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Filterpresse Die älteste und einfachste Einrichtung zur Filtrierung
von Flüssigkeiten besteht aus einem trichterförmigen Gefäß, in das das Filterpapier
oder -tuch von Hand eingelegt wird. Bestimmend für die Reinheit der Filtrierung
ist hierbei die Größe und Beschaffenheit der Poren des Filterpapiers oder -tuchs,
für die Durchsatzgeschwindigkeit und damit die Wirtschaftlichkeit dagegen die Größe
des statischen Drucks der im Trichter enthaltenen Flüssigkeitssäule.
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Bei der Weiterentwicklung dieser Einrichtung im Zuge der Technisierung
waren natürlich diese beiden Bestimmungsgrößen von ausschlaggebender Bedeutung.
Die Entwicklung führte zu einer Vielzahl von Filtermaterialien in Form von Geweben
aus Leinen und Kunstfasern sowie aus Stahl und Nichteisenmetallen, ferner in Form
feinkörnigen Filtermaterials in loser oder gebundener Form u. a. m. Beschränkt man
sich auf die zweite Bestimmungsgröße, das ist die Kraft, die auf die in der Pore
enthaltene Flüssigkeit einwirkt, dann kann man in bezug auf die Weiterentwicklung
der eingangs beschriebenen Einrichtung drei Gruppen unterscheiden.
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Zur ersten Gruppe gehören die sogenannten Filterpressen, bei denen,
wie schon der Name erkennen läßt, an Stelle des relativ kleinen Drucks der Flüssigkeitssäule,
der obendrein mit fortschreitender Entleerung des Gefäßes stetig abnimmt, ein großer,
mehr oder weniger stark ansteigender Preßdruck verwendet wird. Vom wirtschaftlichen
Standpunkt aus gesehen haben die bekannten Filterpressen den Nachteil, daß der Filterrückstand,
der sogenannte Kuchen, aus der Presse herausgenommen werden muß, d.h. daß die Presse
diskontinuierlich arbeitet.
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Zur zweiten Gruppe gehören die sogenannten Saugzellenfilter, bei
denen, wie ebenfalls der Name erkennen läßt, an Stelle des statischen Drucks mit
Sog gearbeitet wird, indem die in den Poren des Filters enthaltene Flüssigkeit herausgesaugt
wird. Diese Einrichtungen besitzen gegenüber denen der ersten Gruppe den Vorteil,
daß sie kontinuierlich arbeiten, dafür aber den Nachteil, daß die Kraft konstant
bleibt.
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Zur dritten Gruppe schließlich, deren Entwicklung noch in den Anfängen
steht, gehören die Saugzellenfilter, bei denen eine rotierende Trommel gleichzeitig
einer Rüttelschwingung unterworfen wird, so daß also die statische Saugkraft mit
einer dynamischen Kraft, bedingt durch die Wechselbeschleunigung des von der Schwingung
erfaßten Stoffes, kombiniert wird. Von dieser Kombination wird aber nur der sich
als Kuchen niederschlagende Filterrückstand berührt, derart, daß er ständig aufgelockert
wird und mithin das noch in ihm enthaltene Wasser leichter und schneller abgibt.
Unberührt dagegen bleiben die Poren des Filtertuchs, weil die Trommel als starres
Ganzes
vibriert. Die Poren des Filtertuchs erfahren somit nur eine periodische Lagenänderung
im Raum, nicht dagegen eine periodische Gestaltungsänderung, die insbesonders für
Flüssigkeiten kolloidaler Natur erwünscht wäre. Angenommen, es handle sich um die
Reinigung des Waschwassers in der Kohlenwäsche oder um die Reinigung des Schlammwassers
einer Schlamm-Eindickanlage in einer Kläranlage, dann kann durch die Auflockerung
des Filterkuchens die Verschleimung der Poren bestenfalls zeitlich etwas hintangehalten
werden. Dagegen kann von einer Unterbindung dieser Verstopfung auch dann keine Rede
sein, wenn der anschließende Waschprozeß intensiviert wird.
