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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entfernung
von Schmutzpartikeln aus einem Luftstrom mit einem Luftführungskanal,
einem Filtereinsatz, einem in Strömungsrichtung des Luftstroms
vor dem Filtereinsatz angeordneten rotierend antreibbaren Lüfterrad
mit Lüfterflügeln und einer zum Außenumfang
des Filtereinsatzes benachbart angeordneten Öffnung in
einer Wandung des Luftführungskanals, durch die ein Teil
des Luftstroms sowie Schmutzpartikel vor der Passage des Filtereinsatzes
aus dem Luftführungskanal austreten können.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur Entfernung
von Schmutzpartikeln aus einem Luftstrom bekannt. Insbesondere bei Fahrzeugen,
die in einer mit Schmutzpartikeln belasteten Umgebungsluft bewegt
werden, wie beispielsweise Land- und Baumaschinen, sind verschiedene Techniken
zur Abscheidung von Schmutzpartikeln aus einem Kühlluftstrom
entwickelt worden. So ist es beispielsweise aus der Schrift
DE 2 363 190 bekannt, vor
dem Kühler eines Mähdreschers ein konisches Sieb
anzuordnen, von dem mit einem vor dem Sieb angeordneten Gebläse
an dem Sieb anhaftende Schmutzpartikel weggeblasen werden können.
Auf der Innenseite des konischen Siebes ist ein rotierend antreibbarer
De flektorschirm angeordnet, durch den der vom Gebläse erzeugte
Wind von einer Siebfläche abgelenkt wird, so dass sich
die dem Sieb anhaftenden Schmutzpartikel von der Oberfläche
ablösen und sich auf einen seitlichen Auslass zu bewegen
können.
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In
der Praxis hat es sich jedoch erwiesen, dass durch den hinter dem
konischen Sieb positionierten Deflektorschirm der vom Gebläse
erzeugte Luftstrom nicht wirkungsvoll genug umgelenkt wird, so dass
sich die am konischen Sieb anhaftenden Schmutzpartikel nicht ausreichend
und vollständig von der Sieboberfläche ablösen
und auf den seitlichen Auslass zu bewegen können. Die Funktion
der vorbekannten Vorrichtung war also nicht zufrieden stellend.
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Demgemäß ist
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur
Entfernung von Schmutzpartikeln aus einem Luftstrom zu schaffen, bei
der die Schmutzpartikel effektiver von der Oberfläche eines
Filtereinsatzes abgefördert werden.
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Die
Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung
gelöst, indem in Strömungsrichtung des Luftstroms
vor dem Lüfterrad ein ortsverlagerbares flächiges
Abdeckteil angeordnet ist, dessen wirksame Fläche kleiner
ist als die Querschnittsfläche des Luftführungskanals.
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Mit
dem Filtereinsatz ist ein siebähnliches Bauteil gemeint,
das als gelochte Platte, insbesondere als Lochsieb oder Drahtsieb,
aber auch als Vlies oder Gewebe gestaltet sein kann. Die Gestaltung
des Lochmusters oder Netzes für den Filtereinsatz, die Größe,
Anordnung und Verteilung der darin enthaltenen Löcher und
das verwendete Material hängen von deren Eignung für
den konkreten Einsatzzweck ab. Je nach gewünschter Durchsatzleistung
bei einer gegebenen Fläche, einem bestimmten gewünschten Abscheidegrad,
einem erwarteten Verschmutzungsgrad der im Luftstrom bewegten Luft
und einer spezifischen Partikelgröße der abzuscheidenden Schmutzpartikel
muss ein geeignetes Material und eine geeignete Lochgröße
ausgewählt werden, durch die die Luft noch hindurchströmen
kann, nicht aber der gewünschte Anteil der abzuscheidenden Schmutzpartikel.
Auch sollte berücksichtigt werden, dass der Strömungswiderstand
des Filtereinsatzes nicht zu hoch ist, da dadurch ein zu großer
Energieverlust eintritt.
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Durch
die Anordnung des Abdeckteils vor dem Lüfterrad wird die
Oberfläche des Filtereinsatzes besser von dem Luftstrom
abgeschirmt, der vom Lüfterrad erzeugt wird. Anstatt den
Luftstrom wie bei der aus dem Stand der Technik vorbekannten Vorrichtung
durch einen in Strömungsrichtung hinter dem Filtereinsatz
liegenden Deflektorschirm umleiten zu wollen, wird der auf den Filtereinsatz
zuströmende Luftstrom bereits weiter vorne vor dem Filtereinsatz und
insbesondere sogar noch vor dem Lüfterrad seitlich umgelenkt,
so dass dieser im Wirkbereich des Abdeckteils die Schmutzpartikel
nicht mehr auf den Filtereinsatz drücken kann, sondern
eine seitliche Strömungsrichtungskomponente erhält.
