TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung mit einer sich längs von zwei Haupterstreckungsnchtungen erstreckenden Filterschicht, die Filtermaterial umfasst, welches quer zu den beiden Haupterstreckungsnchtungen von einem Fluid durchströmbar ist, um Inhaltsstoffe aus dem Fluid herauszufiltern . I nsbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Filtereinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 .

STAND DER TECHNIK

Der Wirkungsgrad einer Filtereinrichtung hängt wesentlich davon ab, inwieweit die Filtereinrichtung bereits mit Inhaltsstoffen beladen ist, zu deren Herausfiltern sie vorgesehen ist und verwendet wird. Indirekt kann diese Beladung durch einen Druckabfall über der Filtereinrichtung erfasst werden, der sich bei der Durchströmung der Filtereinrichtung mit einem bestimmten Volumenstrom des Fluids oder bei einer bestimmten Leistung einer das Fluid durch die Filtereinrichtung fördernden Fördereinrichtung ausbildet. Je höher dieser Druckunterschied ist, desto stärker ist die Filtereinrichtung bereits mit den Inhaltsstoffen beladen. Eine weitere Möglichkeit der Erfassung der Beladung einer Filtereinrichtung mit herausgefilterten Inhaltsstoffen besteht darin, ihre Massenzunahme durch die Inhaltsstoffe zu bestimmen. Ein Wiegen der Filtereinrichtung zur Bestimmung ihrer aktuellen Masse bedeutet jedoch in der Regel eine längere Unterbrechung des Betriebs der Filtereinrichtung.

Wenn es nicht gelingt, die tatsächliche Beladung einer Filtereinrichtung mit den von ihr heraus- gefilterten Inhaltsstoffen zu bestimmen, muss die Filtereinrichtung bereits zu dem Zeitpunkt ausgetauscht oder regeneriert werden, zu dem eine Beladung, die ihre gewünschte Funktion infrage stellt, frühestens erreicht ist. Dies bedeutet jedoch, dass eine Vielzahl von Filtereinrichtungen ausgetauscht oder regeneriert wird, bei denen dies noch nicht notwendig wäre.

Aus Hinrich Römhild : Feuchte- und Fremdpartikelbestimmung mit Mikrowellenresonator- Sensoren, Pharma+Food, Februar 2013 ist es bekannt, Mikrowellenresonator-Sensoren für die Messung von Materialfeuchte, Gewicht, Dichte oder Fremdpartikeln einzusetzen . Die hohe Messgenauigke it d er Mikrowellenresonator-Sensoren ermögl icht einen gleich mäßigen Trockenvorgang der Materialien, wodurch Klumpenbildung in Pulvern und Granulaten vermieden werden kann. Mikrowellenresonatoren sind Strukturen mit einer hohen elektrischen Güte. In der Elektrotechnik bzw. Mikrowellentechnik beschreibt die Güte (Q) das Verhältnis der Energie einer Schwingung zu deren Verlust über der Zeit. Schwach gedämpfte Schwingungen werden demnach als Systeme mit hoher Güte bezeichnet. Durch die Einbringung von Fremdmaterial in das elektromagnetische Feld eines Mikrowellenresonators verschiebt sich dessen Resonanzfrequenz. Zudem erhöht sich die Dämpfung des Resonanzkreises des Mikrowellenresonators. Mithilfe der Resonanzfrequenz und der sogenannten 3-dB-Bandbreite kann die Güte Q des Resonanzsystems bestimmt werden. Die Änderung der Güte Q ist abhängig von den Eigenschaften des eingebrachten Fremdmaterials. In der Praxis kommen beide Parameter, d . h. Resonanzfrequenz und Dämpfung oder Güte, zur Bestimmung von zwei physikalischen Größen des zu messenden Fremdmaterials, wie Gewicht und Feuchtegehalt, zum Einsatz. Der Mikrowellenresonator kann als Durchflussresonator zum Messen von Flüssigkeiten, Pulvern, Granulaten oder Pellets ausgebildet sein. Alternativ handelt es sich um einen Resonatorkopf, der zum Einsatz kommen kann, wenn das zu messende Material aufgrund seiner Abmessungen oder auch bedingt durch die Gegebenheiten im Produktionsprozess nur von einer Seite zugänglich ist oder sich nicht durch den Mikrowellenresonator hindurchführen lässt. Als Beispiel hierfür wird die Feuchtemessung in der Papierproduktion genannt. Auch mit einem solchen bekannten Resonatorkopf könnte die Beladung einer Filterschicht einer Filtereinrichtung nur während einer Unterbrechung des Betriebs der Filtereinrichtung erfasst werden.