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Diese Lücke in der modernen Filtertechnik wird durch die vorliegende
Erfindung geschlossen, die gewissermaßen die Vorteile aller drei Gruppen in sich
vereinigt, nämlich in bezug auf die erste Gruppe den großen, ansteigenden Druck,
in bezug auf die zweite Gruppe den kontinuierlichen Betrieb und in bezug auf die
dritte Gruppe die zusätzliche Verwendung des Filterrückstandes als Filtermaterial,
verbunden gleichzeitig mit einer Selbstreinigung der Poren des Filtertuchs.
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Ausgehend von einer Filterpresse, die in bekannter Weise aus einem
mit Filterflächen versehenen Gefäß, einem darin axial hin- und herbeweglich angeordneten,
doppelseitig arbeitenden Preßkolben und einer das Filtergut abwechselnd der einen
und anderen Gefäßhälfte zuführenden Zulaufeinrichtung besteht, zeichnet sich die
Erfindung im wesentlichen dadurch aus, daß die Filterflächen elastisch ausgebildet,
in an sich bekannter Weise mit einem Schwingungserreger verbunden sowie mit eine
Sammelkammer für die Filterrückstände ergebendem Abstand hinter den mit Perforationen
versehenen, am Umfang des beweglichen Preßkolbens anliegenden Wandungen des Gefäßes
angeordnet sind, daß ferner die Zufuhr des Filtergutes über an den Enden des Gefäßes
einmündende, mit je
einem RückschlagventiEversehene Rohrstutzen
erfolgt und daß an beiden Enden des Gefäßes je ein den Preßraum abschließender Außenkolben
axial beweglich angeordnet ist, der unter dem Einfluß einer Feder in einer inneren
Ruhestellung gehalten wird, und mittels des Preßkolbens im letzten Teil seiner Bewegungsstrecke
entgegen dem Einfluß der Feder nach außen hin verschiebbar ist, wobei der Außenkolben
in der Gefäßwandung vorgesehene Öffnungen zum Auswerfen des Filterrückstandes freigibt.
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Wie oben schon erwähnt, ist es bei Filtern an sich bekannt, die Filterkörper
mit einem Schwingungserreger zu verbinden. Hierbei handelt es sich aber um aus porösen
Körpern oder Massen bestehende Filterkörper, durch deren Schwingungen die zu filtrierende
Flüssigkeit während ihres Durchlaufes durch die Filterkörper der Einwirkung von
Schallwellen, insbesondere Ultraschall, ausgesetzt werden soll, um auf diese Weise
die Durchlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu erhöhen. Im Gegensatz dazu handelt
es sich aber beim Gegenstand vorliegender Erfindung insoweit darum, durch die in
Schwingbewegungen versetzten, elastischen Filterwände einerseits die vor letzteren
liegenden, eine zusätzliche Filterwirkung ergebenden Filterrückstände aufzulockern
und zum anderen die Filterporen durch elastische Verformung der Filterfläche offenzuhalten.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt ist.
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Fig. 1 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch die Filterpresse;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht derselben, und Fig. 3 stellt in gegenüber Fig. 1 und
2 vergrößertem Maßstab einen horizontalen Längsschnitt durch einen Teil der Filterpresse
dar.
