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Die
Erfindung betrifft ein biochemisches Filterelement der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Filterelemente
dieser Art, die auch als Filterbälle oder Filterkugeln
bezeichnet werden, werden z. B. in Filtersystemen für die
Aquaristik oder für Teichfilter eingesetzt, können
aber auch in zur Abwasserreinigung eingerichteten Großfilteranlagen,
Rieselfiltern od. dgl. angewendet werden. Das zu filtrierende Wasser
wird z. B. mittels einer Pumpe einem mit den Filterelementen gefüllten,
offenen oder geschlossenen Behälter zugeführt,
in dem es die Filterelemente durch Schwerkraft oder Pumpwirkung
teils durchströmt und teils umströmt. Die Bezeichnung
"biochemisch" gibt an, dass die Filtrierung weniger in der rein mechanisch
wirkenden Abtrennung von im Wasser mitgeführten Partikeln
als vielmehr in einer z. B. durch Nitrifikation bewirkten Selbstreinigung
unter Mitwirkung von Mikroorganismen oder Bakterien besteht. Diese
lagern sich an den freien Oberflächen der Filterelemente
an, bauen im Wasser befindliche Schadstoffe ab und erhöhen
den Sauerstoffgehalt des Wassers, insbesondere bei der Anwendung
in Rieselfiltern. Bei Bedarf kann das Wasser zusätzlich mit
geeigneten Bakterien geimpft werden.
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Filterelemente
der eingangs bezeichneten Art sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt (z.
B.
DE 296 13 990 U1 ,
US 4 842 920 ). Mit ihrer konstruktiven
Gestaltung wird versucht, den Umstand zu berücksichtigen,
dass die Filterelemente jede beliebige Lage innerhalb der vom Wasser
durchströmten Behälter einnehmen können,
in ganz unterschiedlicher Weise vom Wasser durch- bzw. umströmt
werden und daher einen von ihrer zufälligen Lage abhängigen
Wirkungsgrad haben. Allerdings scheinen die bisher bekannten Konstruktionen
im Wesentlichen dem Ziel zu dienen, die auf das Volumen bezogene
Oberfläche der Filterelemente zu optimieren, was allein
jedoch nicht für ausreichend gehalten wird.
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Das
technische Problem der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber
darin, die Filterelemente der eingangs bezeichneten Gattung so zu
gestalten, dass sie nicht nur eine große Oberfläche
aufweisen, sondern auch weniger empfindlich gegenüber ihrer
relativen Lage zur Strömungsrichtung sind und dem zu reinigenden
Wasser in jeder Lage eine große Berührungsfläche
bieten.
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Gelöst
wird dieses Problem erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Durch
die Erfindung wird ein Filterelement geschaffen, das aufgrund seiner
beiden um 90° zueinander versetzten, halbkugelförmigen
Teile zwei unterschiedlich wirksame Hälften aufweist und
insoweit unsymmetrisch ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich,
einerseits dem durch- oder vorbeiströmenden Wasser in praktisch
jeder Lage des Filterelements vorteilhafte Berührungsflächen
zu bieten und damit andererseits eine von der speziellen Lage der Filterelemente
weitgehend unabhängige Reinigungswirkung zu erzielen.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Filterelements;
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2 eine
Draufsicht auf die gewölbte Oberfläche eines ersten
halbkugelförmigen Teils des Filterelements nach 1;
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3 eine
Ansicht des Teils von rechts in 2;
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4 eine
Ansicht des Teils von links in 2;
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5 eine
Ansicht des Teils von oben in 2;
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6 eine
Ansicht des Teils von unten in 2;
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7 eine
Draufsicht auf die ebene Grundfläche des zweiten halbkugelförmigen
Teils des Filterelements nach 1, wobei
dieses zweite Teil relativ zu dem ersten Teil nach 2 um
90° um eine senkrecht zur Zeichenebene angeordnete Mittelachse
gedreht ist;
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8 eine
Ansicht des Teils von oben in 7;
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9 eine
Ansicht des Teils von unten in 7;
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10 eine
Ansicht entsprechend 2 des gesamten Filterelements
nach 1, wobei die beiden Teile nach 2 und 7 längs
einer durch die Zeichenebene gebildeten Mittelebene miteinander
verbunden sind;
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11 eine
Ansicht des Filterelements von oben in 10; und
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12 eine
Ansicht des Filterelements von links in 10.
