WO2019063618A1

WO2019063618A1 - FILTER DEVICE WITH MICROWAVE RESONATOR

Info

Publication number: WO2019063618A1
Application number: PCT/EP2018/076135
Authority: WO
Inventors: Manuel Schimmack; Wolfgang Taute; Michael Höft
Original assignee: Leuphana Universitat Lueneburg Stiftung Offentlichen Rechts; Christian Albrechts Universitaet Kiel
Current assignee: Leuphana Universitat Lueneburg Stiftung Offentlichen Rechts; Christian Albrechts Universitaet Kiel
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: DE102017122809B3

Abstract

Eine Filtereinrichtung (1) weist eine sich längs von zwei Haupterstreckungsrichtungen erstreckende Filterschicht (2) auf, die elektrisch nicht leitendes Filtermaterial (3) umfasst. Das Filtermaterial (3) ist quer zu den beiden Haupterstreckungsrichtungen von einem Fluid durchströmbar, um Inhaltsstoffe aus dem Fluid herauszufiltern. Mit elektrisch leitfähigem, linienförmig längs einer von den beiden Haupterstreckungsrichtungen aufgespannten Flächeverlaufendem Leitermaterial (4) ist ein Mikrowellenresonator (5) gebildet ist. Das Leitermaterial (4) begrenzt einen aus dem Filtermaterial (3) bestehenden Teil der Filterschicht(2), welcher sich streifenförmig in der von den beiden Haupterstreckungsrichtungen aufgespannten Flächeerstreckt, zumindest breitseitig. Einelektromagnetischer Anschluss(9, 10)ist vorhanden, um eine Mikrowelle in dem Mikrowellenresonator(5)anzuregen und um die angeregte Mikrowelle in dem Mikrowellenresonator (5) zu erfassen.A filter device (1) has a filter layer (2) which extends along two main extension directions and which comprises electrically non-conductive filter material (3). The filter material (3) can be traversed by a fluid transversely to the two main directions of extension in order to filter out ingredients from the fluid. A microwave resonator (5) is formed with an electrically conductive line material (4) extending linearly along a surface of the conductor material (4) spanned by the two main extension directions. The conductor material (4) delimits a part of the filter layer (2) which consists of the filter material (3) and stretches in the form of a strip in the area spanned by the two main extension directions, at least on the wide side. An electromagnetic terminal (9, 10) is provided to excite a microwave in the microwave resonator (5) and to detect the excited microwave in the microwave resonator (5).

Description

FILTEREINRICHTUNG MIT MIKROWELLENRESONATOR FILTER DEVICE WITH MICROWAVE RESONATOR

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

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 . The invention relates to a filter device having a filter layer extending longitudinally of two main directions, comprising filter material which can be traversed by a fluid transversely to the two main extension means in order to filter out ingredients from the fluid. In particular, the present invention relates to a filter device having the features of the preamble of independent claim 1.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

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. The efficiency of a filter device depends essentially on the extent to which the filter device is already loaded with ingredients for filtering it is provided and used. Indirectly, this load can be detected by a pressure drop across the filter device, which forms during the flow through the filter device with a certain volume flow of the fluid or at a certain power of the fluid conveying through the filter means conveyor. The higher this pressure difference, the stronger the filter device is already loaded with the ingredients. Another way of detecting the loading of a filter device with filtered-out ingredients is to determine its mass increase by the ingredients. However, weighing the filter device to determine its current mass usually means a longer break in the operation of the filter device.

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. If it is not possible to determine the actual loading of a filter device with the ingredients filtered out by it, the filter device must already be exchanged or regenerated at that time, to which a load having the desired function questioned, at the earliest. However, this means that a variety of filter devices is replaced or regenerated, where this would not be necessary.

