DE10128791A1 - Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft (2) eines Verbrennungsmotors (3) an einem handgeführten Arbeitsgerät wie einem Trennschleifer, eine Motorkettensäge oder dgl. Dabei ist über einen ersten Fliehkraftabscheider (4) einem Luftfilter (6) Verbrennungsluft zugeführt. Um einen wartungsarmen Dauerbetrieb bei insbesondere sehr staubhaltiger Umgebungsluft der Ansaugvorrichtung zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Luftfilter (6) neben der Verbrennungsluft mit einem Trägerluftstrom (8) beaufschlagt ist, der gröbere Partikel (9) enthält, die dem Aufbau eines Filterkuchens (26) auf dem Luftfilter (6) dienen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung für die Ver­ brennungsluft eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE 25 50 165 C3 ist eine Ansaugvorrichtung für Verbrennungsluft beschrieben, die ein handgeführtes Arbeitsgerät, nämlich einen Luftkissenrasenmäher antreibt. Die Ansaugvorrichtung besteht aus einem zylindrischen Ge­ häuse, in dem tangential ein Ansaugluftstrom geführt ist. Das zylindrische Gehäuse dient als Fliehkraftabscheider zur Abscheidung und zum Austrag von Verunreinigungen in der an­ gesaugten Luft. Der Luftfilter ist an das Zentrum des Fliehkraftabscheiders angeschlossen, in dem vorgereinigte Luft geführt wird. Der Luftfilter besteht aus einem dick­ wandigen Feinfilter, der eines Ölauftrages bedarf, um Feinstaub ausfiltern zu können. Die Absaugvorrichtung be­ darf stetiger Kontrolle und Wartung, insbesondere bei sehr staubhaltiger Ansaugluft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugvor­ richtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors eines handgeführten Arbeitsgerätes zu schaffen, die bei ge­ ringem Wartungsaufwand eine hohe Standzeit hat.

Die Aufgabe wird mit einer Ansaugvorrichtung mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Dem Luftfilter wird neben dem staubarmen, im wesentlichen Feinstpartikel führenden Kernstrom des Fliehkraftab­ scheiders mit einem zusätzlichen Trägerluftstrom beauf­ schlagt, welcher grobe Partikel in grob vorgegebener Menge führt. Die Partikel haben dabei einen mittleren Korndurch­ messer, der geeignet ist, auf dem Luftfilter einen Filter­ kuchen aufzubauen. Der Filterkuchen dient dabei zur Ab­ scheidung der Feinstpartikeln in dem auf den Luftfilter ge­ lenkten Kernstrom des Fliehkraftabscheiders. Der zusätz­ liche Trägerluftstrom wird zweckmäßig von dem Mantelstrom eines weiteren Fliehkraftabscheiders gebildet. Als Kern­ strom wird der axial um die Längsmittelachse eines Flieh­ kraftabscheiders strömende Gas- oder Luftstrom verstanden, während sich der Mantelstrom radial außerhalb des Kern­ stroms tangential und axial an der Innenseite des Mantels eines Fliehkraftabscheiders bewegt. In dem Mantelstrom be­ finden sich aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte größere Partikelfraktionen als in dem Kernstrom, in dem sich lediglich Feinstpartikel mit geringer Masse und kleinem Durchmesser befinden.

Auf diese Weise ist eine Ansaugvorrichtung für die Verbren­ nuhgsluft eines Verbrennungsmotors geschaffen, welche trotz vorgeschalteter Fliehkraftabscheidung nach dem Prinzip einer Kuchenfiltration arbeitet. Die Wartungsintervalle des Luftfilters sind so signifikant verlängert. Die Ansaug­ vorrichtung ist platzsparend und kann zur Anwendung in einem handgeführten Arbeitsgerät, aus einem Luftfilter und ein oder mehreren Fliehkraftabscheidern gebildet werden. Vorzugsweise werden zylinderförmige Axialzyklone mit axialer Luftzuführung als Fliehkraftabscheider verwandt. Es kann auch zweckmäßig sein, die Fliehkraftabscheider als Zyklone mit einem zylindrischen Gehäuseabschnitt und an­ schließend sich konisch verjüngendem Gehäuse oder auch als Turbofilter auszubilden.

