DE3106614A1 - Luftreiniger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Luftreiniger, die ein Gehäuse haben, welches einen Einlaß und einen Auslaß hat, wobei innerhalb des Gehäuses ein Papierfaltenfilter derart montiert ist, daß im Betrieb Luft vom Einlaß zum Auslaß durch das Filterelement hindurchströmt. Insbesondere betrifft die Erfindung Luftreiniger, bei denen das Filterelement im allgemeinen rohrförmig in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, dessen offene Enden in abgedichteter Weise gegen gegenüberliegende Enden des Gehäuses anliegen, so daß die Luft, die vom Einlaß zum Auslaß strömt, gezwungen wird, durch die rohrförmige Wand des Filterelementes hindurchzuströmen.

Das Filterelement selbst ist üblicherweise austauschbar, und zu diesem Zweck kann das Gehäuse geöffnet werden, und dieser Austausch erfolgt entweder in regelmäßigen Zeitabständen oder einfach immer dann, wenn durch irgendeine Verschmutzung, die aus der Luft ausgefiltert wurde, das Filterelement verstopft wurde. Um die Zeitabstände zwischen diesem Austausch maximal vergrößern zu können, ist es sehr wünschenswert, daß die Wand des Filterelementes die größtmögliche Nutzfläche aufweist, um Verschmutzungen aufzunehmen, ohne daß in unnötiger Weise der Einlaß oder Auslaß beeinträchtigt werden, und daß ferner die Strömung der verschmutzten Luft gleichförmig über diese Oberfläche verteilt wird. Das erste Erfordernis kann dadurch teilweise erfüllt werden, daß die Außenseite des Filterelementes zur Einlaßseite für die verschmutzte Luft wird, jedoch für eine gewisse Gehäusegröße begrenzt das zweite Erfordernis den maximal möglichen Durchmesser des Filterelementes. In nachteiliger Weise wird die Größe des Gehäuses ebenfalls sehr oft durch den zur Verfügung stehenden Raum, in

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dem dieses untergebracht werden soll, begrenzt, und dies ist ein Faktor, der außerhalb der Möglichkeiten eines Herstellers von Luftreinigern liegt, beispielsweise eines Herstellers für Luftreiniger von Kraftfahrzeugen.

Die Erhöhung der Filterelementdicke radial nach innen kann zu einer nützlichen Vergrößerung der Oberfläche führen, jedoch hinsichtlich der begrenzten Größe des Gehäuses kann dies aber auch dazu führen, daß wenigstens teilweise der Auslaß versperrt wird, und dies kann ebenfalls zu einem übermäßig großen Druckabfall am Filterelement führen.

Im Fall von Papierfaltenfilter treten weitere Schwierigkeiten auf. Die Scheitel und Mulden der Falten erstrecken sich üblicherweise axial zum Element und die Tiefe der Falten bestimmen die radiale Dicke des Filterelementes. Der Abstand der Falten und deren Tiefe beeinflussen ganz erheblich die gesamte nutzbare Oberfläche des Papierfilters im Luftreiniger. Ein viel wesentlicherer praktischer Gesichtspunkt ist jedoch die Leichtigkeit, mit der Schmutzteilchen in die Falten eintreten können. Zu geringe Faltenabstände und/oder zu tiefe Falten führen zu einer großen Oberfläche, jedoch zu einer, die nur unzureichend ausgenützt wird, da die Wandungen, welche die Falten bilden, insbesondere in ihren radial inneren Abschnitten zu dicht beieinander liegen.

Vermindert man für einen gegebenen Durchsatz den Durchmesser des Luftreinigergehäuses, so treten Probleme eines erhöhten Druckabfalles und übermäßig großer Luftgeschwindigkeit um das Filterelement herum auf, die verbunden mit einer asymmetrischen Staubverteilung über das Element sehr

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nachteilig sind. Die Erhöhung des Druckabfalls ist das schwerwiegendste Problem, und zwar insbesondere dann, wenn die erste öffnung im Gehäuse tangential gerichtet ist.