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. From Hinrich Römhild: Moisture and foreign particle determination with microwave resonator sensors, Pharma + Food, February 2013 it is known to use microwave resonator sensors for the measurement of material moisture, weight, density or foreign particles. The high measuring accuracy of the microwave resonator sensors allows a uniform drying process of the materials, whereby lump formation in powders and granules can be avoided. Microwave resonators are structures with a high electrical quality. In electrical engineering or microwave technology, the quality (Q) describes the ratio of the energy of a vibration to its loss over time. Slightly damped vibrations are therefore referred to as high-quality systems. The introduction of foreign material in the electromagnetic field of a microwave resonator shifts its resonant frequency. In addition, the attenuation of the resonant circuit of the microwave resonator increases. By means of the resonance frequency and the so-called 3 dB bandwidth, the quality Q of the resonance system can be determined. The change in the quality Q depends on the properties of the introduced foreign material. In practice, both parameters, i. H. Resonance frequency and damping or quality, for the determination of two physical quantities of the foreign material to be measured, such as weight and moisture content, used. The microwave resonator can be designed as a flow resonator for measuring liquids, powders, granules or pellets. Alternatively, it is a resonator, which can be used when the material to be measured due to its dimensions or due to the conditions in the production process is accessible only from one side or can not be passed through the microwave resonator. An example of this is the moisture measurement in paper production. Even with such a known resonator head, the loading of a filter layer of a filter device could only be detected during an interruption of the operation of the filter device.

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. From EP 2 251 679 B1 an apparatus and a method for measuring a product property by means of a microwave stray field sensor arrangement are known. The property may be the moisture, density, and / or mass of a product. The microwave stray field sensor arrangement comprises a microwave stray field resonator and a product space arranged outside the resonator. Microwaves generated in the resonator pass through a resonator opening into the product space to communicate with that in the product space product to interact. A microwave generating device is set up to excite at least two working modes influenced by the product with different resonance frequencies in the resonator. An evaluation device is set up for determining the product property as a function of at least one measured value of the two operating modes which is related to the microwave attenuation. This known microwave stray field sensor is also already apparent from EP 1 437 588 B1.

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. From Reinhard Knöchel et al.: Stray field ring resonators and novel novel resonator for precision microwave moisture and density measurements, Meas. Be. Technol. 18 (2007) 1061-1068 a microwave resonator is known, which builds on a ring of alumina. The ring is metallised on its surface except on an end face, whereby a microwave excited in the ring scatters over the end face into the environment. This allows it to come into contact with a material to be tested for moisture content and density. This stray field resonator is compared by Reinhard Knöchel et al. with two previous quasi-planar steed field resonators for microwave moisture and density measurements. By soldering the solid ring of alumina in an annular groove in a stainless steel plate, there is a particularly high resistance to abrasion by passing into the stray field and substance to be measured.

AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION

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. The object of the invention is to provide a filter device with a filter layer in which the loading of the filter layer with ingredients filtered out of a fluid can be detected during operation of the filter device and which nevertheless has a simple structure.

LÖSUNG SOLUTION

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 The object of the invention is achieved by a filter device having the features of independent patent claim 1. Preferred embodiments of the filter device according to the invention are defined in the dependent claims. DESCRIPTION OF THE INVENTION

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. A filter device according to the invention has a filter layer extending along two main directions of extension. The two main directions may but need not be mutually orthogonal linear main directions. For example, the filter layer can also extend along an axis and around this axis, i. H. be cylinder jacket.

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. The filter layer of the filter device according to the invention comprises electrically non-conductive filter material. This filter material can be traversed by a fluid transverse to the two main directions of extension to filter out ingredients from the fluid. The fluid may be a liquid. Often, however, the fluid will be a gas. The terms liquid and gas also include those fluids which consist mainly of a liquid or a gas, but which may also have non-liquid or non-gaseous ingredients, d. H. for example, solid in liquid suspensions and solid and / or liquid in gas suspensions. The ingredients to be filtered out with the filter layer may then be the suspended solid and / or liquid ingredients of the respective suspension. However, the filter layer can also serve to filter out a liquid ingredient from a liquid or a gaseous ingredient from a gas. In this case, this ingredient may be mixed in the liquid or the gas, d. H. form a phase with the liquid or the gas, and for example, be bound by chemical reactions to the filter material and thereby filtered out of the liquid or the gas.