Aus der EP 2 251 679 B1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung einer Produkteigenschaft mittels einer Mikrowellen-Streufeldsensoranordnung bekannt. Bei der Eigenschaft kan n es sich u m die Feuchte, die Dichte u nd/oder Masse eines Produkts handeln . Die Mikrowellen-Streufeldsensoranordnung umfasst einen Mikrowellen-Streufeldresonator und einen außerhalb des Resonators angeordneten Produktraum. In dem Resonator erzeugte Mikrowellen treten durch eine Resonatoröffnung in den Produktraum aus, um mit dem in dem Produktraum befindlichen Produkt in Wechselwirkung zu treten. Eine Mikrowellenerzeugungseinrichtung ist zur Anregung mindestens zweier von dem Produkt beeinflusster Arbeitsmoden mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen in dem Resonator eingerichtet. Eine Auswerteeinrichtung ist zur Ermittlung der Produkteigenschaft in Abhängigkeit mindestens eines mit der Mikrowellendämpfung zusam- menhängenden Messwerts der beiden Arbeitsmoden eingerichtet. Dieser bekannte Mikrowellen- Streufeldsensor geht auch bereits aus der EP 1 437 588 B1 hervor.

Aus Reinhard Knöchel et al.: Stray field ring resonators and a novel trough guide resonator for precise microwave moisture and density measurements, Meas. Sei. Technol. 18 (2007) 1061 - 1068 ist ein Mikrowellenresonator bekannt, der auf einem Ring aus Aluminiumoxid aufbaut. Der Ring ist an seiner Oberfläche außer an einer Stirnfläche metallisiert, wodurch eine in dem Ring angeregte Mikrowelle über die Stirnfläche hinweg in die Umgebung streut. Hierdurch kann sie mit einem auf Feuchtigkeitsgehalt und Dichte zu testenden Material in Kontakt kommen. Verglichen wird dieser Streufeldresonator von Reinhard Knöchel et al. mit zwei früheren quasi-planaren Steufeldringresonatoren für Mikrowellenfeuchtigkeits- und -dichtemessungen. Indem der massive Ring aus Aluminiumoxid in eine Ringnut in einer Platte aus rostfreiem Stahl eingelötet ist, ergibt sich eine besonders hohe Festigkeit gegenüber Abrieb durch die in das Streufeld gelangende und zu messende Substanz.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung mit einer Filterschicht aufzu- zeigen, bei der die Beladung der Filterschicht mit aus einem Fluid herausgefilterten Inhaltsstoffen im Betrieb der Filtereinrichtung erfassbar ist und die dennoch einen einfachen Aufbau aufweist.

LÖSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Filtereinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung weist eine sich längs von zwei Haupterstreckungsnchtungen erstreckende Filterschicht auf. Die beiden Haupterstreckungsnchtungen können, aber müssen nicht zueinander orthogonale lineare Haupterstreckungsnchtungen sein. So kann sich die Filterschicht beispielsweise auch längs einer Achse und um diese Achse erstrecken, d. h. zylindermantelförmig sein.

Die Filterschicht der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung umfasst elektrisch nicht leitendes Filtermaterial. Dieses Filtermaterial ist quer zu den beiden Haupterstreckungsrichtungen von einem Fluid durchströmbar, um Inhaltsstoffe aus dem Fluid herauszufiltern. Bei dem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit handeln. Häufig wird das Fluid jedoch ein Gas sein. Dabei schließen die Begriffe Flüssigkeit und Gas auch solche Fluide ein, die hauptsächlich aus einer Flüssigkeit bzw. einem Gas bestehen, die aber auch nicht flüssige bzw. nicht gasförmige Inhaltsstoffe aufweisen können, d. h. zum Beispiel fest in flüssig-Suspensionen und fest und/oder flüssig in Gas-Suspensionen. Die mit der Filterschicht herauszufilternden Inhaltsstoffe können dann die suspendierten festen bzw. festen und/oder flüssigen Inhaltsstoffe der jeweiligen Suspension sein. Die Filterschicht kann aber auch dazu dienen, einen flüssigen Inhaltsstoff aus einer Flüssigkeit oder einen gasförmigen Inhaltsstoff aus einem Gas herauszufiltern. Dabei kann dieser Inhaltsstoff in der Flüssigkeit bzw. dem Gas gemischt sein, d. h. eine Phase mit der Flüssigkeit bzw. dem Gas ausbilden, und zum Beispiel durch chemische Reaktionen an das Filtermaterial gebunden und dadurch aus der Flüssigkeit bzw. dem Gas herausgefiltert werden.