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Nach 1 enthält
ein erfindungsgemäßes, biochemisches Filterelement 1 eine
im Wesentlichen kugelförmige Außen- bzw. Umfangskontur,
wobei klar ist, dass die Bezeichnung "kugelförmig" auch
andere, ähnlich gerundete, z. B. eiförmige Konturen
einschließen soll. Das Filterelement 1 besteht
außerdem aus zwei Teilen 2 und 3, die
jeweils im Wesentlichen halbkugelförmige Umfangskonturen
aufweisen. Mit besonderem Vorteil sind die beiden Teile 2 und 3 baugleich
ausgebildet. Sie besitzen daher gleiche Grundflächen 2a bwz. 3a (z.
B. 3, 4 und 7, 8),
mittels derer sie längs einer in 1 angedeuteten
Mittelebene 4 derart bündig aneinander grenzen,
dass sie sich zwar entsprechend 1 zu einer
Kugel ergänzen, jedoch um eine senkrecht zur Mittelebene 4 angeordnete
Mittelachse 5 um 90° relativ zueinander gedreht
angeordnet sind. Um dies zu ermöglichen, haben die Teile 2 und 3,
wenn sie von einer exakten Halbkugelform abweichende Umfangskonturen
aufweisen, zumindest gleich groß und kreisförmig
ausgebildete Grundflächen 2a und 3a.
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Gemäß 2 bis 6 enthält
das Teil 2 eine Mehrzahl von vorzugsweise parallel zueinander angeordneten,
halbkreisförmig ausgebildeten Platten 6a bis 6i und
zwei beidseitig von diesen angeordnete Endplatten 6j und 6k.
Im Ausführungsbeispiel ist die Platte 6e eine
mittlere Platte, die gemäß 3 und 4 den
größten Radius besitzt. Von dort aus nehmen die
Radien der Platten 6d bis 6a bzw. 6f bis 6i bis
hin zu den Endplatten 6j bzw. 6k allmählich
ab, und die Endplatten 6j und 6k besitzen jeweils
den kleinsten Radius, wodurch sich insgesamt eine gedachte, halbkugelförmig
ausgebildete, die freien Endkanten der Platten 6a bis 6k verbindende
Fläche ergibt.
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Während
die Platten 6a bis 6i vorzugsweise planparallel
ausgebildet sind, haben die beiden Endplatten eine kalottenartige
Form, wobei ihre Außenflächen 7a und 7b vorzugsweise
längs Kugelflächen verlaufen, deren Radien dem
Radius der mittleren Platte 6e entsprechen.
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Die
Platten 6a bis 6k sind durch quer, vorzugsweise
senkrecht zu ihnen angeordnete Stege 8 zu einer festen
Baueinheit miteinander verbunden. Die Stege 8 bestehen
vorzugsweise aus planparallelen Plattenteilen, die in einer weiter
unten erläuterten Weise angeordnet sind. Außerdem
haben die Stege 8, ausgehend von der Grundfläche 2a,
vorzugsweise unterschiedliche Höhen, wobei z. B. zwei mittlere,
die Platten 6d und 6e bzw. 6e und 6f verbindende
Stege 8a eine maximale Höhe aufweisen, während
die übrigen Stege 8 bis hin zu den Endplatten 6j und 6k allmählich
abnehmende Höhen besitzen, wie insbesondere 5 und 6 deutlich
zeigen. Zweckmäßig haben auch zwei zu beiden Seiten
der mittleren Stege 8a angeordnete, ebenfalls die Platten 6d, 6e bzw. 6e, 6f verbindende
Stege 8b kleinere, vorzugsweise den Höhen von
Nachbarstegen 8c entsprechende Höhen. Abgesehen
davon sind die Höhen aller Stege 8 vorzugsweise
kleiner als die Radien derjenigen Platten 6a bis 6k,
die durch sie miteinander verbunden sind.