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. With electrically conductive line material running along a surface spanned by the main directions of extension, a microwave resonator is formed in the filter device according to the invention. In this case, the conductor material limits an existing of the filter material strip-shaped part of the filter layer at least on the wide side. The strip-shaped part of the filter layer extends in the form of a strip in the area spanned by the two main directions of extension, and is bounded at least on the broad side by the conductor material. The filter material which is at least broadly limited by the conductor material during the formation of the microwave resonator is therefore located in the microwave resonator and thus determines its properties. At least one electromagnetic port is present in the filter device according to the invention to excite a microwave in the microwave resonator and the excited Microwave in the microwave resonator to capture. On the microwave excited in the microwave resonator, the filter material located in the microwave resonator and thus also the ingredients filtered out with the filter material from the respective fluid have an effect. These effects are registered when detecting the microwave excited in the microwave resonator. This makes it possible to draw conclusions about the loading of the filter material with the filtered-out ingredients.

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. It is understood that also the fluid from which the ingredients are filtered out, as far as it is in the microwave resonator, affects the microwave excited therein. However, this influence is essentially independent of the influence of the filtered-out ingredients that changes with the loading of the filter material.

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. The detection of the loading of the filter device according to the invention with filtered-out ingredients is made possible with relatively little effort, because in fact only the microwave resonator is to be formed with the conductor material in the filter layer and the at least one electromagnetic connection to the microwave resonator is to be provided. The microwave resonator can be interrogated from outside the filter layer and also from outside the filter device via the at least one electromagnetic connection, in order to detect the loading of the filter layer with ingredients that have been filtered out. As will be documented in the following by concrete embodiments of the filter device according to the invention, the formation of the microwave resonator with the conductor material can also be kept practically very simple.

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. In the filter device according to the invention, the microwave resonator formed is not part of a stray field sensor. Rather, the change of the microwave resonator is detected by the filtered in addition to the filter material between the conductor material in him filtered ingredients or their effects on the excited in him microwaves. If a regeneration of the filter layer is provided in the filter device according to the invention, this regeneration can also be monitored by means of microwaves stimulated and detected in the microwave resonator. Otherwise, the microwave resonator is integral part of this disposable product in a disposable filter layer or entire filter device. The conductor material extending in a line along the main extension means can limit the strip-shaped part of the filter layer exclusively on the wide side during the design of the microwave resonator. Then, for example, with rectilinear portions of the conductor material, a microwave resonator may be formed in the idle mode. A broad-side boundary of the strip-shaped region can also take place with the interposition of at least one third linear section of the conductor material, as will be explained in more detail below. The conductor material extending in a line along the main extension direction can limit the strip-shaped part of the filter layer in the two main directions, but also on all sides. This can be done by two substantially rectilinearly extending and the strip-shaped part of the filter layer broadside limiting portions of the conductor material are connected to each other at the narrow sides of the strip-shaped part, so that a microwave resonator is formed in the short circuit mode. However, it is also possible for an inner and an outer ring to be formed from the conductor material, between which the strip-shaped part of the filter layer also extends as a ring. In this case, this ring from the strip-shaped part of the filter layer by short circuits, ie local connections of the inner and the outer ring of the conductor material, be interrupted.