In den Fliehkraftabscheidern herrscht im Betrieb eine Drallströmung. Die Drallströmung kann dabei dadurch bewirkt werden, daß die jeweilige Ansaugöffnung des Fliehkraftab­ scheiders tangential an dessen Gehäuse angeordnet ist, während der Reinluftaustritt axial am Gehäuse angeordnet ist. Eine Drallströmung kann auch durch entsprechende Gas- oder Luftleitelemente am Lufteintritt oder im Inneren des Fliehkraftabscheiders bewirkt werden.

Der zusätzlich auf den Luftfilter aufgebrachte Trägerluft­ strom mit überwiegend groben Partikeln wird dabei zweck­ mäßig durch ein geeignet gestaltetes Tauchrohr, welches den Mantelstrom im Inneren des zweiten Fliehkraftabscheiders erfaßt, entnommen. Es kann gleichwohl zweckmäßig sein, den zusätzlichen Trägerluftstrom durch einen tangential an dem zweiten Fliehkraftabscheider mündenden Staubkanal abzu­ nehmen. Auf diese Weise werden jeweils überwiegend grobe Partikel mit einem größeren Korndurchmesser dem Luftfilter zugeführt. Der Luftfilter ist dabei stromab zu den Flieh­ kraftabscheidern und in Reihe zu diesen geschaltet und ver­ bunden. Dadurch kann nach Inbetriebnahme des Motors des Arbeitsgerätes ein Filterkuchen auf dem Luftfilter auf­ gebaut werden, der auch feinste Partikel aus der Ver­ brennungsluft abscheidet. Dadurch ist ein dauerhafter, wartungsarmer Betrieb des Verbrennungsmotors gegeben und die effektiv gereinigte Verbrennungsluft bei Eintritt in den Motor von abrasiven Feinststäuben weitgehend frei.

Eine kompakte Ansaugvorrichtung besteht aus zwei ersten Fliehkraftabscheidern und einem zweiten Fliehkraftab­ scheider sowie einem Luftfilter. Die Fliehkraftabscheider sind dabei fluidisch so miteinander verbunden, daß die Kernströme der ersten Fliehkraftabscheider und der Mantel­ strom des zweiten Fliehkraftabscheiders dem Luftfilter zugeführt sind.

Zur Erzeugung eines Luftstroms durch die Fliehkraftab­ scheider wird ein Gebläse genutzt, das ein Kühlgebläse des Verbrennungsmotors sein kann. Dadurch kann auch die Ansaug­ arbeit des Verbrennungsmotors reduziert werden. Der Luft­ filter ist dabei mit den Tauchrohren der ersten Fliehkraft­ abscheider und mit dem Staubkanal des zweiten Fliehkraft­ abscheiders verbunden. Zum Austrag der Schmutzpartikel aus der Ansaugvorrichtung ist eine fluidische Verbindung der Mantelströme der ersten Fliehkraftabscheider und dem Kern­ strom des zweiten Fliehkraftabscheiders mit dem Einlaß des Gebläses vorgesehen. Der Luftfilter kann als einfacher Mem­ branfilter, vorzugsweise aus einer flachen Papiermembran gebildet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ansaugvor­ richtung bestehend aus drei Fliehkraftabscheidern und einem Luftfilter,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Fliehkraftabscheiders.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Ansicht eine Ansaug­ vorrichtung 1 für die Verbrennungsluft 2 für einen schema­ tisch dargestellten Verbrennungsmotor 3 gezeigt. Der Verbrennungsmotor 3 dient zum Antrieb eines Werkzeugs eines handgeführten Arbeitsgerätes wie etwa eines Trennschleifers oder dgl. Um auf einfache Weise eine Ansaugvorrichtung 1 bereitzustellen, die wartungsarm ist und einen Langzeit­ betrieb ermöglicht, wird der Luftfilter 6 nach dem Prinzip eines mit Kuchenfiltration arbeitenden Luftfilters 6 ausge­ bildet. Hierzu sind dem Luftfilter drei vorgeschaltete Fliehkraftabscheider 4, 4', 13 zugeordnet.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Fliehkraft­ abscheider 4, 4', 13 als Axialzyklone 14 mit jeweils zylin­ drischem Gehäuse 24 gebildet. Um eine möglichst flache Form der gezeigten Batterie 25 von Fliehkraftabscheidern 4, 4', 13 zu ermöglichen, sind zwei erste Fliehkraftabscheider 4, 4' zur Bereitstellung vorgereinigter Verbrennungsluft 2 mit einem dazwischen vorgesehenen zweiten Fliehkraftabscheider 13 parallel angeordnet. Der zweite Fliehkraftabscheider 13 dient zur Bereitstellung eines im Volumen einstellbaren oder fest vorgegebenen Trägerluftstromes 8 für den Luft­ filter 6. Der Trägerluftstrom 8 beinhaltet überwiegend grobe Partikel 9, die zum Aufbau eines Filterkuchens 26 auf dem Luftfilter 6 dienen, wodurch erst eine Abscheidung auch feinster Partikel an dem Luftfilter möglich ist. Die fein­ sten Partikel würden ohne den Filterkuchen 26 den Luft­ filter 6 durchströmen und im Inneren des Verbrennungsmotors 3 zu Verschleiß an Laufflächen und Lagern beitragen. Alle Fliehkraftabscheider 4, 4', 13 werden mit einem durch ein Gebläse 7 erzeugten Luftstrom 19 mit staubbelasteter Außen­ luft 28 durchströmt. Das Gebläse 7 ist vorzugsweise ein Kühlluftgebläse des Verbrennungsmotors. Die Außenluft 28 enthält dabei Feststoffpartikel mit unterschiedlich großen Korndurchmessern.