Erfindungsgemäß wird bei einem Luftreiniger der vorstehend beschriebenen Art, bei dem ein kegelstumpffor- · miger Papierfaltenfilter verwendet wird, der in einem rohrförmigen Gehäuse montiert ist, welches eine erste axiale öffnung aufweist, die mit dem Inneren des Filterelementes am breiten Ende des Kegelstumpfes verbunden ist, und eine zweite öffnung in der Zylinderwandung des Gehäuses, die mit der Außenseite des Kegelstumpf.es in der Nähe des relativ schmalen Endes verbunden ist, die Achse des Filterelementes relativ zur Achse des Luftreinigergehäuses von der zweiten öffnung fortgekippt, so daß der radiale Freiraum zwischen dem Filterelement und der besagten öffnung für ein gegebenes Filterelement vergrößert wird, ohne daß die Abmessung des Gehäuses vergrößert wird.

Vorzugsweise wird die zweite öffnung als Einlaß des Luftreinigers verwendet und der Auslaß ist die axiale öffnung, die mit der Innenseite des Filterelementes in Verbindung steht. Diese Anordnung führt zu einer besseren Ausnutzung der Gesamtoberfläche des Papierfaltenfilters, aus dem das Filterelement besteht, da die äußere Oberfläche dieses Elementes für den Staub besser zugänglich ist, und zwar insbesondere wenn man die Bodenbereiche der Falten betrachtet.

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Es wurde gefunden, daß durch die Erfindung ein erheblich herabgesetzter Druckabfall durch das Filterelement erzielt wird. Es erfolgt auch eine bessere, gleichförmigere Verteilung des Staubes über die Gesamtoberfläche des Papiers« zusammen mit verminderten Luftströmungsgeschwindigkeiten, um das Filterelement herum. Die beiden zuletzt genannten Wirkungen sind jedoch von etwas geringerer Bedeutung. Für ein gegebenes Filterelement und eine gegebene Gehäuseabmessung (Länge und Durchmesser) und für einen üblichen Volumendurchsatz ergibt sich eine Erhöhung der Betriebslebensdauer des Filterelementes. Dies ist von erheblicher Bedeutung in den Fällen, in denen aus irgendwelchen Gründen die Verwendung von größeren Durchs messern für das Gehäuse ausgeschlossen wird. Es kann aber auch ein größerer Durchsatz für die gleiche Betriebslebensdauer des Filterelementes erzielt werden.

Die gewünschte Kippung oder Neigung der Filterelementachse kann zumindest auf zweierlei Weise erzielt werden. Zuerst können die gegenüberliegenden Enden des Filterelementes derart ausgebildet sein, daß sie in parallelen Ebenen liegen, die unter einem Winkel zur Normalen zur Achse des Filterelsmentes verlaufen. Zweitens können die Stirnwandungen des Gehäuses selbst derart ausgebildet sein, daß sie ein normales symmetrisches Element in einer geneigten Achsstellung aufnehmen und anordnen. Dies ist bevorzugt, da hierdurch ganz erheblich die Herstellung des Filterelementes vereinfacht wird.

Das Filterelement kann ebenfalls die Form von zwei kegelstumpf förmi gen Papierfaltenfiltern aufweisen, die teilweise teleskopisch ineinander angeordnet sind, wobei deren einander überlappende Enden durch einen undurchlässigen

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Bauteil rsiteinander verbunden sind, um eine Leckströmung durch den Ringraum zwischen diesen Teilen hindurch zu verhindern.