Mit elektrisch leitfähigem, linienförmig längs einer von den Haupterstreckungsrichtungen aufgespannten Fläche verlaufendem Leitermaterial ist bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ein Mikrowellenresonator gebildet. Dabei begrenzt das Leitermaterial einen aus dem Filtermaterial bestehenden streifenförmigen Teil der Filterschicht zumindest breitseitig. Der streifenförmige Teil der Filterschicht erstreckt sich streifenförmig in der von den beiden Haupterstreckungsrichtungen aufgespannten Fläche, und er wird zumindest breitseitig von dem Leitermaterial begrenzt. Das von dem Leitermaterial bei der Ausbildung des Mikrowellenresonators zumindest breitseitig begrenzte Filtermaterial liegt damit in dem Mikrowellenresonator und bestimmt so dessen Eigenschaften. Mindestens ein elektromagnetischer Anschluss ist bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung vorhanden, um eine Mikrowelle in dem Mikrowellenresonator anzuregen und um die angeregte Mikrowelle in den Mikrowellenresonator zu erfassen. Auf die in dem Mikrowellenresonator angeregte Mikrowelle wirkt sich das in dem Mikrowellenresonator befindliche Filtermaterial und damit auch die mit dem Filtermaterial aus dem jeweiligen Fluid herausgefilterten Inhaltsstoffe aus. Diese Auswirkungen werden beim Erfassen der in dem Mikrowellenresonator angeregten Mikrowelle registriert. Damit sind Rückschlüsse auf die Beladung des Filtermaterials mit den ausgefilterten Inhaltsstoffen möglich.

Es versteht sich, dass auch das Fluid, aus dem die Inhaltsstoffe herausgefiltert werden, soweit es sich in dem Mikrowellenresonator befindet, die darin angeregte Mikrowelle beeinflusst. Diese Beeinflussung ist aber im Wesentlichen unabhängig von der sich mit der Beladung des Filtermaterials ändernden Beeinflussung durch die herausgefilterten Inhaltsstoffe.

Die Erfassung der Beladung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung mit herausgefilterten Inhaltsstoffen wird mit relativ geringem Aufwand ermöglicht, weil tatsächlich nur der Mikrowellenresonator mit dem Leitermaterial in der Filterschicht auszubilden ist und der mindestens eine elektromagnetische Anschluss an den Mikrowellenresonator bereitzustellen ist. Über den mindestens einen elektromagnetischen Anschluss kann der Mikrowellenresonator von außerhalb der Filterschicht und auch von außerhalb der Filtereinrichtung abgefragt werden, um die Beladung der Filterschicht mit herausgefilterten Inhaltsstoffen zu erfassen. Wie im Folgenden durch konkrete Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung dokumentiert werden wird, kann die Ausbildung des Mikrowellenresonators mit dem Leitermaterial auch praktisch sehr einfach gehalten werden.

Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist der gebildete Mikrowellenresonator nicht Teil eines Streufeldsensors. Vielmehr wird die Veränderung des Mikrowellenresonators durch die zusätzlich zu dem Filtermaterial zwischen das Leitermaterial in ihn eingebrachten herausgefilterten Inhaltsstoffe bzw. deren Auswirkungen auf die in ihm angeregten Mikrowellen erfasst. Wenn ein Regenerieren der Filterschicht bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung vorgesehen ist, kann auch dieses Regenerieren mithilfe von in dem Mikrowellenresonator angeregten und erfassten Mikrowellen überwacht werden. Ansonsten ist der Mikrowellenresonator bei einer als Einwegprodukt ausgebildeten Filterschicht oder gesamten Filtereinrichtung integraler Bestandteil dieses Einwegprodukts. Das linienförmig längs der Haupterstreckungsnchtungen verlaufende Leitermaterial kann den streifenförmigen Teil der Filterschicht bei der Ausbildung des Mikrowellenresonators ausschließlich breitseitig begrenzen. Dann kann zum Beispiel mit geradlinig verlaufenden Abschnitten des Leitermaterials ein Mikrowellenresonator im Leerlaufmodus ausgebildet werden. Eine breitseitige Begrenzung des streifenförmigen Bereichs kann auch unter Zwischenschaltung mindestens eines dritten linearen Abschnitts des Leitermaterials erfolgen, wie noch im Einzelnen dargelegt werden wird. Das linienförmig längs der Haupterstreckungsrichtung verlaufende Leitermaterial kann den streifenförmigen Teil der Filterschicht in den beiden Haupterstreckungsnchtungen aber auch allseitig begrenzen. Dies kann dadurch geschehen, dass zwei im Wesentlichen geradlinig verlaufende und den streifenförmigen Teil der Filterschicht breitseitig begrenzende Abschnitte des Leitermaterials an den Schmalseiten des streifenförmigen Teils miteinander verbunden sind, so dass ein Mikrowellenresonator im Kurzschlussmodus ausgebildet wird. Es können aber auch ein innerer und ein äußerer Ring aus dem Leitermaterial ausgebildet werden, zwischen denen sich der streifenförmige Teil der Filterschicht ebenfalls als Ring erstreckt. Dabei kann dieser Ring aus dem streifenförmigen Teil der Filterschicht durch Kurzschlüsse, d. h. lokale Verbindungen des inneren und des äußeren Rings aus dem Leitermaterial, unterbrochen sein.

