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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fliehkraftabscheider und eine Filteranordnung, wie zum Beispiel zum Filtern von Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschine. Ferner wird ein Herstellungsverfahren für Fliehkraftabscheider beschrieben.
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Stand der Technik
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Fliehkraftabscheider, die auch Zyklonfilter, Zyklon oder Zyklonabscheider genannt werden, dienen der Abscheidung von in Fluiden enthaltenen festen oder flüssigen Partikeln. Ein in einen Fliehkraftabscheider einströmendes Fluid wird derart geleitet, dass Zentrifugalkräfte, die vom Fluid abzusondernden Partikel in e Vorzugsrichtung beschleunigen und innerhalb des Abscheiders gesammelt werden können. Zum Erzeugen der Zentrifugalkräfte werden meist Leitschaufeln eingesetzt, die einen Wirbelstrom innerhalb des Abscheidergehäuses erzeugen.
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Fliehkraftabscheider können beispielsweise als Luftfilter für Verbrennungsluft für Brennkraftmaschinen eingesetzt werden. Insbesondere bei staubbeladenen Umgebungen, in denen insbesondere Land- oder Baumaschinen eingesetzt werden, haben sich Zyklonfilter oder Fliehkraftabscheider als geeignet erwiesen.
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Um den Abscheidegrad von Schmutzpartikeln aus Luft oder Fluid zu erhöhen, sind in der Vergangenheit auch mehrstufige Filteranordnungen vorgeschlagen worden. Nach einer Zyklonvorfilterung kann beispielsweise eine weitere Reinfilterung durch konventionelle Filtermedien erfolgen. Allerdings ist dies mit einem erhöhten Herstellungsaufwand und zusätzlichen Einschränkungen an die Einbausituation einer entsprechenden Filteranordnung verbunden. Der Durchsatz von entsprechenden Fliehkraftabscheidern wird beispielsweise erhöht, indem mehrere kleinere Abscheider parallel in einem Gehäuse angeordnet werden. Dabei sollten die einzelnen vorgefertigten Abscheidereinheiten in oder an dem entsprechenden Gehäuse fluiddicht befestigt werden, was insbesondere bei Massenartikeln zu erhöhten Kosten führen kann. Insofern ist es wünschenswert, insbesondere den Herstellungsaufwand als Luftfilter für Brennkraftmaschinen, zu verringern.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Fliehkraftabscheider zur Verfügung zu stellen.
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Demgemäß wird ein Fliehkraftabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluid vorgeschlagen. Der Fliehkraftabscheider umfasst ein Gehäuse, welches ein Strukturelement mit einer Öffnung zum Halten einer Zyklonzelle aufweist. Die Zyklonzelle ist zum Erzeugen eines Wirbelstroms in durch die Eintrittsöffnung einströmendes Fluid eingerichtet und von dem Strukturelement formschlüssig umspritzt.
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Das Strukturelement, welches beispielsweise Teil des Gehäuses sein kann, ist insbesondere aus einem spritzgussfähigen Material gefertigt, so dass die Zyklonzelle fest und vorzugsweise fluiddicht mit dem Gehäuse verbunden ist. Ein entsprechender Fliehkraftabscheider ist leicht herstellbar, da insbesondere das Gehäuse mit dem Strukturelement mit Hilfe eines einfachen, beispielsweise zweiteiligen, Spritzgusswerkzeugs gefertigt werden kann. Die komplizierteren Geometrien mit beispielsweise Hinterschnitten der Zyklonzellen werden vorzugsweise zuvor bereitgestellt. Somit sind einfache Auf-Zu-Werkzeuge für die Herstellung des Fliehkraftabscheiders einsetzbar. Durch das formschlüssige Halten der Zyklonzellen mit Hilfe von umspritztem Gehäuse oder Strukturelementmaterial sind aufwändige Befestigungsmechanismus nicht notwendig. Es ist außerdem möglich, die Zyklonzelle und das Gehäuse aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen. Im Vergleich zu konventionellen Fliehkraftabscheidern, die auch Multizyklone umfassen können, werden die Zyklonzellen nicht im Gehäuse montiert, sondern während des Herstellungsprozesses umspritzt.
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Unter Fliehkraftabscheider werden im Folgenden auch Zyklon, Zyklonabscheider, Zyklonfilter oder Wirbler verstanden. Der vorgeschlagene Fliehkraftabscheider ist insbesondere als Axial-Zyklon ausgebildet, wobei das Gehäuse oder die Zyklonzellenwand beispielsweise rohr- oder hülsenförmig ausgeführt ist und zu filterndes Fluid im Wesentlichen entlang einer Längs- oder Symmetrieachse durch den Abscheider strömt. Die abzuscheidenden Partikel werden radial durch den erzeugten Wirbelstrom in Richtung zur äußeren Gehäusewand beschleunigt und können dort entfernt werden. Man kann eine einzelne Zyklonzelle auch als einfachen Fliehkraftabscheider verstehen.