Durch die seitliche Strömungsrichtungskomponente und insbesondere,
wenn der Luftstrom als Wirbel auf die Oberfläche des Filtereinsatzes
auftrifft, werden die auf der Oberfläche des Filtereinsatzes
aufliegenden Schmutzpartikel abgehoben und können sich
nach außen auf die Öffnung in der Wandung des
Luftführungskanals zu auf der Oberfläche des Filtereinsatzes
bewegen.
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Da
die wirksame Fläche des Abdeckteils kleiner ist als die
Querschnittsfläche des Luftführungskanals, reißt
der durch die Vorrichtung hindurch strömende Luftstrom
nicht vollständig ab, sondern nutzt die verbleibende Querschnittsfläche
des Luftfüh rungskanals, die von dem Abdeckteil nicht versperrt wird.
Dadurch werden die seitlichen Kanten des Abdeckteils vom Luftstrom
umströmt und hinterströmt, bevor der Luftstrom
in den Wirkbereich des Lüfterrades gelangt. Auf diese Weise
entstehen im Windschatten des Abdeckteils Wirbelschleppen, die durch das
Lüfterrad hindurch bis auf die Oberfläche des
Filtereinsatzes reichen und dort die Schmutzpartikel von der Oberfläche
abheben oder zumindest die Anhaftung der Schmutzpartikel auflockern.
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Wird
das Abdeckteil ortsverlagert, wandert der vom Abdeckteil erzeugte
Windschatten entsprechend mit, so dass infolge der Ortsverlagerung
des Abdeckteils ein anderer Abschnitt der Oberfläche des Filtereinsatzes
mit den Wirbelschleppen beaufschlagt wird. Durch eine wiederholte
Ortsverlagerung ist es möglich, nach und nach die Wirbelschleppen auf
die gesamte Oberfläche des Filtereinsatzes wirken zu lassen,
so dass sich sämtliche auf der Oberfläche des
Filtereinsatzes angesammelten Schmutzpartikel lösen und
sich auf die Öffnungen in der Wandung des Luftführungskanals
zu bewegen können. Die Ortsverlagerung kann in zeitlichen
Intervallen oder kontinuierlich erfolgen. Eine kontinuierliche Ortsverlagerung
ist insbesondere möglich, wenn das Abdeckteil rotierend
beweglich ist. Um den Schmutzpartikeln genügend Zeit zu
lassen, um sich von der Oberfläche des Filtereinsatzes
ablösen zu können, sollte die Ortsverlagerung
des Abdeckteils nicht zu schnell erfolgen. Es ist möglich,
die Ortsverlagerung verschmutzungsabhängig zu steuern,
und zwar sowohl bezogen auf bestimmte Regionen des Filtereinsatzes,
die eine besondere Verschmutzung aufweisen, als auch auf die Reinigung
insgesamt.
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Das
Abdeckteil kann als ein rotierendes Element gestaltet sein, beispielsweise
in der Art eines Propellers mit einem oder mehreren Propellerblättern,
aber auch als eine oder mehrere Tafeln, die beweglich und ortsverlagerbar
im Luftführungskanal angeordnet sind.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Filtereinsatz eine zumindest
annähernd ebene Oberfläche auf und ist als gelochte
Platte, Vlies oder Gewebe gestaltet. Durch die zumindest annähernd
ebene Oberfläche ist der Filtereinsatz kostengünstig
herstellbar. Der Filtereinsatz ist auch gut lagerbar und als Bauteil
leicht austauschbar. Durch die zumindest annähernd ebene
Oberfläche wird der Luftstrom nur an einer Stelle behindert.
Insbesondere, wenn die Oberfläche des Filtereinsatzes annähernd
oder genau rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Luftstroms
angeordnet ist, hält sich der durch den Filtereinsatz bewirkte
Druckverlust im Luftstrom in einem noch vertretbaren geringeren
Rahmen. Gelochte Platten, Vliese oder Gewebe sind vergleichsweise
kostengünstig herstellbar, gleichwohl aber in der Abscheidung
von Schmutzpartikeln aus einem Luftstrom bewährt.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Lüfterflügel
des Lüfterrades in einem geringen Abstand zum Filtereinsatz
drehbar angeordnet. Durch den geringen Abstand der Lüfterflügel
zum Filtereinsatz wird die Förderstrecke des Luftstroms
vom Abdeckteil bis zur Oberfläche des Filtereinsatzes kurz
gehalten. Auf der kurzen Strömungsbahn des Luftstroms vom
Abdeckteil zum Filtereinsatz bleiben die Wirbelschleppen, die vom
Abdeckteil geschaffen werden, weitgehend erhalten. Im Zusammenwirken mit
den rotierend angetriebenen Lüfterflügeln entstehen
Luftwirbel, durch die die Schmutzpartikel von der Oberfläche
des Filtereinsatzes hochgerissen werden. Durch den geringen Abstand
der Lüfterflügel zur Oberfläche des Filtereinsatzes
können die von der Oberfläche abgehobenen Schmutzpartikel
dabei von den Lüfterflügeln erfaßt und
beschleunigt werden. Durch die Zentrifugalkräfte, die auf
die derart erfaßten und beschleunigten Schmutzpartikel
einwirken, tendieren diese dazu, sich in einer tangentialen Flugbahn
nach außen auf die Öffnung in der Wandung des
Luftführungskanals zuzubewegen. Durch die Anordnung der
Lüfterflügel in ei nem geringen Abstand zum Filtereinsatz
wird also auch die Abförderung der Schmutzpartikel in radialer
Richtung zum Außenumfang des Filtereinsatzes hin gefördert.