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Gemäß 7 bis 9 ist
das Teil 3 identisch mit dem Teil 2 ausgebildet
und demgemäß mit halbkreisförmig geformten
Platten 10a bis 10i und kalottenförmigen
Endplatten 10j und 10k versehen. Alle diese Platten 10 sind
durch quer, vorzugsweise senkrecht zu ihnen angeordnete Stege 11 zu
einer festen Baueinheit miteinander verbunden. Die Radien und die
Abstände der Platten 10a bis 10k entsprechen denen
der Platten 6a bis 6k nach 2 bis 6,
so dass eine ausführliche Beschreibung des Teils 3 nicht erforderlich
ist, sondern insoweit in vollem Umfang auf die Beschreibung der 2 bis 6 Bezug
genommen werden kann.
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Während 2 eine
Draufsicht auf die halbkugelförmige Oberfläche,
d. h. die durch die Außenkanten der Platten 6a bis 6k definierte,
gedachte Halbkugelfläche zeigt, stellt 7 eine
Draufsicht auf die Grundfläche 3a des Teils 3 dar.
Außerdem ist das Teil 3 in 7 relativ
zum Teil 2 in 2 um 90° um die Mittelachse 5 gedreht
dargestellt.
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Das
aus den beiden Teilen 2 und 3 gebildete Filterelement 1 wird
dadurch erhalten, dass das Teil 2 mit seiner in 2 nicht
sichtbaren Grundfläche 2a auf die in 7 dem
Betrachter zugewandte Grundfläche 3a aufgelegt
und mit dieser fest verbunden wird. Infolge der um 90° gedrehten
Lage der beiden Teile 2 und 3 wird ein Filterkörper
gemäß 10 bis 12 erhalten.
Alternativ ergibt sich der Filterkörper nach 10 bis 12 dadurch,
dass das Teil 2 in seiner Lage nach 6 mit seiner
Grundfläche 2a gegen die Grundfläche 3a des
Teils 3 in dessen Lage nach 9 gelegt
wird.
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Aus 10 bis 12 ist
ersichtlich, dass das so erhaltene Filterelement 1 im oberen
Teil 2, dessen halbkugelförmige Fläche
dem Betrachter zugewandt ist, wie in 2 bis 6 die
Platten 6 und Stege 8 aufweist, und dass die Platten 10 des
in 10 unter dem Teil 2 liegenden Teils 3 senkrecht zu
den Platten 6 stehen. Außerdem zeigt vor allem 10,
dass die Lage der Stege 8 (2) so gewählt
ist, dass sie jeweils in der Verlängerung einer der Platten 10a bis 10i liegen
und bündig mit diesen abschließen, während
gleichzeitig die Stege 11 in der Verlängerung
der Platten 6a bis 6i angeordnet sind und mit
diesen bündig abschließen. Besitzen die Stege 8, 11 eine
Dicke, die höchstens der Dicke der Platten 6a bis 6i bzw. 10a bis 10i entspricht,
dann stehen sie nicht über diese vor und reduzieren nicht
die durch diese gebildeten, senkrecht zueinander stehenden Strömungskanäle.
In 10 ist die Lage einiger der unter den Platten 6 liegenden
Stege 11 schematisch durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Die
Herstellung des beschriebenen Filterelements 1 erfolgt
vorzugsweise in einem Stück durch Spritzguss unter Anwendung
von für diesen Anwendungszweck üblichen Kunststoffen
und von zwei im Wesentlichen baugleichen Formwerkzeugen für
die Teile 2 und 3. Die Stege 8 und 11 werden
dabei vorzugsweise als Verlängerungen der Platten 10 bzw. 6 ausgebildet
und mit diesen verbunden, so dass eine hohe Stabilität
für das Filterelement 1 erhalten wird.
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Bei
einem derzeit für am besten gehaltenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden die Platten 6a bis 6i und 10a bis 10i angeraut.