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. Alternatively or additionally, the strip-shaped part of the filter layer may have at least one of the following features in the surface formed by the two main straightening means. The strip-shaped part of the filter layer has a constant width. The strip-shaped part of the filter layer has a constant composition and / or thickness of the filter material. The strip-shaped part of the filter layer is kink-free with respect to its longitudinal extent. The strip-shaped part of the filter layer has a kreisbogenabschnittformigen course or at least partial course with respect to its longitudinal extent. The strip-shaped part of the filter layer has a meandering course. The strip-shaped part of the filter layer has a full-circle arc-shaped course. The strip-shaped part of the filter layer has a rotational and / or point and / or mirror-symmetrical shape. The design of the strip-shaped part of the filter layer defines the region of the filter layer which is arranged in the microwave resonator and thus the part of the filter layer whose charge of filtered-out material has an effect on the microwave excited in the microwave resonator. Accordingly, preferably those parts of the filter layer are arranged in the microwave resonator, whose loading is representative of the loading of the entire filter layer with filtered-out ingredients. Although the above features of the strip-shaped part of the filter layer placed in the microwave resonator are preferably aimed at avoiding impedance variations and in particular impedance jumps in the microwave resonator, such variations are not fundamentally excluded. The microwave resonator of the filter device according to the invention can in particular be designed so that it has a quality in a quality range of 50 to 500 when excited via the electromagnetic port with a frequency in a frequency range of 100 MHz to 1 0 GHz. This is focused on the quality of the microwave resonator with unloaded filter layer. For a given frequency, the quality (Q) is the ratio of the energy of the microwave to its loss over time after a period. The microwave resonator has a resonant frequency, also referred to as fundamental frequency, and associated harmonic harmonics.

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. It should be noted at this point that the term microwave resonator for the component of the filter device according to the invention is not intended to mean that the fundamental frequency of the microwave resonator must meet a narrow definition of, for example, 1 GHz to 300 GHz. Rather, the fundamental frequency can fall within a range down to 100 MHz. Conversely, the upper limit of the fundamental frequency is usually already at 10 GHz. This corresponds at the speed of light c a wavelength range of about 3 m down to about 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. The microwave resonator can be excited with the fundamental frequency or an upper frequency, usually it is operated at the fundamental frequency. The specified quality has the microwave resonator at the frequency, d. H . Fundamental frequency or upper frequency at which it is operated. With increasing loading of the filter layer with filtered out from her constituents, the quality of the microwave resonator changes, the quality is determined in each case at the current fundamental frequency or upper frequency, which will also change with the load. With increasing loading of the filter layer with ingredients filtered out from it, the quality of the microwave resonator typically decreases. This is obviously true if these ingredients due to their electrical and / or dielectric properties dampen the microwave more than the filter material. A particularly strong damping results when the filtered-out ingredients have a relevant electrical conductivity. In practice, the strip-shaped region of the filter layer in the area spanned by the two main extension directions can have a width in a width range of 500 μm to 5 mm and / or a length in a length range of 5 cm to 50 cm.

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. Concretely, the conductor material may comprise mono- or multifilaments, which as such are electrically conductive and / or metallic coated in order to give them an electrical conductivity. The filaments may be fibers or thin wires that are spun into filaments or formed into strands with multifilaments with other filaments.

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. In particular, the conductor material may comprise an electrically conductive suture which is sewn or embroidered by the filter material. The conductor material can also run partially in the direction transverse to the surface spanned by the two main directions of extension and / or extend partially along the surfaces of the filter material.

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. The conductor material can also be added to the filter material of the filter layer by other additive methods, for example by techniques such as printing, spraying or other material depositing locally. The conductor material can therefore also be introduced into the filter layer with the aid of a carrier substance which impregnates the filter material, so that the conductor material locally, ie. H. coated on the broad side along the strip-shaped part of the filter layer electrically conductive.

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. The filter device according to the invention may itself have an interrogator which is connected or connectable to the at least one electromagnetic connection and which is designed to excite a microwave into the microwave resonator and to detect the excited microwave in the microwave resonator. However, such an interrogation device can also be provided as a separate unit, which can be connected externally to the filter device in order to measure the charge of the filter layer of the filter device with filtered-out ingredients by exciting and detecting the microwave in the microwave resonator. In either case, the interrogator may be configured to excite the microwave in the microwave resonator at different frequencies. The aim of the query of the microwave resonator performed by the interrogator is to detect at least one characteristic parameter of the microwave resonator. If this characteristic parameter of the microwave resonator is directly correlated with the loading of the filter layer, the interrogator can Output signal when the at least one characteristic parameter of the microwave resonator deviates from a specification, for example, to indicate that a replacement or regeneration of at least the filter layer of the filter device is displayed. The specification can consist in particular in that the detected characteristic parameter falls within a range of values, wherein falling below a lower or exceeding an upper limit of the value range indicates an exceeding of a certain limit loading of the filter layer.