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Bei Ausführungsformen des Fliehkraftabscheiders hat die Zyklonzelle sich überdeckende Leitschaufeln. Insbesondere können sich die Leitschaufeln auf einer Querschnittsfläche senkrecht zu einer Einströmrichtung miteinander überlappen. Derartige Leitschaufeln, die dem Verwirbeln und damit Erzeugen einer Zentrifugalkraft auf im Fluid vorliegende Partikel dient, können bei dem vorgeschlagenen Fliehkraftabscheider flexibel eingesetzt werden.
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Bei Ausführungsformen des Fliehkraftabscheiders verlaufen die Leitschaufeln zwischen einem axialen Kern und einer Gehäusewand der Zyklonzelle. Der Kern verläuft beispielsweise kolinear mit einer Längs- oder Symmetrieachse der Zyklonzelle. Die Zellenwand kann insbesondere abschnittsweise hülsen- oder rohrförmig ausgebildet sein. Der axiale Kern hat dann in der Regel einen vorgegebenen Durchmesser. Eine Breite der sich ergebenden Leitschaufeln ist dann durch den Durchmesser des Kerns sowie des Gehäuseinnendurchmessers gegeben.
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Bei Ausführungsformen des Fliehkraftabscheiders mit einem hülsen- oder rohrförmigen Gehäuse, bilden die Leitschaufeln sowie der axiale Kern einen zylinderförmigen Leitschaufelapparat aus, der in die Zyklonzellenwand eingesetzt ist. Das Zyklonelement ist insbesondere ein materialeinstückiges Bauteil. Ebenso kann das Gehäuse ein materialeinstückiges Bauteil sein.
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Die Zyklonzellenwand umfasst dabei vorzugsweise zumindest abschnittsweise eine Auskragung oder Ausnehmung. Eine entsprechende Auskragung, wie eine Wulst, auf einer äußeren Oberfläche der Zellenwand ermöglicht eine verbesserte formschlüssige Verbindung mit umspritztem Gehäusematerial. Es ist ebenso denkbar, die Oberfläche der Zellenwand mit weiteren Strukturen zu versehen, wie beispielsweise Vertiefungen, Rillen, Nuten oder Pins, um eine verbesserte Halterung in dem Gehäuse bzw. Strukturelement zu erreichen.
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Die Leitschaufeln sind in der Regel ortsfest angeordnet. Denkbar sind jedoch auch drehbare oder bewegliche Leitschaufeln, um einen Wirbelstrom bzw. eine Wirbelströmung günstig zu erzeugen.
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Optional kann der Fliehkraftabscheider ein in dem Gehäuse vorgesehenes Tauchrohr umfassen, welches sich von der Ausströmöffnung in Richtung zu der Einströmöffnung erstreckt. Das Tauchrohr kann dabei rohr- oder hülsenförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Tauchrohr mit einem sich zur Einströmöffnung der Zyklonzelle hin verjüngende Querschnitt ausgebildet.
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Insbesondere eine Kombination eines sich konisch in Richtung zur Einströmöffnung verjüngenden Tauchrohrs mit einem konisch ausgestatteten Gehäuseabschnitt im Bereich des Tauchrohres oder der Ausströmöffnung führt zu besonders günstigen Strömungsverhältnissen und Abscheidegraden des Fliehkraftabscheiders.
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In bevorzugten Ausführungsformen des Fliehkraftabscheiders ist das Tauchrohr mit Hilfe einer Tauchrohrplatte als weiterem Strukturelement des Gehäuses an der Ausströmöffnung angebracht. Die Tauchrohrplatte verschließt zum Beispiel die Ausströmöffnung des Gehäuses zusammen mit dem Tauchrohr. Die Tauchrohrplatte ist dann beispielsweise als ein Kreisring mit einem äußeren Durchmesser, der der Ausströmöffnung entspricht, und mit einem inneren Durchmesser, der einer Kante des Tauchrohrs entspricht, ausgeführt.
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Der Fliehkraftabscheider ist ferner bei einigen Ausführungsformen mit einer Partikelaustragsöffnung ausgestattet. Die Partikelaustragsöffnung gibt vorzugsweise in Bezug auf eine Längsachse des Zyklonelements einen vorgegebenen Winkelabschnitt in der Gehäusewand frei. Ferner hat die Partikelaustragsöffnung eine Austragsöffnung oder Austragsfenstertiefe. Die Tiefe wird beispielsweise entlang der Längsachse gemessen.