Ein weiterer Vorteil in der Anordnung des Lüfterflügels
in einem geringen Abstand zum Filtereinsatz ist in der bauraumsparenden
Wirkung zu sehen. Durch die dichte Aufeinanderfolge der einzelnen
Bauteile zueinander baut die erfindungsgemäße
Vorrichtung insgesamt vergleichsweise kurz, ohne dadurch an Abscheideeffektivität
zu verlieren. Auf diese Weise ist es möglich, die Vorrichtung
zur Entfernung von Schmutzpartikeln als eine wahlweise einfügbare
Option in einem serienmäßig nicht mit einer solchen
Vorrichtung ausgestatteten Maschine oder einem Fahrzeug vorzusehen.
Aufgrund der geringen Bauraumerfordernisse kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung auch als Nachrüstbausatz angeboten und vertrieben
werden.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Abdeckteil als ein drehbar
gelagertes Element gestaltet. Bei einem drehbar gelagerten Element
ist es möglich, dieses zumindest annähernd in
einer gleichmäßigen Drehbewegung zu halten, durch
die die Fläche des Filtereinsatzes gleichmäßig überstrichen
und dabei von Schmutzpartikeln gereinigt wird. Das drehbar gelagerte
Element kann mit einem oder mehreren Flügeln versehen sein,
die jeweils als Abdeckteil dienen. Eine gleichmäßige
Reinigungsfunktion ergibt sich, wenn das Abdeckteil eine Rotationsachse
aufweist, die konzentrisch ist mit der Rotationsachse des Lüfterrades.
Bei einer solchen Anordnung können auch die jeweiligen
Wirkflächen des Abdeckteils, des Lüfterrades und
des Filtereinsatzes deckungsgleich oder zumindest nahezu deckungsgleich
aufeinander abgestimmt werden.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Abdeckteil von dem vom
Lüfterrad erzeugten Luftstrom in eine Rotationsbewegung
versetzbar. Bei einer solchen Aus gestaltung der Erfindung kann auf einen
separaten Antrieb des Abdeckteils verzichtet werden. Da für
die Bewegung des Abdeckteils nicht so hohe Bewegungsgeschwindigkeiten
erforderlich sind, wie sie für ein effektiv betriebenes
Lüfterrad erforderlich sind, genügen auch Rotationsgeschwindigkeiten
des Abdeckteils, die deutlich unter den Drehgeschwindigkeiten des
Lüfterrades liegen.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Abdeckteil in eine andere
Drehrichtung drehbar als das Lüfterrad. Durch die entgegengesetzte
Drehrichtung wird die Verwirbelung des Luftstroms im Zusammenwirken
mit dem Lüfterrad unterstützt. Wenn das Abdeckteil
vom Luftstrom angetrieben wird, kann die der Drehrichtung des Lüfterrades
entgegengesetzte Rotationsrichtung durch eine propellerähnliche
Anstellung der Abdeckflächen des Abdeckteils bewirkt werden.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein erster Teil der
Abdeckfläche des Abdeckteils zumindest in etwa planparallel
zur Fläche des Filtereinsatzes und ein zweiter Teil der
Abdeckfläche des Abdeckteils auf den Filtereinsatz zu verlaufend gestaltet.