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 particular, the interrogator can be designed to measure a damping and / or phase of the microwave in the microwave resonator. From this, it is then possible to conclude the resonant frequency and quality of the microwave resonator influenced by the filtered-out ingredients.

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. In one embodiment, the interrogator of the filter device according to the invention forms a microwave resonant circuit comprising the microwave resonator. With the loading of the filter material in the microwave resonator this resonant circuit is detuned, which is detected by the interrogator.

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. The at least one electromagnetic connection can be inductively and / or capacitively coupled to the microwave resonator. In one embodiment of the filter device according to the invention, the at least one electromagnetic connection is connected to the conductor material of the microwave resonator in the manner of an autotransformer. This means that an electric current exciting the microwave into the microwave resonator flows through a portion of the conductor material at a broad side of the strip-shaped part of the filter material.

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. In the case of the filter device according to the invention, a plurality of microwave resonators may be formed in the filter layer with the conductor material. These multiple microwave resonators may be formed in several similar or even dissimilar areas of the filter layer to measure either control measurements of the loading of the filter layer with filtered-out ingredients or a distribution of the loading of the filter layer with filtered filter materials. The plurality of microwave resonators can be arranged both at different positions in the surface and in the depth of the filter layer of the filter device according to the invention. Especially at different depths of the filter layer arranged microwave resonators can also be deduced on a penetration depth and thus also on a size distribution of the filtered-out ingredients.

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. For individually measuring characteristic parameters of the individual microwave resonators, the plurality of microwave resonators may each have their own electromagnetic connection in order to excite a microwave in the microwave resonator and / or to detect the excited microwave in the microwave resonator. In principle, however, several microwave resonators of the filter device according to the invention between two common electromagnetic terminals in series or be connected in parallel and be queried via the common terminals. In addition to several measurements of the loading of the filter layer with a plurality of microwave resonators at a plurality of positions of the filter layer, a plurality of chronologically successive measurements of the loading with a microwave resonator can provide information about the loading of the filter layer with filtered-out ingredients. For example, certain ingredients may be removed from the filter layer again by, for example, dissolving again in the fluid flowing through the filter layer as soon as the fluid has a lower concentration of the particular ingredient or solubility for the particular ingredient due to other circumstances, such as For example, the composition or the temperature of the fluid changes.

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. The filter layer of the device according to the invention itself can be formed highly differently. Thus, the filter material may be, for example, a porous ceramic and / or a granulate and / or tissue and / or a nonwoven. The invention is not limited to a particular embodiment of the filter material.

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. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without altering the subject matter of the attached patent claims, the following applies to the disclosure content of the original application documents and the patent: Further features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several Components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or features of different claims is also possible deviating from the selected back relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

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. The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". If, for example, a filter layer is mentioned, it should be understood that exactly one filter layer, two filter layers or more filter layers are present. The features cited in the claims may be supplemented by other features or be the only features exhibited by the particular product.

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. The reference signs contained in the patent claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES In the following, the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung. Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of a filter device according to the invention.

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. 2 shows a variant of the embodiment of the filter device according to the invention according to FIG. 1 with respect to the formation of one of its electromagnetic connections. FIG. 3 illustrates a modification of the filter device according to the invention according to FIG. 1 with regard to the design of its microwave resonator.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fig. 4 shows a further variant of the embodiment of the invention

Filtereinrichtung gemäß Fig. 1 in Bezug auf die Ausbildung ihres Mikrowellenresonators, der hier einen Kurzschlussmodus aufweist. Filter device according to FIG. 1 with regard to the design of its microwave resonator, which here has a short circuit mode.