Alternativ oder zusätzlich kann der streifenförmige Teil der Filterschicht in der von den beiden Haupterstreckungsnchtungen aufgespannten Fläche mindestens eines der folgenden Merkmale aufweisen. Der streifenförmige Teil der Filterschicht weist eine konstante Breite auf. Der streifen- förmige Teil der Filterschicht weist eine konstante Zusammensetzung und/oder Dicke des Filtermaterials auf. Der streifenförmige Teil der Filterschicht ist in Bezug auf seine Längserstreckung knickfrei. Der streifenförmige Teil der Filterschicht weist bezüglich seiner Längserstreckung einen kreisbogenabschnittformigen Verlauf oder zumindest Teilverlauf auf. Der streifenförmige Teil der Filterschicht weist einen mäanderförmigen Verlauf auf. Der streifenförmige Teil der Filterschicht weist einen vollkreisbogenformigen Verlauf auf. Der streifenförmige Teil der Filterschicht weist eine rotations- und/oder punkt- und/oder spiegelsymmetrische Form auf. Durch die Formgestaltung des streifenförmigen Teils der Filterschicht wird der Bereich der Filterschicht festgelegt, der in dem Mikrowellenresonator angeordnet ist und damit der Teil der Filterschicht ist, dessen Beladung mit herausgefiltertem Material sich auf die in dem Mikrowellenresonator angeregte Mikrowelle auswirkt. Entsprechend werden vorzugsweise solche Teile der Filterschicht in dem Mikrowellenresonator angeordnet, deren Beladung repräsentativ für die Beladung der gesamten Filterschicht mit herausgefilterten Inhaltsstoffen ist. Auch wenn die obigen Merkmale des streifenförmigen Teils der Filterschicht, der in den Mikrowellenresonator angeordnet wird, vorzugsweise auf die Vermeidung von Impedanzvariationen und insbesondere Impedanzsprüngen in dem Mikrowellenresonator abzielen, sind solche Variationen bzw. Sprünge nicht grundsätzlich ausgeschlossen. Der Mikrowellenresonator der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung kann insbesondere so ausgebildet werden, dass er bei einer Anregung über den elektromagnetischen Anschluss mit einer Frequenz in einem Frequenzbereich von 100 MHz bis 1 0 GHz eine Güte in einem Gütebereich von 50 bis 500 aufweist. Hiermit wird auf die Güte des Mikrowellenresonators bei unbeladener Filterschicht abgestellt. Für eine bestimmte Frequenz ist die Güte (Q) das Verhältnis der Energie der Mikrowelle zu deren Verlust über der Zeit nach einer Periode. Der Mikrowellenresonator hat eine Resonanzfrequenz, die auch als Grundfrequenz bezeichnet wird, und zugehörige Oberfrequenzen von Oberwellen.

An dieser Stelle ist anzumerken, dass die Bezeichnung Mikrowellenresonator für den Bestandteil der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung nicht bedeuten soll, dass die Grundfrequenz des Mikrowellenresonators eine enge Definition von beispielsweise 1 GHz bis 300 GHz erfüllen muss. Vielmehr kann die Grundfrequenz in einen Bereich bis hinab zu 100 MHz fallen. Umgekehrt liegt die Obergrenze der Grundfrequenz in der Regel bereits bei 10 GHz. Dies entspricht bei der Lichtgeschwindigkeit c einem Wellenlängenbereich von etwa 3 m bis hinab zu etwa 0,03 m.

Der Mikrowellenresonator kann mit der Grundfrequenz oder einer Oberfrequenz angeregt werden, In der Regel wird er mit der Grundfrequenz betrieben. Die angegebene Güte hat der Mikrowellenresonator bei der Frequenz, d. h . Grundfrequenz oder Oberfrequenz, bei der er betrieben wird. Mit zunehmender Beladung der Filterschicht mit von ihr herausgefilterten Inhaltsstoffen ändert sich die Güte des Mikrowellenresonators, wobei die Güte jeweils bei der aktuellen Grundfrequenz oder Oberfrequenz bestimmt wird, die sich ebenfalls mit der Beladung ändern wird. Mit zunehmender Beladung der Filterschicht mit von ihr herausgefilterten Inhaltsstoffen nimmt die Güte des Mikrowellenresonators typischerweise ab. Dies gilt offensichtlich dann, wenn diese Inhaltsstoffe aufgrund ihrer elektrischen und/oder dielektrischen Eigenschaften die Mikrowelle stärker dämpfen als das Filtermaterial. Eine besonders starke Dämpfung ergibt sich, wenn die herausgefilterten Inhaltsstoffe eine relevante elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Praktisch kann der streifenförmige Bereich der Filterschicht in der von den beiden Haupter- streckungsrichtungen aufgespannten Fläche eine Breite in einem Breitenbereich von 500 μηη bis 5 mm und/oder eine Länge in einem Längenbereich von 5 cm bis 50 cm aufweisen.

