mehr Leistung entgegen wirken muss, verursachen.

Bei den erwähnten Lösungen aus dem Stand der Technik sind die wünschenswerten Eigenschaften eines Wasserfilters, das einen geringen Strömungswiderstand haben soll, nicht gegeben.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher ein Flüssigkeitsfilter mit einer Selbstreinigungsvorrichtung zu beschaffen, das einen geringen Strömungswiderstand aufweist.

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsfilter mit einer Selbstreinigungsvorrichtung. In der Regel besteht das Flüssigkeitsfilter im Stand der Technik aus einem rotationssymmetrischen Gehäuse mit einem Reinigungsrotor, der in einem Sieb rotierend angeordnet ist und mittels eines Antriebes über eine Antriebwelle angetrieben wird. Das

Gehäuse kann zylindrisch oder kugelförmig sein.

Die Achse des Rotors steht senkrecht zur Antriebwelle. Eine Antriebumlenkung wird mittels eines Getriebes ermöglicht, das gegebenenfalls die Antriebsdrehzahl herabsetzen kann.

Wenn jedoch das Gehäuse eine Krümmung ist, dann kann die Antriebwelle mit der Achse des Rotors koaxial angeordnet werden, so dass sich das Getriebe außerhalb des Gehäuses platzieren lassen kann oder sich gänzlich erübrigt. Es ist zu beachten, dass die Strömungsgeschwindigkeit auf der Außenseite der Krümmung größer ist als auf der Innenseite. Da die Antriebwelle zwangsweise auf der Außenseite der Krümmung mit der größten Strömungsgeschwindigkeit eingebaut wird, erfährt sie wegen der großen Strömungsgeschwindigkeit, einen wesentlich größeren Strömungswiderstand verglichen mit einer Geradeausströmung wie in einem Zylinder. Deswegen sollte die Platzierung der Antriebwelle in der Krümmung, wenn möglich, vermieden werden. Der Rotor ist für die Absaugung von Feststoffen als eine Blechkonstruktion ausgeführt und weist fünf geschlossene Flächen auf. In Abhängigkeit von der Siebgeometrie sind die zwei Seitenflächen entweder trapezförmig oder rechteckig. Die Rechteckausführung ist für ein zylindrisches Sieb geeignet. Die Trapezform ist passend für ein trichterförmiges Sieb. 5 Wenn das Sieb aus einer Kurvenrotation gebildet ist, dann hat die Trapezform eine Seite, die eine Kurve ist. Die Rotorhinterseite ist halbzylindrisch. Oben und unten, d.h., strömungsabwärts und strömungsaufwärts sind die Flächen in der Regel rechteckig. Die zum Sieb gewandte Seite ist offen, wodurch die zu entfernenden Feststoffe in den inneren Bereich des Rotors gelangen und beim Öffnen eines Ventils über ein Abflussrohr ins Freie o befördert werden und somit erfüllt das System die Selbstreinigungsfunktion.

Der Rotor ist hier als ein strömungsmechanischer Widerstandsköper zu betrachten.

Die Widerstandskraft lässt sich wie Folgt ermitteln:

Fw = 0,5.(p . Cw . A . v2)

p : Dichte des strömenden Fluids

5 A : Referenzfiäche

v : Strömungsgeschwindigkeit

Cw: Strömungswiderstandskoeffizient

Die rechteckigen Seiten des Rotors, sowohl strömungsabwärts als auch strömungsaufwärts, weisen einen beachtlichen Strömungswiderstand auf.

0 Im Vergleich hat eine Rechteckplatte einen Strömungswiderstandskoeffizienten Cw ~ 1,0 und ein Halbzylinder Cw ~ 0,3.

Das Abflussrohr, das sich in Relation zum Rotor üblicherweise strömungsaufwärts befindet, weist ebenfalls einen nicht vernachlässigbaren Strömungswiderstand auf.

Die Antriebswelle, die sich strömungsabwärts vom Rotor befindet, ist auch ein 5 Widerstandskörper.

Im Vergleich hat ein Rohr einen Strömungswiderstandskoeffizienten Cw ~ 0,3 und ein Strömungsprofil, ähnlich wie ein Tragfiächenprofil Cw ~ 0,1.