Durch eine derartige Gestaltung der Abdeckfläche des Abdeckteils
wird ein etwa flügelartiges Querschnittsprofil erreicht,
durch das an einer Seitenkante des Abdeckteils der vom Abdeckteil
umgelenkte Luftstrom auf die Oberfläche des Filtereinsatzes
hin umgelenkt wird. Wenn auch die Rückseite des zweiten
Teils der Abdeckfläche des Abdeckteils auf den Filtereinsatz
zu verlaufend gestaltet ist, wird auch der Teil des Luftstroms,
der auf die Windschattenseite des Abdeckteils strömt, mit
den darin enthaltenen Turbulenzen auf die Oberfläche des
Filtereinsatzes gelenkt.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Luftführungskanal
in Strömungsrichtung des Luftstroms im Bereich vor dem
Lüfterrad zumindest im wesentlichen oder vollständig
umfangsseitig geschlossen. Durch diese Gestaltung des Luftführungskanals
wird eine gleichmäßige und gerade gerichtete Anströmung
des Lüfterrades und des Filtereinsatzes bewirkt. Die vom
Abdeckteil erzeugte Umlenkung des Luftstroms kann kontrolliert dazu
ausgenutzt werden, Schmutzpartikel von der Oberfläche des
Filtereinsatzes zu lockern bzw. ganz abzuheben.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erweitert sich der Querschnitt
des Luftführungskanals in Strömungsrichtung auf
den Filtereinsatz zu. Durch den sich erweiternden Querschnitt verringert sich
der Luftdruck im Luftführungskanal, die Strömungsgeschwindigkeit
im Bereich des Abdeckteils und des Lüfterrades nimmt jedoch
zu. Durch die höhere Luftströmungsgeschwindigkeit
wird der Verwirbelungseffekt des Abdeckteils zusätzlich
gesteigert. Zusätzlich entsteht in der Strömungsrichtung
des Luftstroms durch den Luftführungskanal eine seitliche
Richtungskomponente, durch die der Luftstrom auch auf die Öffnung
in der Wandung des Luftführungskanals geleitet wird. Durch
die in Folge der Erweiterung des Luftführungskanals leicht
angeschrägte und nicht rechtwinklige Anströmungsrichtung
des Luftstroms auf den Filtereinsatz wird die Abförderung von
Schmutzpartikeln, die durch die Wirkung des Abdeckteils von der
Oberfläche des Filtereinsatzes abgehoben oder gelockert
sind, in Richtung der Öffnung in der Wandung des Luftführungskanals
gefördert.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Lüfterflügel
am Umfang durch ein ringförmiges Konstruktionselement stabilisiert
und schwer kontrollierbare Schwingungen an den Außenrändern
der Lüfterflügel zumindest verringert. Zudem kann
die Gestaltung der Querschnittsform des ringförmigen Konstruktionselementes
genutzt werden, um einen Teil des Luftstroms in die Richtung der Öffnung
in der Wandung des Luftführungskanals zu richten.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung in der
Wandung des Luftführungskanals ganz oder teilweise verschließbar.
Durch die wahlweise Verschließbarkeit der Öffnung
kann die Abscheideleistung der Vorrichtung an den jeweiligen Schmutzanfall
angepaßt werden. Es ist auch möglich, durch ein
teilweises oder ganzes Schließen der Öffnungen
die Durchsatzleistung der Vorrichtung insgesamt zu erhöhen,
indem der Anteil des Luftstroms, der durch die Öffnung
aus dem Luftführungskanal ausströmen kann, entsprechend
verringert wird. Zusätzlich kann die Schmutzaustrittsrichtung
gesteuert werden.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Lüfterrad von
einem Elektromotor angetrieben. Durch den elektrischen Antrieb kann
die Drehzahl des Lüfterrades schnell und einfach stufenlos
an unterschiedliche Durchsatzbedürfnisse angepaßt
werden. So ist es möglich, das Lüfterrad zeitweise
auszuschalten, wenn die Reinigungswirkung der Vorrichtung nicht
benötigt wird. Wird von einer geeigneten Sensorik erkannt,
daß der Filtereinsatz verschmutzt ist, kann das Lüfterrad
schnell von einer Steuerungselektronik eingeschaltet und auf eine
gewünschte Drehzahl beschleunigt werden, um den Filtereinsatz von
Schmutzpartikeln zu befreien. Dabei kann die Drehzahl des Lüfterrades
dem jeweiligen aktuellen Bedarf angepaßt werden. Es ist
auch möglich, die Lüfterdrehzahl zu pulsen, um
durch eine kurzzeitige Erhöhung der Drehzahl eine höhere
Windgeschwindigkeit und damit eine stärkere Verwirbelung
des Luftstroms zu erzeugen, wobei die Phasen mit einer erhöhten
Strömungsgeschwindigkeit kombiniert werden mit einer nachfolgenden
Phase mit einer geringeren Luftströmungsgeschwindigkeit,
um in diesen Phasen die Ablösung von Schmutzpartikeln vom
Filtereinsatz zu erleichtern.
