DE4027907A1 - Filter zum filtrieren von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Filter zum Filtrieren von Flüssigkeiten, der ein in einem Gehäuse mit einem Eingang und einem Ausgang angeordnetes Filtertuch aufweist, und der von einem mittels einer akustischen Vorrichtung, wie z.B. ein akustischer Wandler, erzeugten akustischen Feld beeinflußt werden kann.

Es ist bekannt, den Filtriervorgang durch Beeinflussen eines Filtertuches mit einem akustischen Feld, wie z.B. einem Ultraschallfeld, in Verbindung mit Filtrieren von Öl zu verbessern. Ein solcher bekannter Filter weist ein zylindrisches in einem Gehäuse drehbar angeordnetes Filter­ tuch auf. Das zu filtrierende Öl wird in das Filtergehäuse an der Außenseite des Filtertuches geführt, und das fil­ trierte Öl wird von der Innenseite des Filtertuches wegge­ führt. Längs der Oberfläche des zylindrischen Filtertuches sind Hochleistungswandler vorgesehen, die das Filtertuch während der langsamen Rotation desselben reinigen. Der bekannte Filter ist mit dem Nachteil behaftet, daß das Filtertuch aufgrund der Kavitation des kräftigen Ultra­ schallfeldes schnell abgenutzt wird. Gleichzeitig ist der Filter wegen des Wandlersystems und des rotierenden zylin­ drischen Tuches sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Filter der obigen Art zu schaffen, der billig sowohl herzustellen als auch betriebsmäßig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filtertuch im wesentlichen in einem Druckknotenpunkt, d.h. einem Geschwindigkeitsbauch, des akustischen Feldes ange­ ordnet ist.

In dieser Weise wird ein Filter erreicht, der betriebswirt­ schaftlich ist, da die Dauer seiner Gebrauchstüchtigkeit verhältnismäßig lang ist. Dieser Vorteil ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß das Filtertuch in einem Druck­ knotenpunkt angeordnet ist, d.h. wo eine große Partikel­ geschwindigkeitsamplitude mit einer niedrigen Druckamplitude besteht, mit der Folge, daß die Kavitation an der Oberfläche des Filtertuches minimal ist.

Gemäß der Erfindung kann das akustische Feld stehende Wellen in einem akustischen Resonator sein, wobei der Ultraschall­ effekt optimal ausgenutzt wird, da das Schallfeld im Resona­ tor verstärkt wird anstelle durch Ausstrahlen in ein freies Feld hinaus verlorenzugehen. Der erheblich herabgesetzte Leistungsbedarf ermöglicht daher eine Anwendung einer aku­ stischen Vorrichtung in Form eines Wandlers mit einer piezoelektrischen Scheibe.

Der Resonator ist einer Länge einer ganzen Zahl von halben Wellenlängen in der Ausbreitungsrichtung des von der aku­ stischen Vorrichtung, d.h. dem Wandler, erzeugten akustisch­ en Feldes gesehen, vorausgesetzt, daß die beiden Enden des Resonators von einem annähernd perfekten Reflektor, wie z.B. eine dicke Platte eines Materials mit einer akustischen Impedanz, die erheblich größer ist als die Impedanz der Flüssigkeit, abgeschlossen sind. Falls der Resonator bei­ spielsweise von einer dünnen Kunststoffplatte abgeschlossen ist, wird der Schalldruck gegenphasig reflektiert mit der Folge, daß der Resonator von einer Länge einer ungeraden Zahl von Viertelwellenlängen sein muß.

Ferner kann der Filter gemäß der Erfindung zwei oder mehrere in ihrem jeweiligen Druckknotenpunkt des Feldes angeordnete Filtertücher aufweisen, und die Zwischenräume zwischen den Filtertüchern können wechselweise mit der Eingangs- bzw. der Ausgangsseite des Filters in Verbindung stehen.

In dieser Weise wird durch eine optimale Ausnutzung des Ultraschalleffektes ein Filter mit hoher Filtrierkapazität erreicht, der außerdem verhältnismäßig kompakt aufbaubar ist.

Schließlich gemäß der Erfindung kann der Filter mehrere, vorzugsweise zwei Filtertücher aufweisen, die in einem gemeinsamen Druckknotenpunkt des akustischen Feldes mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, und die Zwischenräume zwischen den Filtertüchern können wechselweise mit der Eingangs- bzw. der Ausgangsseite des Filters in Verbindung stehen.