Der strömungsmechanische Widerstand des Rotors wird in den noch folgenden Ausführungsformen detailierter diskutiert.

o Der Siebdeckel im mittleren Bereich des Siebs ist undurchlässig und verursacht ebenfalls einen Strömungswiderstand. Bei einem Lochblechsieb aus dem Stand der Technik, das beispielsweise durchs Stanzen hergestellt ist, gibt es beachtliche Strömungswiderstände vor und nach jedem Loch, das in der Regel entgratet ist.

Das erfindungsgemäße Sieb, ein Lochblechsieb weist Löcher mit Abrundungen auf, die die Strömungswiderstände herabsetzen. Die Formgebung der Löcher kann durchs Tiefziehen des Bleches ermöglicht werden.

Die Abrundungen können durchs Bördeln oder Verwendung von Abrundungsnieten realisiert werden.

Um einen Eindruck vom Strömungswiderstand der Löcher zu erhalten, der durch die Abrundungen verringert wird, vergleichen wir ein entgratetes, flaches Loch mit einem abgerundeten Loch in einer turbulenten Strömung:

Ausflusszahl für flaches Loch ~ 0,5

Ausflusszahl für abgerundetes Loch - 1,0

Die Ausflusszahl sagt über den Durchsatz aus. D.h., je größer die Ausflusszahl ist, desto größer wird auch der Durchsatz sein. Umkehrschluss ist, je größer die Ausflusszahl, desto geringer der Strömungswiderstand.

Das andere erfindungsgemäße Sieb, ein Spaltsieb, weist eine Vielzahl von Stützstäben und eine Vielzahl von Siebelementen auf, die günstige strömungsmechanische Querschnitte beispielsweise Profile, Ellipsen oder Kreise haben. Die Siebelemente sind einzeln kreisförmig oder zusammenhängend spiralförmig ausgebildet und mit den Stützstäben verschweißt, so dass sich ein Siebmantel bzw. das Sieb bildet.

Das spiralförmige Siebelement, das in der Regel aus einem einzigen Element, Endlosdraht, besteht, lässt sich einfacher herstellen. Die kontinuierliche Handhabe der Ausrichtung lässt sich folgendermaßen realisieren:

1 Die optimale Strömungswinkel (a) an jedem Stützpunkt, wo sich der Stützstab mit dem Endlosdraht trifft, wird mit Bezugnahme zur Hauptachse des Siebes rechnerisch z.B. über eines Strömungsprogramms, CFD, berechnet.

2 Der lokale Neigungswinkel (ß) des Stützstabes wird an jedem Stützpunkt mit Bezugnahme zur Hauptachse ermittelt. Dieser Winkel ist bei geraden Stützstäben immer konstant. Der lokale Neigungswinkel (ß) bei kurvenförmigen Stützstäben ist variabel.

3 Das Endlosdrahtprofil wird an der lokalen Kontaktstelle zum Stützstab mit dem Kontaktwinkel (a + ß) nutförmig abgefräst. Die Profilnutbreite soll zur Breite des Stützstabes passend sein. Die Fräsarbeit kann an der Fräsmaschine programmiert werden und für jeden Stützpunkt automatisch stattfinden. Zwecks eines exakt definierten Stützpunktes kann auch der Stützstab an den Stützpunkt mit den jeweiligen Stützstabnuten versehen werden.

Das erfindungsgemäße Sieb mit Stützstäben und Siebelementen weist Siebelemente mit individuell berechneten strömungsmechanischen Ausrichtungen auf oder vereinfachend kann die strömungsmechanische Ausrichtung der Profile als ein Durchschnittswinkelwert für alle Siebelemente ermittelt werden.

Als ein Kompromiss zwischen der einfachen strömungsmechanischen Ausrichtung der Siebelemente und individuell berechneten strömungsmechanischen Ausrichtungen der Profile können die strömungsmechanischen Ausrichtungen der Profile abschnittsweise als ein Durchschnittswinkelwert für alle Siebelemente des betroffenen Abschnitts ermittelt werden.

Ein wichtiges erfindungsgemäßes Merkmal für das Flüssigkeitsfilter ist eine strömungsmechanische Verkleidung, beispielsweise mindestens eine Aufwärtsverkleidung, mindestens eine Rotorverkleidung und mindestens eine Abwärtsverkleidung.