Das Leitermaterial kann konkret Mono- oder Multifilamente aufweisen, die als solche elektrisch leitfähig und/oder metallisch beschichtet sind, um ihnen eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen. Dabei können die Filamente Fasern oder dünne Drähte sein, die bei Multifilamenten mit anderen Filamenten zu Fäden gesponnen oder zu Litzen geformt sind.

Das Leitermaterial kann insbesondere ein elektrisch leitfähiges Nahtmaterial umfassen, dass durch das Filtermaterial genäht oder gestickt ist. Das Leitermaterial kann dabei auch teilweise in Richtung quer zu der von den beiden Haupterstreckungsrichtungen aufgespannten Fläche verlaufen und/oder sich teilweise längs der Oberflächen des Filtermaterials erstrecken.

Das Leitermaterial kann auch durch andere additive Verfahren dem Filtermaterial der Filterschicht hinzugefügt werden, beispielsweise durch Drucken, Spritzen oder andere Material lokal ablegende Techniken. Das Leitermaterial kann daher auch mithilfe einer Trägersubstanz, die das Filtermaterial imprägniert, in die Filterschicht eingebracht werden, so dass das Leitermaterial die Filterschicht lokal, d. h. breitseitig längs des streifenförmigen Teils der Filterschicht elektrisch leitfähig beschichtet.

Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung kann selbst eine an den mindestens einen elektromagnetischen Anschluss angeschlossene oder anschließbare Abfragevorrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Mikrowelle in den Mikrowellenresonator anzuregen und die angeregte Mikrowelle in den Mikrowellenresonator zu erfassen. Eine solche Abfragevorrichtung kann aber auch als separate Einheit vorgesehen sein, die von extern an die Filtereinrichtung anschließbar ist, um durch Anregen und Erfassen der Mikrowelle in dem Mikrowellenresonator die Beladung der Filterschicht der Filtereinrichtung mit herausgefilterten Inhaltsstoffen zu messen. In jedem Fall kann die Abfragevorrichtung dazu ausgebildet sein, die Mikrowelle in dem Mikrowellenresonator mit verschiedenen Frequenzen anzuregen. Ziel der durch die Abfragevorrichtung durchgeführten Abfrage des Mikrowellenresonators ist es, mindestens einen charakteristischen Parameter des Mikrowellenresonators zu erfassen. Wenn dieser charakteristische Parameter des Mikrowellenresonators direkt mit der Beladung der Filterschicht korreliert ist, kann die Abfragevorrichtung ein Signal ausgeben, wenn der mindestens eine charakteristische Parameter des Mikrowellenresonators von einer Vorgabe abweicht, um beispielsweise darauf hinzuweisen, dass ein Austauschen oder Regenieren zumindest der Filterschicht der Filtereinrichtung angezeigt ist. Die Vorgabe kann insbesondere darin bestehen, dass der erfasste charakteristische Parameter in einen Wertebereich fällt, wobei ein Unterschreiten eines unteren oder Überschreiten eines oberen Grenzwerts des Wertebereichs auf ein Überschreiten einer bestimmten Grenzbeladung der Filterschicht hinweist.

Insbesondere kann die Abfragevorrichtung dazu ausgebildet sein, eine Dämpfung und/oder Phase der Mikrowelle in dem Mikrowellenresonator zu messen. Hieraus kann dann auf die herausgefilterten Inhaltsstoffe beeinflusste Resonanzfrequenz und Güte des Mikrowellenresonators geschlossen werden.

In einer Ausführungsform bildet die Abfragevorrichtung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung eine den Mikrowellenresonator umfassenden Mikrowellenschwingkreis aus. Mit der Beladung des Filtermaterials in dem Mikrowellenresonator wird dieser Schwingkreis verstimmt, was von der Abfragevorrichtung erfasst wird.