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Wird
die Vorrichtung in Kombination mit einer Kühlerbaugruppe
benutzt, beispielsweise in einer Arbeitsmaschine, kann die Funktion
des Lüfterrades auch mit der Kühlung des Antriebsmotors
der Arbeitsmaschine kombiniert werden. Dies kann insbesondere so
erfolgen, dass die Luftförderleistung des Lüfterrads
und eines weiteren der Kühlerbaugruppe zugeordneten Lüfterrads
von einer Steuerung regelbar sind. So ist es möglich, durch
die Aktivierung des Lüfterrades der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die dem Antriebsmotor zugeführte Kühlluftmenge
zu erhöhen, um bei dem Antriebsmotor eine bessere Kühlung
zu erzielen. In diesem Fall wird die Luftförderleistung
des Lüfterrades der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu der Luftförderleistung addiert, die das motorseitige
Lüfterrad aufweist. Die zu der Luftförderleistung
des motorseitigen Lüfterrades durch die Zuschaltung des
Lüfterrades der erfindungsgemäßen Vorrichtung
hinzugewonnene Kühlluftmenge kann auf unterschiedliche
Weise gezielt genutzt werden. Die mit dem zugeschalteten Lüfterrad
verfügbar gemachte zusätzliche Kühlluftmenge
kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung genutzt werden, um bei
hohem Wärmeanfall aus dem Antriebsmotor oder bei besonders
hohen Umgebungstemperaturen dauerhaft eine größere
Kühlleistung zu nutzen. Die zusätzliche Kühlluftmenge
kann aber auch dazu genutzt werden, um den Antriebsmotor in einem
Zeitintervall mit einer im Vergleich zum Normalbetrieb erhöhten
Leistung zu fahren. Benötigt ein Fahrzeug beispielsweise
für Steigungen oder Überholvorgänge für
kurze Zeit zusätzliche Leistung, kann beispielsweise die
Einspritzmenge des Kraftstoffs und/oder der Ladedruck des Antriebsmotors
erhöht werden, wenn zeitgleich das Lüfterrad der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zum motorseitigen
Lüfterrad hinzugeschaltet wird, um eine Überhitzung
des Antriebsmotors zu vermeiden. Die Zuschaltung kann über
die Steuerung kennfeldgesteuert je nach motor- und umgebungsbedingten
Kenngrößen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich
ist es möglich, die Luftförderwirkung des Lüfterrades
zu nutzen, um das zweite, dem Antriebsmotor zugeordnete Lüfterrad
mit einer geringeren Drehzahl anzutreiben, beispielsweise um Energie
zu sparen oder das Arbeitsgeräusch zu vermindern, oder
um dieses zeitweise oder dauernd abzuschalten, so dass nur das Lüfterrad
der er findungsgemäßen Vorrichtung als Drucklüfter
läuft. Bei dem geräuschoptimierenden Betriebsmodus
werden die Lüfterdrehzahlen der beiden Lüfterräder
von der Steuerung so aufeinander abgestimmt, dass eine aktuell benötigte
Luftmenge von beiden Lüfterrädern im Zusammenwirken
verfügbar gemacht wird, jedoch mit Drehzahlen und Geräuschemissionen
beider Lüfterräder, die geringer sind, als wenn
die Luftmenge nur von einem Lüfterrad allein oder von einem
Lüfterrad mit Nenndrehzahl und vom zweiten Lüfterrad
mit einer für die Erzeugung der nötigen Luftmenge
zusätzlich erforderlichen Drehzahl erzeugt wird. Für
diese beschriebenen Funktionen ist ein Elektromotor vorteilhaft,
weil dieser leicht von einer elektronischen Steuerung steuer- und
regelbar ist. Außerdem benötigt ein Elektromotor
nur einen vergleichsweise geringen Bauraum, wodurch der Raumbedarf
der Vorrichtung insgesamt gering gehalten werden kann. Zudem kann
ein Elektromotor direkt am Lüfterrad angebracht werden,
so daß aufwendige Getriebe und Wellen entfallen.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Förderleistung
des Lüfterrades regelbar. Die Regelung der Förderleistung
kann über eine Beeinflussung der Rotationsdrehzahl des
Lüfterrades erfolgen, es ist jedoch alternativ oder kumulativ
auch möglich, beispielsweise den Anstellwinkel der Lüfterflügel
im Verhältnis zum Luftstrom zu verändern, um dadurch
die Förderleistung des Lüfterrades zu beeinflussen.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Lüfterrad in
Abhängigkeit von Sensorsignalen ein- und/oder ausschaltbar.
Als Sensor kommt beispielsweise ein Drucksensor in Betracht, der
vor und/oder hinter dem Filtereinsatz angeordnet ist und den Druck
mißt, der von dem durch den Filtereinsatz strömenden
Luftstrom erzeugt wird. Als Sensor kommt auch ein Kühlerthermostat
in Betracht, über dem bei einem Anstieg der Temperatur
des Kühlmittels das Lüfterrad der Vorrichtung
einschaltbar ist. Auch andere geeignete Sensoren können
verwendet werden.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung einer Kühlerbaugruppe
insbesondere einer Arbeitsmaschine vorgeordnet. Als Arbeitsmaschinen
kommen Landmaschinen, Baumaschinen, Offroad-Fahrzeuge u. dgl. in
Betracht. Durch die Vorordnung der Vorrichtung vor die Kühlerbaugruppe wird
sichergestellt, daß die Kühlerbaugruppe nicht mit
Schmutzpartikeln verstopft werden kann. Die Kühlluft, die
von der Kühlerbaugruppe zum Betrieb der Arbeitsmaschine
benötigt wird, wird durch die Vorrichtung von Schmutzpartikeln
befreit, so daß die volle Antriebsleistung des Antriebsmotors
für die Arbeitsmaschine während der gesamten Betriebszeit verfügbar
ist. Durch die Kombination der Vorrichtung mit einer Kühlerbaugruppe
einer Arbeitsmaschine kann die Kühlleistung der Kühlerbaugruppe
erhöht werden. Da die Antriebsmotoren von Arbeitsmaschinen
sehr häufig über hohe Antriebsleistungen verfügen,
entstehen durch die benötigten Kühlluftströme erhebliche
Geräuschemissionen. Durch die Kombination der Kühlerbaugruppe
der Arbeitsmaschine mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung können die Arbeitsgeräusche der Arbeitsmaschine
insgesamt verringert werden. Unter einer Kühlerbaugruppe
wird hier ein mit einem Kühlmittel beaufschlagter Kühler und
einem Lüfterrad verstanden, mit dem ein Luftstrom erzeugt
wird, der durch den Kühler hindurchfährt. Die
Kühlerbaugruppe kann dabei auch eine Mehrzahl von Kühlern
aufweisen, wie beispielsweise Kühlwasser, Ladeluft und
eine Klimaanlage.