Die drei Verkleidungen ergeben zusammen ein Strömungsprofil, das für eine beachtliche strömungsmechanische Widerstandsreduzierung sorgt. Wobei die Abwärtsverkleidung mit einer abschließenden Hinterkante sich im Totwasserbereich des Rotors befindet und fest im Gehäuse eingebaut ist. Die Aufwärtsverkleidung umfasst eine Vorderkante, die ein Vorderteil eines Strömungsprofils oder ein Halbzylinder sein kann.

Im Handbuch, Technische Mechanik, von Herbert Sigloch, Hermann Schroedel Verlag, wird das Strömungsprofil mit einem geringen Widerstand dargestellt, das ein tropfenförmige Nase und eine dreieckähnliches Heckstück hat.

Vereinfachend kann die Zusammensetzung der Verkleidungen der Form eines spitzwinkligen Dreiecks mit einer halbzylindrischen Nase ähneln.

Um einen Eindruck zu erhalten, in wie weit die Verkleidungen den Widerstand verringern, vergleichen wir nachfolgend die Widerstandskoeffizienten der Einbaukomponenten mit und ohne die Verkleidung bei einer turbulenten Strömung:

Widerstandkoeffizient Strömungsprofil ~ 0,08 Widerstandkoeffizient Zylinder ~ 0,35

Widerstandkoeffizient Prisma ~ 0,20

Jede Einbaukomponente des Flüssigkeitsfilters, das Rohrsende und der Rotor sowie die 5 Antriebswelle weist ein höherer Widerstandkoeffizient als ein Strömungsprofil auf.

Die hier verwendete Verkleidung hat eine günstige strömungsmechanische Eigenschaft wie ein U-Boot.

Der Widerstandkoeffizient des Strömungsprofiles nimmt mit der Zunahme der Profillänge bei gleichbleibendem Nasendurchmesser zu. D.h., wenn der Abstand zwischen dem i o Rohrsende und der Antriebswelle zu groß wird, nimmt der Reibungswiderstand der Verkleidung zu.

Deswegen sollte die Kombination bestehend aus dem Rohrsende, dem Rotor sowie der Antriebswelle mit einer knappen Gesamtlänge realisiert werden, damit der Widerstandkoeffizient der Verkleidung gering ausfällt. Ein realistischer

15 Widerstandkoeffizient bei einer turbulenten Strömung kann die Zahl 0,1 sein.

Eine Verkleidung bestehend aus einer Halbkreisnase zusammen mit einem Dreiecksnachlauf hat einen höheren Widerstandkoeffizient von ca. 0,25.

Die Aufwärtsverkleidung weist im Bereich der Rotationsachse des Gehäuses einen Bug auf, der wie bei einem Schiffsbug anfangend mit einer Halbkugel, die in einen Zylinder

2 o übergeht und anschließend ein Teil der Verkleidung wird. Aus dem Schiffbau ist bekannt, dass solch ein Bug, bekannt als Wulstbug, zu einer beachtlichen Widerstandsreduktion im Zusammenhang mit dem Wellengang beiträgt. Der Bug der Aufwärtsverkleidung hat hier jedoch lediglich die Aufgabe, eine Tropfenform zu realisieren, wodurch der Widerstand reduziert wird.

25 Das Flüssigkeitsfilter aus dem Stand der Technik hat im mittleren Bereich des Siebs normalerweise einen undurchlässigen Bereich, der einen Strömungswiderstand verursacht. Im erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilter weist der Rotor hin zum erwähnten undurchlässigen Bereich eine tropfenförmige Rotorverkleidung sowie eine Abwärtsverkleidung im Bereich der Rotationsachse des Gehäuses als einen

30 tropfenförmigen Achter auf.

Der Bug, der halbzylindrische Rotorteil, die tropfenförmige Rotorverkleidung im undurchlässigen Bereich zusammen mit dem tropfenförmigen Achter bilden einen schlanken Körper, der für eine beachtliche strömungsmechanische Widerstandsreduzierung sorgt. Eine Formgebung ohne den Bug und / oder ohne den Achter ist auch machbar.