Fig. 5 zeigt eine Modifikation des Mikrowellenresonators gemäß Fig.4, ebenfalls mit Fig. 5 shows a modification of the microwave resonator according to Figure 4, also with

Kurzschlussmodus. Short circuit mode.

Fig. 6 zeigt einen Mikrowellenresonator für die erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit 6 shows a microwave resonator for the filter device according to the invention

Leerlaufmodus. Idle mode.

Fig. 7 skizziert einen Mikrowellenresonator für eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit einem Zwischenleiter. Fig. 7 outlines a microwave resonator for a filter device according to the invention with an intermediate conductor.

Fig. 8 skizziert einen Mikrowellenresonator für eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit zwei Zwischenleitern. Fig. 8 outlines a microwave resonator for a filter device according to the invention with two intermediate conductors.

Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit mehreren in ihrer Filterschicht nebeneinander angeordneten Mikrowellenresonatoren gemäß Fig. 1 und FIG. 9 shows a filter device according to the invention with a plurality of microwave resonators arranged next to one another in its filter layer according to FIGS. 1 and

Fig. 10 zeigt eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit mehreren übereinander in ihrer Fig. 10 shows a filter device according to the invention with several superimposed in their

Filterschicht angeordneten Mikrowellenresonatoren gemäß Fig. 1 . Filter layer arranged microwave resonators according to FIG. 1.

FIGURENBESCHREIBUNG DESCRIPTION OF THE FIGURES

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. The filter device 1 shown in perspective in FIG. 1 has a filter layer 2 which extends along two main directions of extension, which are the x-direction and the y-direction of the drawn Cartesian coordinate system. The filter layer 2 is made of electrically non-conductive filter material 3, for example a filter mat, which can be arranged on a not shown here, also not electrically conductive support grid. The filter material 3 can be traversed by a fluid in the z direction and is configured to filter out certain ingredients from the fluid. Store these ingredients are in the filter layer and represent a loading of the filter layer 2. With increasing loading of the filter layer 2, the efficiency of the filter device 1 decreases. In order to detect the loading of the filter layer 2, a microwave resonator 5 is formed with electrically conductive material 4, which extends linearly along a surface spanned by the main extension means of the filter layer 2, ie here the xy plane. 1, the conductor material runs in the form of two concentric circles 6 and 7. The conductor material 4 limits an existing of the filter material 3 strip-shaped part 8 of the filter layer 2 in the xy plane on all sides. That is, the microwave resonator 5 is formed in the xy plane, wherein the strip-shaped part 8 of the filter layer 2 between the rings 6 and 7 of the conductor material 4 is arranged directly in the microwave resonator 5. The microwave resonator 5 has a first electromagnetic terminal 9 for exciting a microwave in the microwave resonator 5. A second electromagnetic connection 10 is provided to detect the microwave excited in the microwave resonator 5 in order to detect, in particular, a damping and / or phase of the microwave via excitation of microwaves of different frequencies. From this it is possible to determine a resonant frequency and the quality of the microwave resonator at this resonant frequency. All the characteristic parameters of the microwave resonator 5 mentioned here vary with a loading of the filter material 3 of the filter layer 2, in particular in its strip-shaped part 8. Accordingly, these parameters can be evaluated with regard to the loading of the filter layer 2 in order to qualitatively or quantitatively determine the loading.

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. While a rather inductive coupling of the electromagnetic connections 9 and 10 is indicated in FIG. 1, FIG. 2 illustrates a connection 9 in the manner of an autotransformer, wherein an electrically conductive, conductive connection between an outer conductor 11 and an inner conductor 12 of a coaxial cable 13 extends over a portion of the outer ring 6 of the conductor material 4 of the microwave resonator 5 away.