Eine derartige Ausfuhrungsform soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform haben die beiden kegelstumpfförmigen Filterelemente eine gemeinsame Achse, die relativ zur Achse des Gehäuses, wie im Vorstehenden beschrieben, gekippt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenschnittansicht einer Ausführungsform des Luftreinigers oder Luftfilters,

Fig. 2 eine schematische Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform
und

Fig. 3 eine schematische Seitenschnittansicht einer anderen Ausführungsform.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen sollen zuerst beschrieben werden, da gleiche Teile in gleichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Ein Luftfilter weist ein zylindrisches Gehäuse auf, welches eine radiale öffnung 1 in der Zylinderwandung 2 hat und eine axiale öffnung 3 in einer Endwand 4. Das andere Ende ist mittels eines abnehmbaren Deckels 5 verschlossen, welcher einen Zugang zu einem Filterelement ermöglicht, das im Inneren des Gehäuses eingebaut ist. Die Art der Befestigung des Deckels 5 ist für die Erfindung nicht we-

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sentlich und muß nicht im einzelnen beschrieben werden. Das Filterelement ist ein Papierfaltenfilter 7, der von inneren und äußeren Rohren 8, 9 getragen wird, die aus perforiertem Metall bestehen. Die Enden des Faltenfilters und der Rohre werden durch Endkappen 10, 11 abgedichtet. Die Kappe 11 trägt eine äußere Ringdichtung 12, welche eine Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Faltenfilters verhindert. Die Kappe 10 weist eine mittlere Sperr- oder Verschlußscheibe 13 auf, die zu dem gleichen Zweck wie der Dichtungsring 12 dient.

Es sei nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Filterelement ist im allgemeinen kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei jedoch die Enden in parallelen Ebenen liegen, die unter einem kleinen Winkel zur Normalen zur Achse des Konus angeordnet sind. Das Filterelement ist im Gehäuse cerart eingebaut, daß eine Seite des Filterelementes im wesentlichen parallel zur Wand des Gehäuses gegenüber der radialen öffnung 1 verläuft.

Dies bewirkt, daß die Achse des Filterelementes leicht gegenüber der Achse des Gehäuses gekippt ist und daß der radiale Freiraum zwischen der öffnung 1 und dem äußeren Tragrohr 9 des Filterelementes aus perforiertem Metall dadurch vergrößert wird.

In Fig. 2 ist ein kegelstumpfförmiges Filterelement dargestellt, bei welchem die Endwand 4 und der Deckel 5 in parallelen Ebenen angeordnet sind, die gegenüber der Normalen zur Gehäuseachse gekippt sind. Der Effekt ist genau der gleiche wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, jedoch ist das Filterelement selbst symmetrisch, d. h. konventionell, wobei dessen Enden in Ebenen liegen,

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die im wesentlichen normal zur Achse des Konus verlaufen» Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß lediglich das Gehäuse abgeändert werden muß, während der in Fig. 1 dargestellte Luftreiniger ein spezielles Filterelement benötigt, welches korrekt und genau eingebaut werden muß.

Das in Fig. 2 dargestellte Filterelement wird automatisch in der richtigen Stellung eingebaut, ohne daß ein Bedienungsfehler auftreten kann, wobei jedoch beim Wiederaufsetzen des Deckels 5 mit Sorgfalt gearbeitet werden muß. Der Deckel kann am Gehäuse aufgekeilt werden, um einen richtigen Sitz sicherzustellen. Wegen der verhältnismäßig einfachen Herstellung des in Fig. 2 dargestellten Filterelementes wird diese Ausführungsform vor der in Fig. 1 dargestellten bevorzugt. Die erste öffnung im Gehäuse ist vorzugsweise der Einlaß des Luftreinigers, und die axiale öffnung ist vorzugsweise der Auslaß, da bei dieser Anordnung die bestmögliche Ausnützung der Papierfläche im Filterelement erzielt wird.