Damit der Rotor mit der Aufwärtsverkleidung nicht kollidiert, muss zwischen diesen zwei Teilen ein Abstand als ein Spalt vorgesehen werden, der einen Spaltverlust verursachen 5 kann. Der Spaltverlust wird mittels einer flexiblen Dichtlippe behoben oder reduziert, die als eine Bürstenreihe oder ein Kunststoffstreifen den Spalt überspannt. Sinnvollerweise ist die Dichtlippe an der Aufwärtsverkleidung und nicht am Rotor befestigt, damit sie sich in der Richtung der Strömung und nicht dagegen richtet.

Genau so existiert ein Funktionsspalt zwischen dem Rotor und dem Sieb, der mittels einer i o flexiblen Dichtlippe als eine Bürstenreihe oder ein Kunststoffstreifen überspannt wird.

Sinnvollerweise ist die Dichtlippe am Rotor und nicht am Sieb befestigt, damit sie sich in der Richtung der Strömung und nicht dagegen richtet.

In der Regel weist das Sieb eine Vielzahl von Stegen auf, die auf der Innenseite des Siebes in einem gewissen Abstand zu einander, passend zur Öffnung des Rotors angebracht sind,

15 wobei zwei aufeinander folgende Stege genau übereinstimmend sind mit der Öffnung des Rotors und somit eine relative Dichtigkeit zu der Umgebung im Filter erzielt wird. Man kann auch davon ausgehen, dass die Öffnung des Rotors übereinstimmend mit zwei aufeinander folgenden Stegen des Siebes konzipiert worden sind. Wenn man die Stege im Sieb berücksichtigt, dann sollten die Dichtlippen so am Rotor befestigt werden, dass die

2 o Dichtlippen zusammen mit den Stegen bündig sind.

Das Sieb kann eine 3 D-Form wie eine Kegel, eine Kalotte oder eine ebene 2D-Form wie eine Kreisscheibe haben. Es muss immer gewährleistet sein, dass die offene Durchflussfläche mindestens so groß ist wie der Querschnitt der Anschlussverrohrung. 25 Deswegen muss bei der Auswahl eines ebenen Siebes für eine Querschnitterweiterung des Gehäuses bei der Position des Siebes gesorgt werden.

Um die Länge der Verkleidung kurz zu halten, kann anstatt eines Kegelsiebes ein ebenes Sieb mit einem kugelförmigen Gehäuse gewählt werden.

30 Abschließend ist zu beachten, dass die beschriebenen, erfindungsmäßigen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise kann ein Gehäuse mit einer strömungsmechanischen Verkleidung sowie mit einem Sieb als Lochblechkonstruktion oder mit einem Sieb als Siebelementkonstruktion kombiniert werden. Weiterhin ist zu vermerken, dass die strömungsmechanischen Werte von der Reynolds- Zahl abhängig sind. Die Reynolds-Zahl ist wiederum abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und dem Durchmesser des Filters. Nachdem die Erfindung sich nicht nur für eine Strömungsgeschwindigkeit oder Geometrie festgelegt hat, können keine exakten strömungsmechanischen Werte angegeben werden.

Kurzbeschreibung der Abbildungen

Ausfuhrungsbeispiele der Reinigungsvorrichtung für Flüssigkeitsfilter werden anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Flüssigkeitsfilters aus dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Flüssigkeitsfilters mit Verbesserung der Strömungseigenschaften des Siebs,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Flüssigkeitsfilters mit Verbesserung der Strömungseigenschaften des Rotors.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

In einer Ausführungsform (Fig. 1) wird ein Flüssigkeitsfilter beschrieben, das mit der Ausnahme des Siebes 91 und der Dichtlippen 38 (hier nicht dargestellt) des Rotors 81 den Stand der Technik wiedergibt.

Ein Rotor 81, ein Reinigungsrotor, ist im Inneren des Siebs 91 rotierend angeordnet und wird mittels eines Antriebes 41 über eine Antriebwelle 42 angetrieben.