Der mindestens eine elektromagnetische Anschluss kann induktiv und/oder kapazitiv an den Mikrowellenresonator gekoppelt sein. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist der mindestens eine elektromagnetische Anschluss dabei nach Art eines Spartransformators an das Leitermaterial des Mikrowellenresonators angeschlossen. Dies bedeutet, dass ein die Mikrowelle in den Mikrowellenresonator anregender elektrische Strom durch einen Abschnitt des Leitermaterials an einer Breitseite des streifenförmigen Teils des Filtermaterials fließt.

Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung können mit dem Leitermaterial mehrere Mikrowellenresonatoren in der Filterschicht ausgebildet sein. Diese mehreren Mikrowellenresonatoren können in mehreren gleichartigen oder auch in ungleichartigen Bereichen der Filterschicht ausgebildet sein, um entweder Kontrollmessungen der Beladung der Filterschicht mit ausgefilterten Inhaltsstoffen oder eine Verteilung der Beladung der Filterschicht mit ausgefilterten Filterstoffen zu messen. Die mehreren Mikrowellenresonatoren können sowohl an verschiedenen Positionen in der Fläche als auch in der Tiefe der Filterschicht der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung angeordnet sein. Insbesondere mit in verschiedenen Tiefen der Filterschicht angeordneten Mikrowellenresonatoren kann auch auf eine Eindringtiefe und damit auch auf eine Größenverteilung der herausgefilterten Inhaltsstoffe rückgeschlossen werden.

Zum einzelnen Messen von charakteristischen Parametern der einzelnen Mikrowellenresonatoren können die mehreren Mikrowellenresonatoren jeweils einen eigenen elektromagne- tischen Anschluss aufweisen, um eine Mikrowelle in den Mikrowellenresonator anzuregen und/oder um die angeregte Mikrowelle in den Mikrowellenresonator zu erfassen. Grundsätzlich können aber auch mehrere Mikrowellenresonatoren der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung zwischen zwei gemeinsamen elektromagnetischen Anschlüssen in Reihe oder parallelgeschaltet sein und über die gemeinsamen Anschlüsse abgefragt werden. Neben mehreren Messungen der Beladung der Filterschicht mit mehreren Mikrowellenresonatoren an mehreren Positionen der Filterschicht können auch mehrere zeitlich aufeinander folgenden Messungen der Beladung mit einem Mikrowellenresonator Informationen über die Beladung der Filterschicht mit herausgefilterten Inhaltsstoffen ergeben. Beispielsweise können sich bestimmte Inhaltsstoffe wieder aus der Filterschicht entfernen, indem sie sich beispielsweise wieder in dem durch die Filterschicht strömenden Fluid lösen, sobald das Fluid eine geringere Konzentration an dem jeweiligen Inhaltsstoff aufweist oder sich die Löslichkeit für den jeweiligen I nhaltsstoff durch andere Umstände, wie beispielsweise die Zusammensetzung oder die Temperatur des Fluids ändert.

Die Filterschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst kann höchst unterschiedlich ausge- bildet sein. So kann das Filtermaterial beispielsweise eine poröse Keramik und/oder ein Granulat und/oder Gewebe und/oder ein Vlies sein. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Ausführungsform des Filtermaterials beschränkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnun- gen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rück- beziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einer Filterschicht die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Filterschicht, zwei Filterschichten oder mehr Filterschichten vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Um- fangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung gemäß Fig. 1 in Bezug auf die Ausbildung eines ihrer elektromagnetischen Anschlüsse. Fig. 3 illustriert eine Modifikation der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung gemäß Fig. 1 in Bezug auf die Ausbildung ihres Mikrowellenresonators.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Filtereinrichtung gemäß Fig. 1 in Bezug auf die Ausbildung ihres Mikrowellenresonators, der hier einen Kurzschlussmodus aufweist.

Fig. 5 zeigt eine Modifikation des Mikrowellenresonators gemäß Fig.4, ebenfalls mit

Kurzschlussmodus.

Fig. 6 zeigt einen Mikrowellenresonator für die erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit

Leerlaufmodus.

Fig. 7 skizziert einen Mikrowellenresonator für eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit einem Zwischenleiter.

Fig. 8 skizziert einen Mikrowellenresonator für eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit zwei Zwischenleitern.

Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit mehreren in ihrer Filterschicht nebeneinander angeordneten Mikrowellenresonatoren gemäß Fig. 1 und

Fig. 10 zeigt eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit mehreren übereinander in ihrer

Filterschicht angeordneten Mikrowellenresonatoren gemäß Fig. 1 .