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. FIG. 3 illustrates that the microwave resonator 5 according to FIG. 1 does not have to be circular, but may also have a shape deviating from a circle. Here, the strip-shaped part 8 of the filter layer 2 meanders in the xy plane, with the microwave resonator 5 as a whole having a mirror, point and rotational symmetry. Fig. 4 outlines a microwave resonator 5 which is bounded on all sides in the xy plane of the conductor material 4, wherein the strip-shaped part 8 of the filter layer 2, of the conductor material 4 is limited here extends substantially rectilinear in the x direction. Accordingly, the strip-shaped part 8 of the filter layer 2 here is not an endless ring as in Fig. 1 and 2 or no endless loop as in Fig. 3. The microwave resonator 5 of FIG. 4 is one in the short-circuit mode with shorts 14 at its two ends in X direction. The microwave resonator 5 according to FIG. 5 also has an additional short circuit 15 in the middle of its extent in the x direction compared to that according to FIG. 4. The basically endless ring-shaped or loop-shaped microwave resonators 5 according to FIGS. 1 to 3 could also be interrupted by one or more such short circuits 15.

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. The microwave resonator 5 according to FIG. 6, however, has open ends in the x-direction. He is therefore in idle mode. Otherwise, it corresponds to its structure Fig. 4. Between the open ends but could be a short circuit 15 as shown in FIG. 5 may be arranged.

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. The microwave resonator 5 according to FIG. 7 again extends primarily in the x-direction. Here, from the conductor material 4, it has an intermediate conductor 16, which overlaps in each case over part of its extent with one of two outer conductors 17 and 18 and in each case has a strip-shaped part 8 of the filter layer 2 at least on the wide side, d. H. limited in y direction. The two parts 8 make here each λ / 4 and thus together λ / 2 of the wavelength of the microwave, to which the microwave resonator 5 is tuned with its resonant frequency.

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. More generally, always at an open end of the microwave resonator 5, thus also in each microwave resonator 5 in idle mode, always a belly and at a closed by a short circuit 14 end of the microwave resonator 5, and thus also in each microwave resonator 5 in the short circuit mode, always a Node of the excited at the fundamental frequency or the upper frequency microwave is present. A node is also present at each short circuit 15, which subdivides the microwave resonator 5 according to FIG.

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. In the microwave resonator 5 according to FIG. 8, two intermediate conductors 16 are provided between the two outer conductors 18. As a result, another strip-shaped part 8 of the filter layer 2 is bounded on the broad side by the conductor material 4. In both embodiments of the resonator according to FIGS. 7 and 8, the individual conductors 16 to 18 are mixed, ie coupled both capacitively and inductively, and the microwave resonator 5 is in the idling mode. FIG. 9 illustrates that in the filter device 1 a plurality of microwave resonators 5 can be arranged next to one another in the xy plane of the filter layer 2 in order to detect the loading of the filter material 3. Furthermore, FIG. 9 shows an interrogation device 19, which is connected via the electromagnetic connections 9 and 10 to the microwave resonators 5 in order to interrogate them with regard to their characteristic parameters and thus with respect to the loading of the filter material 3 in their strip-shaped part 8 of the filter layer 2. For this purpose, a microwave in the respective microwave resonator 5 is excited via the electromagnetic connection 9 and the excited microwave is then detected via the electromagnetic connection 10.

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. In contrast, FIG. 10 illustrates how a plurality of microwave resonators 5 are arranged one above the other in the filter layer 2 of the filter device 1 in order to detect the loading of the filter material 3 at different depths, ie different positions in the z-direction. The filter material 3 in all embodiments of the present invention may consist not only of a mat-like fabric or non-woven fabric but also of any other electrically non-conductive porous material, including porous ceramics or other rigid or flexible filter materials.

BEZUGSZEICHENLISTE Filtereinrichtung REFERENCE LIST Filtering device

Filterschicht filter layer

Filtermaterial filter material

Leitermaterial conductors

Mikrowellenresonator microwave

Außenring outer ring

Innenring inner ring

streifenförmiger Teil der Filterschicht 2 strip-shaped part of the filter layer 2

elektromagnetischer Anschluss electromagnetic connection

Außenleiter outer conductor

Innenleiter inner conductor

Koaxialkabel coaxial

Kurzschluss short circuit

Zwischenleiter between conductor

Außenleiter outer conductor

Abfragevorrichtung interrogator

Claims

1 . Filter device (1) with

a filter layer (2) which extends along two main directions and which comprises electrically nonconductive filter material (3), which can be traversed by a fluid transverse to the two main extension means in order to filter out ingredients from the fluid,