Das Sieb 91 ist in einem rotationssymmetrischen Gehäuse 71 eingebaut. Hier ist das Gehäuse 71 als ein Rohr ausgebildet, das alternativerweise auch eine andere rotationssymmetrische Form haben und beispielsweise kugelförmig sein kann. Da in diesem Beispiel die Achse des Rotors 81 senkrecht zur Antriebwelle 42 steht, wird die Antriebumlenkung mittels eines Getriebes 43 ermöglicht und gegebenenfalls damit die Antriebsdrehzahl herabgesetzt. Der Rotor 81 ist für die Absaugung von Feststoffen als eine Blechkonstruktion ausgeführt und weist fünf geschlossene Flächen auf. In Abhängigkeit von der Siebgeometrie sind die zwei Seitenflächen entweder trapezförmig oder rechteckig. Die Rechteckausführung ist für ein zylindrisches Sieb 91 geeignet. Die Trapezform ist passend für ein trichterförmiges Sieb 91. Wenn das Sieb 91 aus einer Kurvenrotation gebildet ist, dann hat die Trapezform eine Seite, die eine Kurve ist. Die Rotorhinterseite ist halbzylindrisch. Oben und unten, d.h., strömungsabwärts und strömungsaufwärts sind die Flächen in der Regel rechteckig. Die zum Sieb 91 gewandte Seite ist offen, wodurch die zu entfernenden Feststoffe in den inneren Bereich des Rotors 81 gelangen und beim Öffnen eines Ventils 55 über ein Abfiussrohr 56 ins Freie befördert werden.

Der Siebdeckel 92 im mittleren Bereich des Siebs 91 ist undurchlässig und verursacht auch einen Strömungswiderstand.

Das Sieb 91 weist eine Lochblechkonstruktion auf (Fig. 1). Obwohl die Löcher Z92S, die beispielsweise durchs Stanzen entstanden sind, entgratet werden, gibt es beachtliche Strömungswiderstände vor und nach jedem Loch.

In einer Ausführungsform der Löcher Z92 werden mit Hilfe von Abrundungen 92R Abhilfe geschaffen, um die Strömungswiderstände zu verringern. Die Formgebung des Loches Z92T kann durchs Tiefziehen des Bleches ermöglicht werden.

In einer weiteren Ausführungsform können ausgebördelte Löcher Z92B geschaffen werden, die Strömungswiderstände verringern aber in der Ausführung aufwendig sind. In einer weiteren und einfacheren Ausführungsform können von Abrundungsnieten Z92N Gebrauch gemacht werden, um Abrundungen 92R zu realisieren. Um einen Eindruck vom Strömungswiderstand der Löcher Z92 zu erhalten, der durch die Abrundungen 92R verringert wird, vergleichen wir ein entgratetes, flaches Loch Z92S mit einem abgerundeten Loch Z92R in einer turbulenten Strömung:

Ausflusszahl für flaches Loch Z92S ~ 0,5

Ausflusszahl für abgerundetes Loch Z92T - 1,0

Die Ausfiusszahl sagt über den Durchsatz aus. D.h., je größer die Ausfiusszahl ist, desto größer wird auch der Durchsatz sein. Umkehrschluss ist, je größer die Ausfiusszahl, desto geringer der Strömungswiderstand. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Spaltsieb 91 eine Vielzahl von Stützstäben 94, eine Vielzahl von Siebelementen 95, die günstige strömungsmechanische Querschnitte 97 beispielsweise Profile, Ellipsen, Kreise aufweisen (Fig. 2). Die Siebelemente 95 sind einzeln kreisförmig oder zusammenhängend spiralförmig ausgebildet und mit den Stützstäben 94 verschweißt, so dass sich somit ein Siebmantel bzw. das Sieb 91 bildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform mit Stützstäben 94 und Siebelementen 95 weisen die Siebelemente 95 individuell berechnete strömungsmechanische Ausrichtungen auf oder vereinfachend kann die strömungsmechanische Ausrichtung der Profile als ein Durchschnittswinkelwert für alle Siebelemente 95 ermittelt werden.

Als ein Kompromiss zwischen der einfachen strömungsmechanischen Ausrichtung der Siebelemente 95 und individuell berechneten strömungsmechanischen Ausrichtungen der Profile können die strömungsmechanischen Ausrichtungen der Profile abschnittsweise als ein Durchschnittswinkelwert für alle Siebelemente 95 des betroffenen Abschnitts ermittelt werden.