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Gemäß Fig. 1 und 2 fließt das zu filtrierende Gut durch ein Zuflußrohr
1 und die Rohrstufen 2 und 3 in ein Gefäß 6 von viereckigem Querschnitt, wobei das
Gut selbsttätige Rückschlagventile 4 durchläuft, deren Feder 5 so eingestellt ist,
daß sich das Ventil selbsttätig öffnet oder schließt, je nachdem der Druck im Gefäß
6 größer oder kleiner als im Rohr 1 ist. In Fig. 1 ist angenommen, daß sich ein
im Gefäß 6 vorhandener Preßkolben 7 nach links bewegt und daß mithin das linke Ventil
4 geschlossen, das rechte Ventil 4 dagegen geöffnet ist. Um auf der Saugseite des
Kolbens 7 (rechts in Fig. 1) der im Gefäß enthaltenen Luft die Möglichkeit zu geben,
aus dem Gefäß zu entweichen, ist gemäß Fig. 1 und 2 in der Mitte des Gefäßes 6 ein
Rohr 8 angeschlossen, dessen Höhe zweckmäßig größer als die Höhe der zufließenden
Flüssigkeitssäule gewählt wird, sofern das Rohr 8 kein Ventil erhalten soll.
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Der Kolben 7 ist an einer Mutter 9 befestigt, die durch eine Leitspindel
10 fortbewegt wird, welche in den beiden Gefäßdeckeln 11 und 12 ortsfest oder drehbar
gelagert ist. Auf der Außenseite besitzt der Lagerdeckel 11 eine Lagerschale 13,
die nach außen durch einen Deckel 14 verschlossen ist. Auf der Antriebeseite der
Leitspindel 10 dagegen ist eine am Deckel 12 angeordnete Lagerschale 15 in bekannter
Weise mit Stopfbüchse 16, nebst dazugehöriger Mutter 17 und Kontermutter-18 ausgerüstet,
um das Gefäßinnere abzuschlieBen. Daß die beiden Deckel 11 und 12, wie aus Fig.
3-hervorgeht, mit Dichtungen 19 versehen sind, bedarf keiner besonderen Erklärung.
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Gemäß Fig. 1 und 3 ist der Kolben 7 gegen die rier Seitenwände mitteh
iesonderer Stäbe 20 aus
Stahl, Nichteisenmetall oder Kunststoff abgedichtet, wobei
die Abdichtungsleisten 20 mit Hilfe untergelegter Federn 21 in Form gewellter Bänder
nach außen gedrückt werden. Die beiden Preßflächen des Kolbens 7 sind gemäß Fig.
1 und 3 mit einer vertikal stehenden Druckleiste 22 versehen, deren Höhe etwa halb
so groß wie die höchste Höhe eines elastischen Polsters 23 ist, welches an jeder
Stirnseite des Kolbens 7 befestigt ist, eine konvex gebogene Außenfläche aufweist
und zum Ausquetschen des Filterrückstandes am Schluß jeder Filtrierung dient.
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Zwei den Preßraum nach außen hin begrenzende Außenkolben 24 und 25
sind gemäß Fig. 1 und 3 auf glatten Endteilen26 der Leitspindel 10 axial verschiebbar
gelagert und zu diesem Zweck mit Buchsen 27 aus Rotguß ausgerüstet. Gegen die Seitenwände
des Gefäßes 6 sind sie in gleicher Weise wie der Preßkolben 7 mit Dichtungsleisten
20 und Federn 21 abgedichtet. Die Außenkolben 24 und 25 sind durch Schraubenfedern
28 in einer Ruhestellung gehalten.
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Die Rückstellkraft der Federn 28 ist größer als der Druck des Preßkolbens
7 vor dem Anschlag der Leiste 23 an der Innenfläche des Außenkolbens 24 bzw. 25.
Gemäß Fig. 3 ist jeder der beiden Außenkolben 24 und 25 mit einem Anschlag 29 versehen,
welcher am Ende des Kolbenhubes einen beweglichen Anschlag 30 betätigt, welcher
seinerseits mittels eines Kopfstückes 31 einen elektrischen Kontakt32 betätigt,
durch den in an sich bekannter Weise über entsprechende Schaltgeräte (nicht gezeichnet)
die Drehrichtung des nicht dargestellten Antriebmotors der Spindel 10 umgekehrt
wird.