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Weitere
Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung, den Zeichnungen
und den Merkmalen der Unteransprüche. Die vorstehend beschriebenen
Ausgestaltungen der Erfindung können genau so wie auch
die Merkmale der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung
der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen jeweils einzeln
ohne einen funktionalen Zusammenhang mit anderen Ausgestaltungen
der Erfindung je weils für sich den Gegenstand der Erfindung
bilden. Die jeweiligen Merkmale können dabei aber auch
auf eine für einen Anwendungsfall als geeignet erscheinende Weise
miteinander kombiniert werden, ohne daß die jeweils möglichen
Kombinationen in dieser Beschreibung jeweils einzeln ausdrücklich
beschrieben werden.
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In
der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung werden
gleich wirkende Teile, sofern sinnvoll, mit einer einheitlichen
Bezugsziffer versehen. Es zeigen:
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1:
eine Vorrichtung aus einer Ansicht von vorn, und
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2:
eine Vorrichtung in einer Schnittansicht.
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In 1 ist
in einer Ansicht von vorn, schräg oben, eine Vorrichtung 2 zu
sehen, die als wesentliche Bauteile ein Lüfterrad 4,
einen Filtereinsatz 6 und ein Abdeckteil 8 aufweist.
Das Lüfterrad 4 weist im Ausführungsbeispiel
eine Anzahl von Lüfterflügeln 10 auf.
Der Luftführungskanal 14 wird von einer seitlichen
Wandung 12 umschlossen. Durch den Luftströmungskanal 14 strömt
der Luftstrom L in der durch den großen Pfeil angedeuteten
Richtung hindurch.
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Vor
dem Filtereinsatz 6 verfügt der Luftführungskanal 14 über
eine Öffnung 16 in der Wandung 12. In
dem in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel verläuft die Öffnung 16 als
Ringspalt um den gesamten Luftführungskanal 14 herum.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann die Öffnung 16 auch
nur einen Teil des Umfangs des Luftführungskanals 14 umfassen,
oder die Form und die Maße der Öffnung 16 können
vom Ausführungsbeispiel abweichen. Es ist vorteilhaft,
die Öffnung 16 zumindest teilweise in der unteren
Hälfte der Vorrichtung 2 vorzusehen, da bei einer
solchen räumlichen Anordnung die Schmutzpartikel auch durch
die Wirkung der Schwerkraft auf die Öffnung 16 zu
befördert werden. Die Öffnung 16 kann
auch durch spezielle Schieber oder einsetzbare Schließteile,
die in den Figuren nicht näher dargestellt sind, wahlweise
zum Teil oder vollständig verschlossen werden. Dadurch kann
die Größe der Öffnung 16 an
individuelle Bedürfnisse angepaßt werden.
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In
der in 1 abgebildeten perspektivischen Ansicht ist bei
einem Flügel des Abdeckteils 8 gut erkennbar,
daß ein erster Teil 18 der Abdeckfläche
des Abdeckteils 8 etwa planparallel zur Fläche des
Filtereinsatzes 6 angeordnet ist und ein zweiter Teil 20 der
Abdeckfläche des Abdeckteils 8 auf den Filtereinsatz 6 zu
verlaufend gestaltet ist. Insbesondere durch den zweiten Teil 20 der
Abdeckfläche des Abdeckteils 8 wird der seitlich
umgelenkte Luftstrom L wieder in eine Richtung umgelenkt, die auf
die Oberfläche des Filtereinsatzes 6 gerichtet
ist.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Konstruktionselement 22 zu
sehen, das die Lüfterflügel 10 seitlich
umgrenzt. Auf den Einbau eines Konstruktionselements 22 kann
jedoch auch verzichtet werden.