Wenn doch eine genaue Ausführung des Spaltsiebes 91 gewünscht ist, dann lässt sich das spiralförmige Siebelement, aus einem einzigen Element, Endlosdraht, einfacher herstellen. Die kontinuierliche Handhabe der Profilausrichtung lässt sich folgendermaßen realisieren: 1 Der optimale Strömungswinkel α an jedem Stützpunkt 94, wo sich der Stützstab 94 mit dem Endlosdraht 97P trifft, wird mit Bezugnahme zur Hauptachse des Siebes 91 rechnerisch z.B. über eines Strömungsprogramms, CFD, berechnet.

Der lokale Strömungswinkel α ist der Winkel zwischen dem Filterhauptachse und der Profilsehne 97PS. 2 Der lokale Neigungswinkel ß des Stützstabes 94 wird an jedem Stützpunkt mit Bezugnahme zur Hauptachse ermittelt. Dieser Winkel ist bei geraden Stützstäben 94 immer konstant. Der lokale Neigungswinkel ß bei kurvenförmigen Stützstäben 94 ist variabel.

3 Das Endlosdrahtprofil 97P wird an der lokalen Kontaktstelle zum Stützstab mit dem Kontaktwinkel (a + ß) nutförmig abgefräst.

Die Breite der Profilnut 97PN soll zur Breite des Stützstabes 94 passend sein. Die Fräsarbeit kann an der Fräsmaschine programmiert werden und für jeden Stützpunkt automatisch stattfinden. Zwecks eines exakt definierten Stützpunktes kann auch der Stützstab 94 an den Stützpunkt mit den jeweiligen Stützstabnuten 94N versehen werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Flüssigkeitsfilter (Fig. 3) strömungsmechanische Verkleidungen wie mindestens eine Aufwärtsverkleidung 21, mindestens eine Rotorverkleidung 25 und mindestens eine Abwärtsverkleidung 27 auf. Die drei Verkleidungen ergeben zusammen ein Strömungsprofil, das für eine beachtliche strömungsmechanische Widerstandsreduzierung sorgt (Fig. 3 Schnitt B-B). Wobei die Abwärtsverkleidung 27 mit einer abschließenden Hinterkante 27H sich im Totwasserbereich des Rotors befindet und fest im Gehäuse 71 eingebaut ist. Die Aufwärtsverkleidung 21 umfasst eine Vorderkante 21V, die ein Vorderteil eines Strömungsprofils oder ein Halbzylinder sein kann.

Vereinfachend kann die Zusammensetzung der Verkleidungen der Form eines spitzwinkligen Dreiecks mit einer halbzylindrischen Nase ähneln. Jede Einbaukomponente des Flüssigkeitsfilters 1, Rohrsende 53 und Rotor 81 sowie die Antriebswelle 42 weist ein höherer Widerstandkoeffizient als ein Strömungsprofil auf. Die hier verwendete Verkleidung weist strömungsmechanische Eigenschaften wie ein U-Boot auf.

Der Widerstandkoeffizient des Strömungsprofiles nimmt mit der Zunahme der Profillänge bei gleichbleibendem Nasendurchmesser zu. D.h., wenn der Abstand zwischen dem Rohrsende 53 und der Antriebswelle 42 zu groß wird, nimmt der Reibungswiderstand der Verkleidung zu. Deswegen sollte die Kombination Rohrsende 53, Rotor 81 sowie die Antriebswelle 42 mit einer knappen Gesamtlänge realisiert werden, damit der Widerstandkoeffizient der Verkleidung gering ausfällt. Ein realistischer Widerstandkoeffizient bei einer turbulenten Strömung kann die Zahl 0,1 sein.

Eine Verkleidung bestehend aus einer Halbkreisnase zusammen mit einem Dreiecksnachlauf hat einen höheren Widerstandkoeffizient von ca. 0,25.

Es werden hier drei weitere Ausführungsformen beschrieben, die jeweils für die Reduzierung des strömungsmechanischen Widerstands günstig sind.

In einer besonderen Ausführungsform weist die Aufwärtsverkleidung 21 im Bereich der Rotationsachse des Gehäuses 71 einen Bug 22 auf. Der Bug weist eine Tropfenform mit einer Halbkugel auf, die in einen Zylinder übergeht und anschließend Teil der Verkleidung wird.

Im mittleren Bereich des Siebs 91 gibt es normalerweise einen undurchlässigen Bereich, einen Siebdeckel 92, der einen Strömungswiderstand verursacht. In einer passenden Ausführungsform weist der Rotor 81 hin zum dem erwähnten Siebdeckel 92 eine tropfenförmige Rotorverkleidung 25 auf.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Abwärtsverkleidung 27 im Bereich der Rotationsachse des Gehäuses 71 einen tropfenförmigen Achter 28 auf.