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In dem gewählten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die beiden
Seitenwände sowie der Boden des Gefäßes 6 für die Filtrierung herangezogen werden,
während die obere Deckenwandung des Gefäßes nur der Füllung des Gefäßes dient. In
bezug auf die Wände des Gefäßes 6 ist angenommen, daß sie nicht zu Schwingungen
erregt werden, also biegungssteif ausgeführt werden, was als Normalfall betrachtet
werden kann. In Fig. l sind die Lochungen der sichtbaren Seitenwand der Deutlichkeit
halber fortgelassen und nur die Lochungen des Bodens 33 gezeichnet, während in der
vergrößerten Draufsicht der Fig. 3 die Lochungen des Bodens 33 und der Seitenwände34
eingezeichnet sind. Außerhalb dieser gelochten Wände befinden sich aufklappbare
Kammern mit einer Innenkammer zur Aufnahme des Filterrückstandes als zusätzliches
Filtermaterial und einer Außenkammer zur Sammlung und Ableitung des Filtrats.
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Was zunächst die beiden Kammern an den Seitenwänden des Gefäßes anbelangt,
ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß das zu filtrierende Gut aus der gelochten Wandung
34 in einen spaltartigen Hohlraum übertritt, der auf der gegenüberliegenden Seite
von einem membranartigen Filter, bestehend aus einem inneren Membranblech 35, einem
äußeren Membranblech 36 und einem dazwischenliegenden Filtertuch 37, begrenzt ist,
wobei es sich bei den Blechen 35 und 36 nach Belieben um gelochte Bleche oder auch
um Siebgewebe handeln kann. Dieses membranartige Filter 35, 36 und 37 ruht an allen
vier Kanten auf Gummikissen 38 auf, mit denen gleichzeitig die innenliegende Kammerhälfte
nach außen abgedichtet ist, sowie auf Gummikissen 39, welche in die äußere Gehäusewand
40 der Kammer eingelassen sind. Das membranartige Filter ist mithin ein schwingungsfähiges
Gebilde, welches unter dem Einfluß einer periodischen Kraft sowohl translatorische
Schwingungen als auch elastische
Schwingungen beliebiger Ordnung
ausführen kann, die sich in Richtung des Gefäßes 6 auf den sich dort ansammelnden
Filterkuchen auswirken. Zur Schwingungserregung ist in dem Beispiel eine Vorrichtung
mit rotierender Unwucht angenommen, von der in der Fig. 3 nur einer der beiden Stößel
41 angedeutet ist, der sich mit seinem Schuh42 gegen das Filter abstützt. In Fig.
1 und 2 ist die Anordnung dieser einfachen Erregung näher ersichtlich. Auf den beiden
Stößeln sind Lager 43 befestigt, in denen eine Erregerwelle 44 gelagert ist, auf
deren Wellenenden Scheiben 45 aufgesetzt sind, welche eine (statische) Unwucht 46
tragen. Der Antrieb dieser Unwuchterregung, die für alle drei Filtrierflächen der
Maschine gleich ausgebildet ist, erfolgt durch einen kleinen Elektromotor 47, welcher
mittels einer flexiblen Welle 48 mit der Erregerwelle 44 gekoppelt ist. An Stelle
einer Unwuchterregung könnte auch eine Magneterregung vorgesehen sein.
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Die in Fig. 3 ersichtlichen. seitlichen Kammern unterscheiden sich
von der in Fig. 1 ersichtlichen Kammer unter dem Boden 33 des Gefäßes nur durch
die Art der Ableitung des aus dem Membranfilter austretenden Filtrats. In dem Beispiel
ist angenommen, daß das Filtrat von einer unter der Filterpresse liegenden Abflußrimle
(nicht gezeichnet) aufgefangen wird, wobei es bezüglich der beiden seitlichen Kammern
im freien Fall nach unten fallen kann. Bei der unter dem Boden des Gefäßes 7 angebrachten
Kammer dagegen ist die äußere Gehäusewand 49 derart gekrümmt ausgebildet, daß das
Filtrat nach beiden Seiten hin abfließen, also beiderseits in die Abflußrinne übertreten
kann. Im übrigen ist der Aufbau dieser untenliegenden Kammer der gleiche wie derjenige
der beiden seitlichen Kammern. Alle drei Kammern sind aufklappbar konstruiert, d.