marked by

a microwave resonator (5) which is formed with electrically conductive, line-shaped along a plane spanned by the two Haupstreckungsnchtungen running conductor material (4), which consists of the filter material (3) part of the filter layer (2), which is strip-shaped in the of The area spanned by the two main extents extends, at least on one side, and at least one electromagnetic connection (9, 10) to excite a microwave in the microwave resonator (5) and to detect the excited microwave in the microwave resonator (5) ,

2. Filter device (1) according to claim 1, characterized in that the line along the Haupterstreckungsnchtungen extending conductor material (4) delimits the strip-shaped part of the filter layer (2) in the two Haupterstreckungsnchtungen on all sides.

3. Filter device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the strip-shaped part of the filter layer (2) in the plane spanned by the two Haupterstreckungsnchtungen area

has a constant width and / or

has a constant composition and / or thickness of the filter material and / or kink-free and / or

has a circular arc portion-shaped partial course and / or

has a meandering course and / or

has a full circular arc course and / or

has a rotationally and / or point and / or mirror-symmetrical shape.

4. Filter device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the microwave resonator (5) upon excitation via the electromagnetic Terminal (9, 10) having a frequency in a frequency range of 100 MHz to 10 GHz has a quality in a quality range of 50 to 500.

5. Filter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the strip-shaped part of the filter layer (2) in the plane defined by the two main extension directions surface

a width in a width range of 500 μηη to 5 mm and / or

has a length in a length range of 5 cm to 50 cm.

6. Filter device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the conductor material (4) comprises mono- or multifilaments which are electrically conductive and / or metallic coated.

7. Filter device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the conductor material (4) comprises electrically conductive suture which is sewn or embroidered by the filter material (3).

8. Filter device (1) according to one of the preceding claims, characterized by an at the at least one electromagnetic terminal (9, 10) connected or connectable interrogator device (19), the d azu augebi ld et, a mi krowel le in to excite the microwave resonator (5) and to detect the excited microwave in the microwave resonator (5).

9. Filter device (1) according to claim 8, characterized in that the interrogator (19) is adapted to excite the microwave in the microwave resonator (5) with different frequencies.

10. Filter device (1) according to claim 8 or 9, characterized in that the interrogator (19) is adapted to detect at least one characteristic parameter of the microwave resonator (5).

1 1. Filter device (1) according to one of claims 6 to 9, characterized in that the interrogator (19) outputs a signal when the at least one characteristic parameter of the microwave resonator (5) deviates from a specification.

12. Filter device (1) according to any one of claims 8 to 1 1, characterized in that the interrogator (19) is adapted to measure an attenuation and / or phase of the microwave in the microwave resonator (5).

13. Filter device (1) according to one of claims 8 to 12, characterized in that the interrogator (19) forms a microwave resonator (5) comprising a microwave resonant circuit.

14. Filter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electromagnetic connection (9, 10) is inductively and / or capacitively coupled to the microwave resonator (5).

15. Filter device (1) according to claim 14, characterized in that the at least one electromagnetic connection (9, 10) in the manner of an autotransformer to the conductor material (4) of the microwave resonator (5) is connected.

16. Filter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that with the conductor material (4) a plurality of microwave resonators (5) in the filter layer (2) are formed.

17. Filter device (1) according to claim 16, characterized in that the plurality of microwave resonators (5) each have their own electromagnetic connection (9, 10) to excite a microwave in the microwave resonator (5) and / or the excited microwave in to detect the microwave resonator (5).

18. Filter device (1) according to claim 16 or 17, characterized in that the plurality of microwave resonators (5) are arranged at different positions in the surface and / or the depth of the filter layer (2).

19. Filter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the filter material (3) is a porous ceramic and / or granules and / or a fabric and / or a nonwoven.