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Im
Ausführungsbeispiel werden das Lüfterrad 4 und
das Abdeckteil 8 von einer gemeinsamen Welle 24 getragen.
Die Welle 24 ruht auf Lagern 26, die ihrerseits über
eine Abstützung 28 mit Stützen 30 auf
der Tragstruktur der Vorrichtung 2 abgestützt sind.
Während das Lüfterrad 4 drehfest mit
der Welle 24 verbunden ist, ist das Abdeckteil 8 drehbar
auf der Welle 24 gelagert. Wird die Welle 24 von
einem Antrieb gedreht, gerät dadurch das Lüfterrad 4 in
Rotation. Da das Abdeckteil 8 frei drehbar auf der Welle 24 gelagert
ist, muß sich das Abdeckteil 8 nicht zwangsläufig
mit dem Lüfterrad 4 mitdrehen. Es ist vielmehr
möglich, das Abdeckteil 8 mit einer separaten
Hohlwelle und einem separaten Antrieb zu betreiben, oder das Abdeckteil 8 wird
von dem Luftstrom L in eine Rotationsbewegung versetzt, die zur
Rotationsrichtung des Lüfterrades 4 gleich oder
entgegengerichtet sein kann. Abweichend vom Ausführungsbeispiel
kann das Lüfterrad 4 auch direkt auf einen Antriebsmotor
aufgesteckt sein, so daß sich eine separate Welle 24 erübrigt.
Auch kann die Abstützung und Lagerung des Lüfterrades 4 und
des Abdeckteils 8 getrennt voneinander sein.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
dem Filtereinsatz 6 in Strömungsrichtung des Luftstroms
L eine Kühlerbaugruppe 32 nachgeordnet, die aus
einem Kühler 34 und einem Kühlerventilator 36 besteht.
Der Luftstrom L wird also durch den Filtereinsatz 6 von
Schmutzpartikeln gereinigt und gelangt dann ohne die im Luftstrom
mitbeförderten Schmutzpartikel in den Bereich der Kühlerbaugruppe 32.
Da die auf dem Filtereinsatz 6 anhaftenden Schmutzpartikel
durch die Vorrichtung 2 laufend beseitigt werden können,
ist ein Dauerbetrieb der Kühlerbaugruppe 32 möglich,
ohne daß diese sich nach und nach mit Schmutzpartikeln
zusetzen kann.
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In
der Querschnittsansicht in 2 ist gut
erkennbar, daß sich der Luftführungskanal 14 in
Strömungsrichtung des Luftstroms L auf den Filtereinsatz 6 zu
erweitert. Dabei kann ein Teil des Luftstroms L den Luftführungskanal
durch die Öffnung 16 verlassen, der weitaus größte
Teil des Luftstroms L strömt jedoch durch den Filtereinsatz 6 hindurch.
Dabei passiert der Luftstrom L in Strömungsrichtung gesehen zunächst
das Abdeckteil 8, danach das Lüfterrad 4 und
trifft sodann auf die Oberfläche des Filtereinsatzes 6 auf.
Dort können sich die Schmutzpartikel auf der Oberfläche
des Filtereinsatzes 6 absetzen, wenn die Lochstruktur im
Filtereinsatz 6 so kleine Löcher aufweist, daß die
Schmutzpartikel diese nicht mehr passieren können, der
Luftstrom L jedoch noch gut hindurchströmen kann.
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In
der Ansicht in 2 ist erkennbar, daß das
Lüfterrad 4, der Filtereinsatz 6 und
das Abdeckteil 8 dicht beieinander angeordnet sind. Dadurch können
diese Bauteile optimal zusammenwirken, um einerseits Schmutzpartikel
aufzufangen, diese dann aber durch die vom Abdeckteil 8 erzeugten
Turbulenzen und Luftstromunterbrechung wieder von der Oberfläche
des Filtereinsatzes 6 abzuheben und auf die Öffnung 16 zuzubefördern.
Dabei rotieren die dem Filtereinsatz 6 zugewandten Kanten
der Lüfterflügel 10 mit einem geringen
Abstand über die Oberfläche des Filtereinsatzes 6,
bevorzugt mit einem Abstand von 1 bis 15 mm.
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Die
Drehzahlen des Lüfterrades 4, des Abdeckteils 8 und
die Maße und Formen der Lüfterflügel 10 müssen
je nach Anwendungsfall in einer geeigneten Weise aufeinander abgestimmt
werden. Auch die Größe und Form des Filtereinsatzes 6,
die Länge und Form des Luftführungskanals 14 und
die Lage und Größe der Öffnung 16 oder
von mehreren Öffnungen 16 müssen an den
konkreten Anwendungsfall angepaßt werden. Dabei kann es
eine Rolle spielen, ob die Funktion der Vorrichtung 2 mit
einer stromabwärts der Förderrichtung des Luftstroms
L gelegenen Kühlerbaugruppe 32 kombiniert ist.