Die letzten Ausführungsformen ergeben zusammen einen schlanken Körper, der für eine beachtliche strömungsmechanische Widerstandsreduzierung sorgt (Fig. 3 Schnitt C-C).

In einer anderen Ausführungsform wird der Spalt 37 zwischen dem Rotor 81 und der Aufwärtsverkleidung 21 bzw. dem Sieb 91 mittels einer flexiblen Dichtlippe 38, die als eine Bürstenreihe oder ein Kunststoffstreifen überspannt, die wahlweise am Rotor 81 oder an der Aufwärtsverkleidung 21 oder / und am Sieb 91 befestigt ist. Sinnvollerweise ist die Dichtlippe 38 zwischen der Aufwärtsverkleidung 21 und dem Rotor 81 an der Aufwärtsverkleidung 21 befestigt, damit sie sich in der Richtung der Strömung und nicht dagegen richtet. In der Regel weist das Sieb 91 Stege 35 auf, die auf der Innenseite des Siebes 91 in einem Abstand zu einander, passend zur Öffnung des Rotors 81 angebracht sind, wobei zwei aufeinander folgende Stege 35 genau übereinstimmend sind mit der Öffnung des Rotors 81 und somit eine relative Dichtigkeit zu der Umgebung im Filter erzielt wird.

5 Bevorzugter weise ist die oben erwähnte Dichtlippe 38 zwischen dem Rotor 81 dem Sieb 91 am Rotor 81 befestigt, damit sie sich in der Richtung der Strömung und nicht dagegen richtet.

Das Sieb kann eine 3 D-Form wie eine Kegel, eine Kalotte oder eine ebene 2D-Form wie i o eine Kreisscheibe haben. Es muss immer gewährleistet werden, dass die offene Durchflussfiäche mindestens so groß ist wie der Querschnitt der Anschlussverrohrung. Deswegen muss bei der Auswahl eines ebenen Siebes für eine Querschnitterweiterung des Gehäuses 71 bei der Position des Siebes gesorgt werden.

Um die Länge der Verkleidung kurz zu halten, kann anstatt eines Kegelsiebes ein ebenes 15 Sieb mit einem kugelförmigen Gehäuse gewählt werden.

Abschließend ist zu beachten, dass die beschriebenen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden können.

Beispielsweise kann ein Gehäuse 71 mit einer strömungsmechanischen Verkleidung sowie 20 mit einem Sieb 91 als Lochblechkonstruktion oder mit einem Sieb 91 als Siebelementkonstruktion kombiniert werden.

Weiterhin ist zu vermerken, dass die strömungsmechanischen Werte von der Reynolds- Zahl abhängig sind. Die Reynolds-Zahl ist wiederum abhängig von der 25 Strömungsgeschwindigkeit und der Geometrie des Filters. Nachdem die Erfindung sich nicht nur für eine Strömungsgeschwindigkeit oder Geometrie festgelegt hat, können keine exakten strömungsmechanischen Werte angegeben werden.

30 Bezugszeichenliste

1 Flüssigkeitsfilter

21 Aufwärtsverkleidung

21V Vorderkante

22 Bug

25 Rotorverkleidung

27 Abwärtsverkleidung

27H Hinterkante

28 Achter

28A Tropfenform

35 Steg

37 Spalt

38 Dichtlippe

41 Antrieb

42 Antriebswelle

43 Getriebe

51 Abflussrohr

52 Rohrbogen

53 Rohrsende

55 Ventil

56 Abfluss

71 Gehäuse

81 Rotor

90 Sieb, Lochblechsieb

91 Sieb, Spaltsieb

92 Siebdeckel

93 Blechmantel

94 Stützstab

94N Stützstabnut

95 Siebelement

97 Querschnitt des Siebelements

97P Querschnitt Profil

97PN Profilnut 97PS Profilsehne

97E Querschnitt Ellipse

97K Querschnitt Kreis

97R Querschnitt Rechteck

α Winkel Profilsehne und Filterhauptachse ß Winkel Stützstab und Filterhauptachse