h., sie besitzen Scharniere 50 (Fig. 2) und werden mittels Knebelschrauben 51 geöffnet
oder geschlossen, wobei die Außenwände 40 bezüglich der beiden seitlichen Kammern
beiderseits auf Gummidichtungen 52 aufliegen, um einen Schlamuikanal 53, der dem
Ausstoß des verdichteten Filterrückstandes dient, ebenfalls nach außen hin abzudichten.
Dieser Filterrückstand wird mittels besonderer Rohre 54 abgeleitet.
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Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Filterpresse ist
wie folgt: Wenn sich der Preßkolben 7 in Fig. 1 nach links bewegt, wird die im linken
Teil des Preßraumes vorhandene Schlämme unter Druck gesetzt und durch die zwischen
den perforierten Gefäßwandungen 33, 34 und den Filtern 35, 36, 37 vorhandenen Filterrückstände
sowie die Filter 35, 36, 37 hindurchgepreßt und dabei filtriert. Das im linken Rohrstutzen
3 vorhandene Rückschlagventil4 verhindert ein Entweichen von Schlämme in das Rohr
1, während durch den anderen Rohrstutzen 2 hindurch weitere Schlämme aus dem Rohr
1 in den rechts liegenden Teil des Preßraumes nachströmen kann. Die membranartigen
Filter35,36,37 werden durch die Unwuchterregungen 44 bis 48 in translatorische Rüttelbewegung
und zugleich in elastische Grund- und Oberschwingungen versetzt. Dadurch wird der
den darin Fi1terj vorgelagerte Filterrückstand aufgelockert, und es werden Gestalt
und Größe der Poren der Filter periodisch verändert, so daß auch bei ausgesprochen
kolloidalem Filtergut eine Verstopfung oder Verschleimung der Poren nicht eintreten
wird.
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Wenn sich der Preßkolben 7 dem Außenkolben 24 immer mehr nähert,
wird der im Preßraum verbliebene Filterrückstand zwischen der Stirnfläche des
Außenkolbens
24 und der konvex gekrümmten Außenfläche des bezüglichen Polsters 23 zusammengepreßt
und verdichtet. Die Feder 28 hält den Außenkolben 24 so lange in seiner inneren
Ruhelage, bis die I,eiste 22 des Preßkolbens geg¢a den Außenkolben 24 anschlägt.
Während der weiteren Bewegung des Preßkolbens 7 wird der Außenkolben 24 entgegen
dem Einfluß der Feder 28 nach außen hin verschoben in die in Fig. 1 dargestellte
Lage, wobei der Außenkolben 24 die zu den Schlammkanälen 53 führenden Auswurföffnungen
in den seitlichen Gefäßwandungen 34 frei legt. Der zusammengedrückte Filterrückstand
kann nun in die Schlamuikanäle 53 entweichen und in die Rohre 54 fallen. Durch die
konvexe Krümmung der Außenfläche des Polsters 23 wird erreicht, daß die Pressung
des Filterrückstandes gegen die Auswurföffnungen hin abnimmt und daß der Filterrückstand
in dieser Richtung weggequetseht wird.
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Schließlich fährt der Anschlag 29 des Außenkolbens 24 gegen den beweglichen
Anschlag 30, wodurch die Drehrichtung der Leitspindel 10 umgesteuert und der Preßkolben
in der Zeichnung gegen rechts hin in Bewegung versetzt wird. Unter dem Einfluß der
zugeordneten Feder 28 kehrt der Außenkolben 24 in seine innere Ruhelage zurück,
wobei die Auswurföffnungen zu den Schlammkanälen 53 abgesperrt werden.