FIGURENBESCHREIBUNG

Die in Fig. 1 perspektivisch dargestellte Filtereinrichtung 1 weist eine Filterschicht 2 auf, die sich längs zweier Haupterstreckungsnchtungen erstreckt, bei denen es sich hier um die x-Richtung und die y-Richtung des eingezeichneten kartesischen Koordinatensystems handelt. Die Filterschicht 2 besteht aus elektrisch nicht leitendem Filtermaterial 3, beispielsweise einer Filtermatte, die auf einemhier nicht dargestellten, ebenfalls nicht elektrisch leitfähigen Stützgitter angeordnet sein kann . Das Filtermaterial 3 ist in z-Richtung von einem Fluid durchströmbar und dazu ausgebildet, bestimmte Inhaltsstoffe aus dem Fluid herauszufiltern. Diese Inhaltsstoffe lagern sich in der Filterschicht ab und stellen eine Beladung der Filterschicht 2 dar. Mit zunehmender Beladung der Filterschicht 2 nimmt der Wirkungsgrad der Filtereinrichtung 1 ab. Um die Beladung der Filterschicht 2 zu erfassen, ist mit elektrisch leitfähigem Material 4, das linienförmig längs einer von den Haupterstreckungsnchtungen der Filterschicht 2 aufgespannten Fläche, d. h. hier der x-y-Ebene verläuft, ein Mikrowellenresonator 5 ausgebildet. Gemäß Fig. 1 verläuft das Leitermaterial in Form von zwei konzentrischen Kreisen 6 und 7. Das Leitermaterial 4 begrenzt dabei einen aus dem Filtermaterial 3 bestehenden streifenförmigen Teil 8 der Filterschicht 2 in der x-y-Ebene allseitig. Das heißt, der Mikrowellenresonator 5 ist in der x-y-Ebene ausgebildet, wobei der streifenförmige Teil 8 der Filterschicht 2 zwischen den Ringen 6 und 7 aus dem Leitermaterial 4 unmittelbar in dem Mikrowellenresonator 5 angeordnet ist. Der Mikrowellenresonator 5 weist einen ersten elektromagnetischen Anschluss 9 zum Anregen einer Mikrowelle in dem Mikrowellenresonator 5 auf. Ein zweiter elektromagnetischer Anschluss 10 ist dazu vorgesehen, die in dem Mikrowellenresonator 5 angeregte Mikrowelle zu erfassen, um insbesondere eine Dämpfung und/oder Phase der Mikrowelle über eine Anregung von Mikrowellen unter- schiedlicher Frequenzen hinweg zu erfassen. Hieraus lassen sich eine Resonanzfrequenz und die Güte des Mikrowellenresonators bei dieser Resonanzfrequenz bestimmen. Alle hier genannten charakteristischen Parameter des Mikrowellenresonators 5 variieren mit einer Beladung des Filtermaterials 3 der Filterschicht 2, insbesondere in derem streifenförmigen Teil 8. Entsprechend lassen sich diese Parameter hinsichtlich der Beladung der Filterschicht 2 auswerten, um die Beladung qualitativ oder auch quantitativ zu bestimmen.

Während in Fig. 1 eine eher induktive Ankopplung der elektromagnetischen Anschlüsse 9 und 10 angedeutet ist, illustriert Fig. 2 einen Anschluss 9 nach Art eines Spartransformators, wobei sich eine elektrisch leitende, konduktive Verbindung zwischen einem Außenleiter 1 1 und einem Innenleiter 12 eines Koaxialkabels 13 über einen Teil des äußeren Rings 6 aus dem Leitermaterial 4 des Mikrowellenresonators 5 hinweg erstreckt.

Fig. 3 illustriert, dass der Mikrowellenresonator 5 gemäß Fig. 1 nicht kreisrund sein muss, sondern auch eine von einem Kreis abweichende Form aufweisen kann. Hier mäandert der streifenförmige Teil 8 der Filterschicht 2 in der x-y-Ebene, wobei der Mikrowellenresonator 5 insgesamt spiegel-, punkt- und drehsymmetrisch ausgebildet ist. Fig. 4 skizziert einen Mikrowellenresonator 5 der allseitig in der x-y-Ebene von dem Leitermaterial 4 begrenzt ist, wobei sich der streifenförmige Teil 8 der Filterschicht 2, der von dem Leitermaterial 4 begrenzt ist, hier im Wesentlichen geradlinig in x-Richtung erstreckt. Entsprechend ist der streifenförmige Teil 8 der Filterschicht 2 hier kein endloser Ring wie in Fig. 1 und 2 oder auch keine endlose Schleife wie in Fig. 3. Der Mikrowellenresonator 5 gemäß Fig. 4 ist ein solcher im Kurzschlussmodus mit Kurzschlüssen 14 an seinen beiden Enden in x-Richtung. Der Mikrowellenresonator 5 gemäß Fig. 5 weist gegenüber demjenigen gemäß Fig. 4 noch einen zusätzlichen Kurzschluss 15 in der Mitte seiner Erstreckung in x-Richtung auf. Auch die grundsätzlich endlos ring- bzw. schlaufenförmigen Mikrowellenresonatoren 5 gemäß den Fig. 1 bis 3 könnten durch einen oder mehrere solcher Kurzschlüsse 15 unterbrochen sein.