Somit wird ein im Verhältnis zu seiner Filtrierkapazität sehr kompakter Filter erreicht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Filters gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Druckamplitude im Filter in Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Filters gemäß der Erfindung,

Fig. 4 die Druckamplitude im Filter in Fig. 3, und

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Filters gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Filters gemäß der Erfindung zum Filtrieren einer Flüssigkeit, wie z.B. eine photographische oder reprographische Entwickler­ flüssigkeit. Der Filter weist ein Filtertuch 40, das typisch aus einem gewobenen Metallschirm einer Maschenweite von 10 bis 100 µm hergestellt ist, ein erstes Filtergehäuseteil 38 und ein zweites Filtergehäuseteil 39, wo das Filtertuch 40 zwischen den Filtergehäuseteilen festgehalten wird, auf. Ein Ultraschallwandler weist eine piezoelektrische Scheibe 34 auf, die an einer Metallplatte 37 festgeleimt ist, und die die Stirnwand des ersten Filtergehäuseteils 38 bildet. Die piezoelektrische Scheibe 34 ist mit Verbin­ dungsleitungen 35 und 36 versehen. Die Stirnwand 80 des zweiten Gehäuseteils 39 ist der Stirnwand 37 des ersten Gehäuseteils 38 gegenüber angeordnet und stellt einen ideellen Reflektor dar. Im Boden des ersten Gehäuseteils 38 ist ein Einlauf 81 für Flüssigkeit vorgesehen, und im Boden des zweiten Gehäuseteils 39 ist ein Auslauf 82 für Flüssigkeit vorgesehen. Der Abstand zwischen der Stirnwand 37 des ersten Gehäuseteils 38 und der Stirnwand 80 des zweiten Gehäuseteils 39 entspricht einer halben Wellenlänge der Schallausbreitung in der zu filtrierenden Flüssigkeit. Das Filtertuch 40 ist im wesentlichen entsprechend einer Viertelwellenlänge von den obigen Stirnwänden angeordnet. Fig. 2 zeigt entsprechend die Druckamplitude im Filter, wenn, entsprechend dem Obigen, eine derartige Frequenz angewendet wird, daß der Abstand zwischen dem Wandler 34 und 37 und dem Reflektor 39 einer halben Wellenlänge für die Schallausbreitung in der Flüssigkeit entspricht.

Der Wandler läßt sich in Abhängigkeit der Belastung des Filters entweder kontinuierlich oder periodisch betätigen. wobei die Lebensdauer des Filtertuches verlängert wird. Ideel gesehen, muß der Ultraschall angewendet werden jedes­ mal, wenn der Druckfall über dem Filter einen festgelegten Grenzwert erreicht hat. Praktische Versuche zeigen, daß die Flüssigkeitsströmung durch den Filter bei einer festen Pumpenleistung annähernd exponentiell mit der Zeit fällt. Wenn das Filtertuch Ultraschall ausgesetzt wird, steigt die Flüssigkeitsströmung aber wieder exponentiell, aber typisch mit einer Zeitkonstante, die zwei bis drei Größen­ ordnungen geringer ist als die Zeitkonstante für Verstop­ fen. Ultraschall braucht daher nur ganz wenige Prozente der Zeit angewendet zu werden.

Da Erzeugen von Ultraschall verhältnismäßig teuer ist, ist es vorteilhaft, das Ultraschallfeld bestmöglichst auszu­ nutzen. Da das Dämpfen durch ein dünnes Filtertuch minimal ist, selbst wenn es in einem Maximum für die Partikelge­ schwindigkeitsamplitude angeordnet ist, läßt sich der Resonator derart verlängern, daß seine Länge einer höheren Zahl von halben Wellenlängen entspricht. In jedem Maximum der Partikelgeschwindigkeitsamplitude lassen sich ein oder mehrere Filtertücher anbringen, wobei die Zwischenräume zwischen den Filtertüchern wechselweise mit der Eingangs- bzw. der Ausgangsseite des Filters in Verbindung stehen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Filters, wo der Resonator eine Länge von einer Wellenlänge aufweist, vgl. Fig. 4, die die Druckamplitude im Filter zeigt. Der Filter in Fig. 3 ist im Prinzip entsprechend dem Filter in Fig. 1 aufgebaut, da er ein erstes Gehäuseteil 41, das dem Ge­ häuseteil 38 in Fig. 1 entspricht, und ein zweites Ge­ häuseteil 43, das dem Gehäuseteil 39 in Fig. 1 entspricht, aufweist, wobei aber der Auslauf 82 in Fig. 1 hier als Einlauf 83 dient. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 41 und 43 ist ein Zwischenstück 42 angeordnet, das im Boden einen Auslauf 85 aufweist. Zwischen dem ersten Gehäuseteil 41 und dem Zwischenstück 42 ist ein erstes Filtertuch 44 entsprechend dem Filtertuch 40 in Fig. 1 vorgesehen, und zwischen dem Zwischenstück 42 und dem zweiten Gehäuseteil 43 ist ein zweites Filtertuch 45 entsprechend dem Filtertuch 44 vorgesehen.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Filters gemäß der Erfindung, wobei mehrere Filtertücher vorgesehen sind. Die Länge des Resonators dieses Filters entspricht wie beim Filter in Fig. 3 einer Wellenlänge. In diesem Filter sind aber an jedem Minimum der Druckamplitude zwei Filtertücher 51, 52; 53, 54 mit einem kleinen gegenseitigen Abstand vorgesehen. Der Filter weist ein erstes Gehäuseteil 46, das dem Gehäuseteil 41 in Fig. 3 entspricht, ein zweites Gehäuseteil, das dem Gehäuseteil 43 in Fig. 3 entspricht, und ein Zwischenstück 48, das dem Zwischenstück 42 in Fig. 3 entspricht, auf, wobei aber der Auslauf 85 in Fig. 3 hier als Einlauf 89 dient. Der kleine Abstand zwischen den Filtertüchern 51, 52 und 53, 54 entspricht typisch weniger als 1/10 der Wellenlänge und ist mittels Einsatzstücke 47 und 49 mit Öffnungen 86, 87 für das Wegführen von Flüssig­ keit vorgesehen.