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Während der Bewegung des Preßkolbens 7 nach rechts wird die im rechts
liegenden Teil des Preßraumes vorhandene Schlämme unter Druck gesetzt und filtriert,
wonach der Filterrückstand zwischen dem Preßkolben und dem Außenkolben 25 zusammengedrückt
und schließlich durch Verschieben dieses Außenkolbens aus dem Preßraum hinausgequetscht
wird.
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Die erwähnte Auflockerung des Filterkuchens, welcher den Filtern
35, 36 und 37 vorgelagert ist, kann noch dadurch gesteigert werden, daß auch die
perforierten Gefäßwandungen 33 und 34 elastisch ausgebildet und in an sich bekannter
Weise mit Hilfe eines Vibrators zu elastischen Schwingungen angeregt werden.
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Anstatt viereckig kann der Querschnitt des Gefäßes 6 selbstverständlich
auch anders ausgebildet und z. B. rund sein. Im Hinblick auf die herbeizuführenden
mechanischen Schwingungen der Filter und gegebenenfalls der perforierten Gefäßwandungen
ist jedoch ein viereckiger Querschnitt vorzuziehen, zumal ein solcher auch einen
größeren Flächeninhalt als ein runder besitzt.
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Die beschriebene Filterpresse vereinigt tatsächlich alle Vorteile
der eingangs erwähnten Gruppen bekannter Filter unter gleichzeitiger Behebung ihrer
bisherigen Nachteile, denn erstens kann nach dem Vorbild der bekannten Filterpresse
mit einer beliebig großen Kraft zur Beschleunigung des Durchsatzes gearbeitet werden,
wobei bei gegebener Filterfläche eine Drucksteigerung in einfachster Weise durch
eine Geschwindigkeitssteigerung des Preßkolbens erreicht werden kann, zweitens arbeitet
die neue Filterpresse kontinuierlich, d. h., der Filterrückstand wird automatisch
ausgestoßen, wobei er obendrein durch entsprechende Wahl des zeitlichen Berührungspunktes
zwischen Preßkolben und Außenkolben beliebig stark verdichtet werden kann, drittens
beschränkt sich die neue Lösung nicht allein auf die künstliche Auflockerung des
als Filtermaterial verwendeten Filterrückstandes, sondern sie sieht gleichzeitig
eine periodische Veränderung der Porengestalt und Porengröße des Filters vor, welche
I)ewirkt,
daß auch bei ausgesprochen kolloidalem Gut eine Verstopfung oder Verschleimung der
Poren nicht eintreten kann.
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PATENTANSPROCHE: 1. Filterpresse, bestehend aus einem mit Filterflächen
versehenen Gefäß, einem darin axial hin-und herbeweglich angeordneten, doppelseitig
arbeitenden Preßkolben und einer das Filtergut abwechselnd der einen und anderen
Gefäßhälfte zuführenden Zulaufeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterflächen
(35,36,37)elastisch ausgebildet, in an sich bekannter Weise mit einem Schwingungserreger
(44 bis 48) verbunden und mit eine Sammelkammer für Filterrückstände ergebendem
Abstand hinter den mit Perforationen versehenen, am Umfang des beweglichen Preßkolbens
(7) anliegenden Wandungen (33) des Gefäßes angeordnet sind, daß die Zufuhr des Filtergutes
über an den Enden des Gefäßes einmündende, mit je einem Rückschlagventil (4) versehene
Rohrstutzen (2, 3) erfolgt und daß an den Gefäßenden je ein den Preßraum abschließender
Außenkolben (24, 25) axial beweglich angeordnet ist, der unter dem Einfluß einer
Feder (28) in einer inneren Ruhestellung gehalten wird und mittels des Preßkolbens
(7) im letzten Teil seiner Bewegungsstrecke entgegen dem Einfluß der Feder (28)
nach außen hin verschiebbar ist, wobei der Außenkolben (24 bzw. 25) in der Gefäßwandung
vorgesehene Öffnungen (53) zum Auswerfen des Filterrückstandes freigibt.