Ein Luftfilter der in Fig. 2 dargestellten Art wurde hergestellt und mit einem ähnlichen üblichen Luftfilter verglichen, bei dem die Achse des Filterelementes nicht relativ zur Achse des Gehäuses gekippt war. Die Luftreiniger waren in anderer Hinsicht identisch mit den folgenden Abmessungen:

Gehäuselänge 47 cm Anzahl der Falten 160

Faltentiefe 3,8 cm Gehäusedurchmesser 22 cm normale Leistung

Länge des Filter- 17 Kubikmeter pro

elementes 46 cm Minute

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Jedes Element hatte am relativ breiten Ende einen Außendurchmesser von 21 cm. Das schmale Ende hatte einen Außendurchmesser von 18 cm. Sowohl der Einlaß als auch der Auslaß des Gehäuses hatten einen Durchmesser von etwas weniger als 13 cm.

Ein Test beim gemessenen Durchsatz ergab, daß der Druckabfall am üblichen Luftreiniger etwa 12 cm Wassersäule betrug, während er beim erfindungsgemäßen Luftreiniger lediglich etwa 8 cm Wassersäule betrug. Dies ist eine sehr erhebliche Verringerung bei einer relativ geringen Änderung der Luftreinigergeometrie.

Es sei bemerkt, daß die erste öffnung im Gehäuse einen Durchmesser haben sollte, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Filterelementes sein sollte, welches gegen diese öffnung anliegt, um einen minimalen Druckabfall am Luftreiniger zu erhalten. In gleicher Weise sollte die zweite öffnung wenigstens den gleichen Durchmesser haben.

Es sei nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen. Ein Luftreiniger weist ein zylindrisches Gehäuse auf, welches eine radiale öffnung 20 in der Zylinderwandung 21 aufweist und eine axiale öffnung 22 in einer Endwand 23. Das gegenüberliegende Ende ist mittels eines abnehmbaren Deckels 24 verschlossen, der einen Zugang zu einem Filterelement ermöglicht, welches in das Gehäuse eingebaut ist. Einzelheiten der Befestigung des Deckels am Gehäuse sind für die Erfindung nicht wesentlich und müssen deshalb nicht im einzelnen beschrieben werden. Das Filterelement weist zwei kegelstumpfförmige Papierfaltenfilter 25 und 26 auf, wobei jeder Filter durch nicht dargestellte innere und äußere

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Rohre aus perforiertem Metall getragen wird, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Die Filterabschnitte sind teilweise teleskopartig ineinander angeordnet, wobei die sich überlappenden Enden mittels eines undurchlässigen Bauteils 27 verbunden sind, um eine Leckage durch den Ringraum zwischen diesen Filterabschnitten hindurch zu verhindern. Die Enden der Filterabschnitte sind zusammen mit ihrem Tragrohren abgedichtet in Endkappen 28, 29, 30 und 31 angeordnet. Die Kappe 28 weist einen Dichtungsring 32 auf, der sich um die axiale öffnung 22 herum erstreckt. Die Kappe 31 weist eine mittlere Sperr- oder Verschlußscheibe 33 auf, um das Ende des Filterelementes abzuschließen. Beide Filterelementabschnitte sind kegelstumpfförmig ausgebildet und haben eine gemeinsame Achse, welche relativ zur Achse des Gehäuses gekippt ist. Dies führt zu einem Aufbau, bei dem die Gehäuseendwandungen, die in parallelen Ebenen liegen, unter einem Winkel zur Normalen zur Gehäuseachse verlaufen. Dies ermöglicht, daß die Filterelemente symmetrisch sind, wobei es sich hierbei bezüglich der Herstellung um die einfachste Form handelt. Durch die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform wird nicht nur für eine gegebene axiale Abmessung des Gehäuses eine große Menge Filterpapier zur Verfügung gestellt, sondern die Faltenabstände in den einzelnen Filterelementen können optimal gestaltet werden, so daß die zur Verfügung stehende Papierfläche maximal ausgenutzt werden kann.

Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen einen radialen Einlaß in das Gehäuse aufweisen, sei bemerkt, daß die Erfindung auch bei einem tangentialen Einlaß angewendet werden kann. Es werden erhebliche Vorteile bei der Verwendung eines tangentialen Einlasses erzielt, da durch

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die Erfindung ein durch den tangentialen Einlaß hervorgerufenes Problem ausgeschaltet oder auf ein Minimum herabgedrückt wird. Es handelt sich hierbei darum, daß die Wirbelbewegung um das Element, die durch einen tangentialen Einlaß erzeugt wird, nicht in einen statischen Druck an der Außenseite des Filterelementes umgewandelt wird. Stattdessen wird diese Wirbelbewegung graduell um das Element herum aufgezehrt und dies führt zu einer Erhöhung des Druckabfalls in der Größenordnung von 20%, üblicherweise 2 1/2 cm Wassersäule. Die Neigung der Achse des Filterelementes wirkt diesem Verlust entgegen, und zwar durch eine Beschränkung der Strömung um das Element herum und erzeugt einen Drosseleffekt für die Luftbewegung.

Die Verwendung eines tangentialen Einlasses ist aus optischen Gründen häufig wünschenswert und ermöglicht die Verwendung eines ansehnlicheren Leitungssystems, beispielsweise längs der Rückwand einer Fahrzeugkarosserie. Durch die Erfindung kann ein tangentialer Einlaß unter den Umständen verwendet werden, in denen sonst eine unannehmbare Leistung des Luftreinigers erzielt würde.

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Claims (7)

MÜLLEJE- BORK - DiEUFJHQ --fcCHOST · HEBTEL BXTHOPKAN PATKNT AT'A'OHNBYS DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALTVON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS. Hl/Gei - E 1240 23. Februar 1981 ENGINEERING COMPONENTS LIMITED, 14 Liverpool Road, Slough, SL1 4QP / England Luftreiniger Patentansprüche

1. Luftreiniger mit einem kegelstumpfförmigen Papierfaltenfilter, der in einem rohrförmigen Gehäuse montiert ist, welches eine ersi.e axiale öffnung aufweist, die mit der Innenseite des F.. It ere !ententes am relativ breiten Ende des Kegelstumpfes verbunden ist und eine zweite öffnung in der Zylinderwand des Gehäuses, die mit der Außenseite des Filterelementes in der Nähe des verhältnismäßig schmalen Endes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Elementes relativ zur Achse des Gehäuses von der zweiten öffnung fort gekippt ist, so daß der radiale freie Raum zwischen dem Filter-

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MÜNCHEN 86. SIEBERTSTR. A ■ POB 860720 ■ KABEL: MUEBOPAT · TEL. (089) <174005 . · TELECOPIER XEROX 400 · TELEX 5-24285

element und dieser Öffnung für ein gegebenes Filterelement vergrößert wird, ohne die Abmessung des Gehäuses zu vergrößern.

2. Luftreiniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb die zweite öffnung der Einlaß ist und die axiale öffnung der Auslaß.

3. Luftreiniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Kippung der Filterelementachse dadurch erzielt wird, daß die gegenüberliegenden Enden des Elementes in parallelen Ebenen liegen, die nicht senkrecht zur Achse des Elementes verlaufen.

4. Luftreiniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Kippung der Filterelementachse durch die Konfiguration der Stirnwände des Gehäuses erzielt wird, wobei diese Stirnwände in parallelen Ebenen liegen, die nicht senkrecht zur Achse des Gehäuses verlaufen, sondern senkrecht zur Achse des Filterelementes, wenn dieses im Gehäuse eingebaut ist.

5. Luftreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement zwei kegelstumpfförmige Abschnitte aufweist, die teilweise teleskopartig ineinander gesetzt sind, wobei deren sich überlappenden Enden mittels eines undurchlässigen Bauteiles miteinander verbunden sind, so daß eine Leckströmung durch den Ringraum zwischen diesen Filterabschnitten verhindert wird.

6. Luftreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste öffnung im Gehäuse einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Elementes, das um diese öffnung anliegt, ist.

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7. Luftreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung tangential zum Gehäuse verläuft.

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