Der in Fig. 3 und 5 gezeigte Filter läßt sich selbstver­ ständlich, wie oben in Verbindung mit dem Filter in Fig. 1 beschrieben, sowohl kontinuierlich als auch periodisch in Abhängigkeit des Verstopfens des Filtertuches betätigen.

Es sollte bemerkt werden, daß obwohl alle gezeigten Aus­ führungsbeispiele ein ebenes Filtertuch anwenden, sich der Resonator sowohl für ein eindimensionales als auch für ein radiales Feld orientieren läßt, wobei das Filtertuch den Charakter einer Zylinderschale hat.

Ferner sollte bemerkt werden, daß es in Verbindung mit dem Anwenden des Ultraschallfeldes vorteilhaft sein kann, die Durchströmung durch das Filter zu kehren, so daß eine sogenannte Rückspülung des Filtertuches durchgeführt wird. Die Rückspülung ist derart durchzuführen, daß die Eingangs­ seite des Filters für Unreinigkeiten oder Partikel abgelas­ sen wird, die bei der Einwirkung des angewendeten Ultra­ schalls durch Führen der für die Rückspülung angewendeten und Unreinigkeiten enthaltenden Flüssigkeitsmenge durch ein für diesen Zweck vorgesehenes Abflußventil gelöst werden.

In reprographischen Maschinen ist die Menge von Unreinig­ keiten in den benutzten Flüssigkeiten, wie Entwickler­ flüssigkeit, Fixierflüssigkeit und Spülflüssigkeit, im großen und ganzen mit der Menge von in der Maschine behan­ delten photographischen Material proportional. Da eine typische reprographische Maschine das Areal von behandeltem photographischem Material mißt und den verwendeten Flüssig­ keiten frische Flüssigkeit proportional damit zuführt, läßt sich der Filter gemäß der Erfindung, wenn in einer reprographischen Maschine angewendet, vorteilhaft derart steuern, daß die bei der obigen Rückspülung auftretenden Unreinigkeiten kurz vor der Zufuhr einer frischen Flüssig­ keitsdosis entfernt werden, da somit vermieden wird, daß eine Menge der frischen Flüssigkeit beim Entfernen wegge­ führt wird.

Claims (4)

1. Filter zum Filtrieren von Flüssigkeiten, der ein in einem Gehäuse mit einem Eingang und einem Ausgang angeordnetes Filtertuch aufweist, und der von einem mittels einer akustischen Vorrichtung, wie z.B. ein akustischer Wandler, erzeugten akustischen Feld beein­ flußt werden kann, dadurch gekennzeich­ net, daß das Filtertuch im wesentlichen in einem Druckknotenpunkt, d.h. einem Geschwindigkeitsbauch, des akustischen Feldes angeordnet ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das akustische Feld stehende Wellen in einem akustischen Resonator ist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es zwei oder mehrere in ihrem jeweiligen Druckknotenpunkt des Feldes angeordnete Filtertücher (44, 45) aufweist, und daß die Zwischen­ räume zwischen den Filtertüchern wechselweise mit der Eingangs- bzw. der Ausgangsseite des Filters in Verbin­ dung stehen.

4. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere, vorzugsweise zwei Filtertücher (51, 52; 53, 54) in einem gemeinsamen Druckknotenpunkt des akustischen Feldes mit gegen­ seitigem Abstand angeordnet sind, und daß die Zwi­ schenräume zwischen den Filtertüchern wechselweise mit der Eingangs- bzw. der Ausgangsseite des Filters in Verbindung stehen.