Ein gebläseseitiger Sammelstutzen 29 verzweigt sich auf der Saugseite in drei Saugstutzen 30, 31. Zwischen den äußeren Saugstutzen 30 ist mittig der Saugstutzen 31 angeordnet. Die Fliehkraftabscheider 4, 4', 13 weisen an einem axialen Ende 43 ihrer Gehäuse 24 Einlaßöffnungen 32 auf, durch die Außenluft 28 in axialer Richtung zutreten kann. Auf den, den Einlaßöffnungen 32 axial gegenüberliegenden Enden 45 der Gehäuse 24 sind die Fliehkraftabscheider 4, 4', 13 durch Austragsschnecken 33 geschlossen. Die deckelförmigen Austragsschnecken 33 werden axial zentral durch je ein Tauchrohr 15 durchragt (vgl. Fig. 2). Zudem weist jede Aus­ tragsschnecke 33 einen tangential abragenden Staubkanal 17 auf. Die Staubkanäle 17 der äußeren Fliehkraftabscheider 4, 4' sind mit Hilfe von Rohrkrümmern 34 mit den Saugstutzen 30 des Sammelstutzens 29 verbunden. Das Tauchrohr 15 des mittleren Fliehkraftabscheiders 13 hingegen ist mit dem Saugstutzen 31 über einen Rohrkrümmer 35 verbunden.

Die Tauchrohre 15 der beiden äußeren Fliehkraftabscheider 4, 4' sind mittels Rohrkrümmer 46 mit dem Staubkanal 17 des mittleren Fliehkraftabscheiders 13 in einem luftfilter­ seitigen Sammelstutzen 36 zusammengeführt.

Der Sammelstutzen 36 ist fluidisch mit dem Luftfilter­ gehäuse 37 verbunden. Das Luftfiltergehäuse 37 wird im Inneren durch den Luftfilter 6 in einen Schmutzraum 38 und einen Reinraum 39 unterteilt. Der Schmutzraum 38 wird somit von vorgereinigter Verbrennungsluft 2 der ersten Fliehkraftabscheider 4, 4' und von dem Trägerluftstrom 8 mit vorgegebenem Volumen mit Partikeln 9 beaufschlagt. Dem Luftfilter 6 werden so Partikel 9 zugeführt, die eine ge­ schlossene Partikelschicht oder einen Filterkuchen 26 auf­ bauen, durch den feine und feinste Partikel in der vorge­ reinigten Verbrennungsluft daran gehindert werden, den Luftfilter 6 zu passieren. Es ist zweckmäßig, den Luftfilter 6 als Membran 22 oder Papiermembran auszubilden.

Das Gebläse 7 fördert über die Staubkanäle 17 und die Rohr­ krümmer 34 der ersten Fliehkraftabscheider 4, 4' deren Mantelströme 21, 21' und einen Kernstrom 20 des zweiten Fliehkraftabscheiders 13 ab. Die Mantelströme 21, 21' be­ wegen sich rotatorisch und axial im Inneren der Gehäuse 24 von den Einlaßöffnungen 32 zu den Staubkanälen 17 hin. Sie beinhalten dabei den größten Staubmengenanteil als die je­ weiligen Kernströme, die sie im Inneren des Gehäuses 24 um­ geben. Auf diese Weise wird die Hauptstaubmenge vor Ein­ tritt in das Luftfiltergehäuse 37 von dem Gebläse 7 wieder in die Umgebung des Verbrennungsmotors bzw. des handge­ führten Arbeitsgerätes abgeführt. Es wird so verhindert, daß sich der Luftfilter 6 aufgrund einer großen Staubmenge rasch zusetzt. Ein wartungsarmer Betrieb über eine lange Betriebsdauer der Ansaugvorrichtung ist dadurch bewirkt.