Dies erfolgt z. B. dadurch, dass die Innenwände der beiden
Formwerkzeuge vorzugsweise durch Erodieren mikro-angeraut werden.
Dadurch wird eine besonders günstige Oberfläche
für die Anlagerung von im Wasser enthaltenen und für
die biochemische Reinigung des Wassers erforderlichen Mikroorganismen
od. dgl. geschaffen. Dagegen werden die vier Endplatten 6j, 6k, 10j und 10k vorzugsweise
mit einer glatten Oberfläche versehen, was die Entformung
der beiden Formwerkzeuge nach dem Spritzgießen des Filterelements 1 begünstigt.
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Das
erfindungsgemäße Filterelement 1 bringt
zahlreiche Vorteile mit sich. Besonders vorteilhaft ist die durch
den Versatz der beiden Teile 2 und 3 herbeigeführte
Unsymmetrie. Durch diese wird eine von der speziellen Lage des Filterelements 1 weitgehend
unabhängige Durch- bzw. Umströmung des zu reinigenden
Wassers erzielt. Weiterhin ist ein Verstopfen des Filterelements 1 wegen
der Vielzahl der vorhandenen Strömungskanäle und
Freiräume praktisch ausgeschlossen, woraus hohe Standzeiten
zwischen erforderlichen Reinigungsschritten resultieren. Vorteilhaft
ist ferner, dass eine Reinigung mit Hilfe von fließendem
Wasser oder mit Hilfe eines Wasserstrahls auf einfache Weise möglich
ist, zumal das Filterelement 1 trotz seiner vergleichsweise
großen Oberfläche keine Schmutzecken od. dgl.
aufweist. Besonders vorteilhaft ist außerdem, wie z. B.
aus 3 bis 6 und 8, 9 ersichtlich
ist, dass die Platten 6 und 10 mit ihren halbkreisförmigen
Außenkanten treppenstufenförmig übereinander
zu liegen kommen. Dadurch kann Wasser, das auf eine der Endplatten 6j und 6k oder 10j und 10k trifft,
kaskadenförmig von diesen nach außen strömen
und dabei nacheinander mit den folgenden Platten 6a bis 6e, 6i bis 6e, 10a bis 10e bzw. 10i bis 10e in
Berührung kommen, was auch bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten
lange Kontaktzeiten sicherstellt. Entsprechendes gilt für
kaskadenförmige Strömungen im Bereich der Stege 8 bzw. 11,
wenn das Wasser z. B. in 5 und 6, 11 und 12 von
oben auf die Stege 8 auftrifft. Insgesamt werden somit
eine hohe Reinigungswirkung und eine gute Anreicherung mit Sauerstoff
erzielt. Das gilt unabhängig davon, ob die erfindungsgemäßen
Filterelemente in einem offenen oder geschlossenen System angewendet
werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt wreden
könnte. Beispielsweise ist es möglich, die Filterelemente
in unterschiedlichen Größen und mit Durchmessern
von z. B. 35 mm, 43 mm und 60 mm herzustellen und anzuwenden. Auch
die Abstände zwischen den Platten, die z. B. eine Wandstärke
von 0,3 mm bis 0,8 aufweisen, können z. B. mit 2 mm bis
5 mm unterschiedlich gewählt werden. Dasselbe gilt für
die im Einzelfall vorgesehene Anzahl der Platten 6 und 10,
wobei auch die Abstufung bzw. Radiusveränderung von Platte
zu Platte unterschiedlich sein kann. Möglich wäre
auch, je zwei oder mehr nebeneinander liegenden Platten jeweils
gleiche Radien zu geben, wodurch allerdings die beschriebene Kugelform
weniger gut nachgebildet würde. Mit Vorteil werden die
Filterelemente 1 außerdem so ausgebildet, dass
sie im Wasser einen geringen Auftrieb erhalten. Dadurch können
die Filterelemente auf einfache Weise von oben her einem mit Wasser
gefüllten Behälter entnommen werden. Schließlich
versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als
den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden
können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29613990
U1 [0003]
- - US 4842920 [0003]