Die Funktion des Lüfterrades 4 und des Kühlerventilators 36 können
so miteinander kombiniert und aufeinander optimiert werden, daß sich
je nach Anforderung eine hohe Förderleistung für
Kühlluft und/oder ein niedriges Geräuschniveau
für die gesamte Kühlung ergibt. Auch kann die
Vorrichtung 2 mit einer Kühlerbaugruppe 32 kombiniert
werden, um das Lüfterrad nicht nur zur Reinigung des Filtereinsatzes 6 zu
verwenden, sondern auch, um bei einem kurzzeitigen Mehrbedarf an Antriebsleistung
für eine Arbeitsmaschine eine erhöhte Menge an
Kühlluft zur Verfügung zu stellen, beispielsweise
in einer Boost-Funktion.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur in
Arbeitsmaschinen, sondern auch in anderen geeigneten Vorrichtungen
verwendbar. Zu denken ist hier beispielsweise auch an Klimaanlagen,
die mit Schmutzpartikeln versehene Luft ansaugen und bei denen die
Schmutzpartikel aus dem Luftstrom L entfernt werden müssen,
bevor der Luftstrom weitergeleitet wird.
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Durch
die erhöhte Kühlleistung, die weniger schmutzanfällig
ist als die bekannte Technik, bestehen größere
Freiheiten in der Produktgestaltung, insbesondere von Fahrzeugen.
Die erhöhte Durchsatzleistung von Kühlluft erlaubt
es, kleinere Kühlluftöffnungen bei gleich bleibenden
Antriebsmotoren vorzusehen. Die kleineren Kühlluftöffnungen
sind keinem erhöhten Verschmutzungsrisiko ausgesetzt, weil
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine leistungsfähige
Reinigungstechnik nutzbar ist. Bei gleich groß bleibenden
Kühlluftöffnungen können trotz des größeren
Kühlbedarfs leistungsfähigere Antriebsmotoren
genutzt werden. Die Kühlluft kann wegen der besseren Reinigungstechnik
auch aus anderen Bereichen eines Fahrzeugs angesogen werden, die
bisher wegen des Verschmutzungsrisikos unberücksichtigt
blieben, wie beispielsweise aus bodennahen Bereichen. Dadurch entstehen
für das Produktdesign bei der Gestaltung der Außenhaut
eines Fahrzeugs größere Freiheitsgrade, gerade
der optisch besonders auffällige und einprägsame
Frontbereich eines Fahrzeugs kann freier gestaltet werden. Durch
kleinere Abmessungen der Zuluftöffnungen für die
Kühlung kann ein Fahrzeug übersichtlicher und kompakter
gestaltet werden. Durch kleinere Zuluftöffnungen für
die Kühlung kann auch die Schallemission des Antriebsmotors
nach außen besser gedämmt und abgeschirmt werden.
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Durch
die höhere Luftförder- und damit einhergehend
die höhere Kühlleistung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann die Kühlerbaugruppe eines Fahrzeugs auch
an einer anderen Stelle angeordnet werden, als es mit herkömmlicher
Technik möglich ist. Die Kühlluft für
ein Fahrzeug muss nicht mehr zwangsläufig vorne, sondern
kann auch an den Seiten, hinten, von unten oder oben oder aus mehreren
Richtun gen angesaugt werden, gegebenenfalls unter Einsatz mehrerer
erfindungsgemäßer Vorrichtungen, die dann entsprechend
kleiner gestaltet sind. Der anderen Zuströmungsrichtung
entsprechend kann auch die Kühlerbaugruppe an einem anderen Ort
angeordnet sein, als es nach bekannten Konzepten für eine
Fahrzeuggattung üblich ist.
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Schließlich
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt
robuster, betriebssicherer und weniger schadensanfällig.
Durch den Filtereinsatz und das Abdeckteil werden Fremdkörper
und Schmutzpartikel aus dem Luftstrom ausgeschieden, bevor diese
stromabwärts der Vorrichtung angeordnete Bauteile erreichen,
sich dort ablagern und diese Bauteile beschädigen können.
Die Antriebe für das Lüfterrad und die Lagerung
für das Abdeckteil sind abdeckbar, so dass diese Bauteile
nicht so leicht beschädigt werden können. Die
Vorrichtung verfügt zudem über nur wenige angetriebene
Teile, so dass das Fehler- und Ausfallrisiko entsprechend gering
ist. Die Vorrichtung selbst verursacht kaum einen Wartungsaufwand,
da sie sich laufend selbst während des Betriebs reinigt.
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Die
vorstehende gegenständliche Beschreibung der Erfindung
dient nur zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes. In
keiner Weise ist die Erfindung auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Dem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten,
den Gegenstand der Erfindung auf eine ihm als geeignet erscheinende
Weise an einen konkreten Erfindungsfall anzupassen, indem einzelne
Erfindungsmerkmale miteinander kombiniert oder die Erfindung abgewandelt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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