In Fig. 2 ist in einer perspektivischen Ansicht ein als Tangentialzyklon ausgebildeter Fliehkraftabscheider 13 ge­ zeigt. Der Tangentialzyklon ist in einer Explosionsdar­ stellung gezeigt und besteht aus einem zylindrischen Ge­ häuse 24 oder Abscheiderohr, dessen axiale Länge 41 etwa doppelt so groß wie dessen Außendurchmesser 42 ist. An dem axialen Ende 43 des Abscheiderohres 24 ist ein einstückig aus Kunststoff gebildeter Tangentialeinlaß 44 zur tangen­ tialen Zufuhr von Außenluft 28 mit einer im Querschnitt rechteckförmigen Einlaßöffnung 32 vorgesehen, wobei der Tangentialeinlaß 44 an seinem, dem axialen Ende 43 zuge­ wandten axialen Ende muffenartig ausgebildet ist. Das muffenartige Ende des Tangentialeinlasses 44 ist im mon­ tierten Zustand des Tangentialzyklons dichtend auf dem Ab­ scheiderohrende 43 festgelegt. Dies kann durch Kleben oder auf andere Art form-, kraft- oder stoffschlüssig erfolgen. An seinem anderen, dem Ende 43 gegenüberliegenden axialen Ende 45 des Gehäuses 24 ist die wie in Fig. 1 beschriebene Austragsschnecke 33 mit Tauchrohr 15 und tangential und quer zum Tauchrohr 15 abragenden Staubkanal 17 als Abschluß für das Gehäuse 24 vorgesehen. Ein dem Ende 45 zugewandtes Ende der Austragsschnecke ist in gleicher Weise muffenartig wie der Tangentialeinlaß 44 gestaltet und auf dem Gehäuse 24 festgelegt. Die Austragsschnecke ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig als Kunststoffbauteil mit dem Tauchrohr und dem Staubkanal gebildet. Für gleiche Bau­ teile, Stoffströme und deren Partikel sind gleiche Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 benutzt.

Claims (9)

1. Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft (2) eines Verbrennungsmotors (3), insbesondere für den Ver­ brennungsmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einem Trennschleifer, eine Motorkettensäge oder dgl., bestehend aus einem Fliehkraftabscheider (4) und einem mit dem Zentrum (5) des Fliehkraftabscheiders (4) ver­ bundenen Luftfilter (6), dem aus dem Zentrum (5) Ver­ brennungsluft zuströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfilter (6) ferner mit einem Trägerluftstrom (8) beaufschlagt ist, der gröbere Partikel (9) zum Aufbau eines Filterkuchens (26) enthält.

2. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerluftstrom (8) einem partikelhaltigen Mantelstrom (12) eines Flieh­ kraftabscheiders (13) entnommen ist.

3. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (13) ein Zyklon, vorzugsweise ein Axialzyklon (14) ist.

4. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerluftstrom (8) durch ein Tauchrohr (15) im Inneren (16) des Flieh­ kraftabscheiders (13) entnommen ist.

5. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerluftstrom (8) durch einen tangential von dem Fliehkraftabscheider (13) abgehenden Staubkanal (17) auf den Luftfilter (6) geführt ist.

6. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugvorrichtung (1) aus zumindest zwei äußeren Fliehkraftabscheidern (4, 4') und einem mittleren Fliehkraftabscheider (13) ge­ bildet ist, wobei die Fliehkraftabscheider (4, 4', 13) so miteinander fluidisch verbunden sind, daß die Kern­ ströme (18, 18') der äußeren Fliehkraftabscheider (4, 4') und der Mantelstrom (12) des mittleren Fliehkraft­ abscheiders (13) auf den Luftfilter (6) gelenkt sind.

7. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (7) ein Kühl­ luftgebläse des Verbrennungsmotors (3) ist.

8. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelströme (21, 21') der äußeren Fliehkraftabscheider (4, 4') und der Kern­ strom (20) des mittleren Fliehkraftabscheiders (13) über ein Gebläse (7) abgeführt sind.

9. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfilter (6) als Mem­ bran (22) vorzugsweise als Papiermembran ausgebildet ist.