Der Mikrowellenresonator 5 gemäß Fig. 6 weist hingegen offene Enden in x-Richtung auf. Er befindet sich daher im Leerlaufmodus. Ansonsten entspricht er von seinem Aufbau Fig. 4. Zwischen den offenen Enden könnte aber ein Kurzschluss 15 gemäß Fig. 5 angeordnet sein.

Der Mikrowellenresonator 5 gemäß Fig. 7 erstreckt sich wieder primär in x-Richtung. Er weist hier aus dem Leitermaterial 4 einen Zwischenleiter 16 auf, der sich jeweils über einen Teil seiner Erstreckung mit einem von zwei äußeren Leitern 17 und 18 überlappt und dabei jeweils einen streifenförmigen Teil 8 der Filterschicht 2 zumindest breitseitig, d. h. in y-Richtung begrenzt. Die beiden Teile 8 machen hier jeweils λ/4 und damit zusammen λ/2 der Wellenlänge der Mikrowelle aus, auf die der Mikrowellenresonator 5 mit seiner Resonanzfrequenz abgestimmt ist.

Allgemeiner gilt, dass an einem offenen Ende des Mikrowellenresonators 5, also auch bei jedem Mikrowellenresonator 5 im Leerlaufmodus, immer ein Bauch und an einem durch einen Kurz- schluss 14 geschlossenen Ende des Mikrowellenresonators 5, also auch bei jedem Mikrowellenresonator 5 im Kurzschlussmodus, immer ein Knoten der mit der Grundfrequenz oder der Oberfrequenz angeregten Mikrowelle vorliegt. Ein Knoten liegt auch an jedem Kurzschluss 15 vor, der den Mikrowellenresonators 5 gemäß Fig. 5 unterteilt.

Bei dem Mikrowellenresonator 5 gemäß Fig. 8 sind zwei Zwischenleiter 16 zwischen den beiden Außenleitern 18 vorgesehen. Dadurch ist noch ein weiterer streifenförmiger Teil 8 der Filterschicht 2 durch das Leitermaterial 4 breitseitig begrenzt. Bei beiden Ausführungsformen des Resonators gemäß den Fig. 7 und 8 sind die einzelnen Leiter 16 bis 18 gemischt, d. h. sowohl kapazitiv als auch induktiv gekoppelt und der Mikrowellenresonator 5 befindet sich im Leerlaufmodus. Fig. 9 illustriert, dass bei der Filtereinrichtung 1 mehrere Mikrowellenresonatoren 5 in der x-y- Ebene der Filterschicht 2 nebeneinander angeordnet sein können, um die Beladung des Filtermaterials 3 zu erfassen. Weiterhin zeigt Fig. 9 eine Abfragevorrichtung 19, die über deren elektromagnetische Anschlüsse 9 und 10 an die Mikrowellenresonatoren 5 angeschlossen ist, um diese bezüglich ihrer charakteristischen Parameter und damit bezüglich der Beladung des Filtermaterials 3 in ihrem streifenförmigen Teil 8 der Filterschicht 2 abzufragen. Hierzu wird über den elektromagnetischen Anschluss 9 eine Mikrowelle in dem jeweiligen Mikrowellenresonator 5 angeregt und die angeregte Mikrowelle wird dann über den elektromagnetischen Anschluss 10 erfasst.

Fig. 10 illustriert demgegenüber, wie mehrere Mikrowellenresonator 5 übereinander in der Filterschicht 2 der Filtereinrichtung 1 angeordnet sind, um die Beladung des Filtermaterials 3 in unterschiedlicher Tiefe, d. h. hier unterschiedlichen Positionen in z-Richtung zu erfassen. Das Filtermaterial 3 kann bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht nur aus einem mattenformigen Gewebe oder Vliesstoff sondern auch aus jedem anderen elektrisch nicht leitfähigen porösen Material, einschl. porösen Keramiken oder anderen starren oder flexiblen Filtermaterialien bestehen.

BEZUGSZEICHENLISTE Filtereinrichtung

Filterschicht

Filtermaterial

Leitermaterial

Mikrowellenresonator

Außenring

Innenring

streifenförmiger Teil der Filterschicht 2

elektromagnetischer Anschluss

elektromagnetischer Anschluss

Außenleiter

Innenleiter

Koaxialkabel

Kurzschluss

Kurzschluss

Zwischenleiter

Außenleiter

Außenleiter

Abfragevorrichtung