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Es wird ferner ein als Filtereinrichtung ausgebildeter Fliehkraftabscheider vorgeschlagen. Die Filtereinrichtung umfasst mehrere Zyklonelemente oder Zyklonzellen mit einem oder mehreren Merkmalen, wie sie zuvor beschrieben sind. Die Zyklonelemente sind in einem Gehäuse der Filtereinrichtung vorgesehen, welches mehrere Öffnungen als Einströmöffnungen für die Fliehkraftabscheider und einen fluiddicht von den Öffnungen getrennten Ausströmabschnitt umfasst. Die Zyklonelemente sind von dem Material des Gehäuses formschlüssig umschlossen bzw. umspritzt. An den Ausströmabschnitt sind die Ausströmöffnungen der Zyklonelemente gekoppelt. Insofern können parallel mehrere Zyklonelemente zum Reinigen beispielsweise von Verbrennungsluft für Brennkraftmaschinen angeordnet werden. Durch das strömungsparallele Anordnen der Zyklonelemente kann der Abscheidegrad sowie Druckverlust beim Durchtritt von Fluid durch die Filtereinrichtung angepasst werden.
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Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Fliehkraftabscheiders nach einem der vorherigen Ausführungsformen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen von einem oder mehreren Zyklonzellen, und: Umspritzen des oder der Zyklonzellen zum Ausbilden eines Strukturelementes zum Halten des oder der Zyklonzellen.
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Vorzugsweise wird das Strukturelement als Teil eines Filtergehäuses in einem Spritzgussverfahren gespritzt.
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Das Verfahren lässt sich aufwandsgünstig implementieren, da beispielsweise die Zyklonelemente in der Art von Schüttgut oder Fallteilen bereitgestellt werden. Diese können in einem Spritzgussverfahren in ein entsprechendes Spritzgusswerkzeug positioniert werden und zum Ausbilden des Gehäuses umspritzt werden.
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Es lassen sich dabei einfache Spritzgusswerkzeuge einsetzen. Als Materialien kommen Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polyamide (PA), Polyester (PE), Polypropylen (PP), thermoplastische Elastomere (TPE), auch auf Olefinbasis (TPO), Elastan und/oder Polyolefine in Frage. Es ist insbesondere möglich, die Zyklonelemente aus einem preiswerten und flexiblen Material zu fertigen, und das Gehäuse aus einem festeren, mechanisch steiferem Material. Insofern lässt sich hochwertiges Material sparen. Außerdem kann das Material des Strukturelementes angepasst sein, um Schwingungen, die durch die Verwirbelung an den Zyklonelementen entsteht, zu dämpfen.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen des Fliehkraftabscheiders oder der Filtereinrichtung. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen oder abändern.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigt dabei:
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1: eine schematische Längsschnittsansicht einer Ausführungsform eines Fliehkraftabscheiders;
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2: perspektivische Ansichten einer Ausführungsform für Zyklonzellen;
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3: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Gehäuseform eines Fliehkraftabscheiders;
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4: eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform eines Fliehkraftabscheiders mit der Gehäuseform aus 3;
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5, 6: perspektivische Teilschnittansichten der Ausführungsform eines Fliehkraftabscheiders und der Gehäuseform aus 3, 4;
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7: eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer Zyklonzelle;
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8: eine schematische Schnittansicht eines Details einer Ausführungsform eines Fliehkraftabscheiders;
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9: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filtereinrichtung mit Fliehkraftabscheidern;
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10: eine Detailansicht eines Ausschnitts der Ausführungsform einer Filtereinrichtung mit Fliehkraftabscheidern; und
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11: eine Schnittansicht der Ausführungsform einer Filtereinrichtung mit Fliehkraftabscheidern.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt eine schematische Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Fliehkraftabscheiders.
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Bei einem Fliehkraft- oder Zyklonabscheider wird ein mit Partikeln beladenes Fluid von den Partikeln gereinigt. In der 1 ist dies durch einen Rohfluidstrom 9 pfeilförmig angedeutet. Das Rohfluid 9, wie beispielsweise Luft für eine Brennkraftmaschine kann Staub oder andere Partikel 11 aufweisen. Nach Durchlauf eines entsprechenden Fliehkraftabscheiders 1, der beispielsweise als Axialzyklon ausgestaltet ist, strömt gereinigte Luft oder Fluid 10 aus. Die Begriffe Zyklonelement und Zyklonzelle werden synonym verwendet,
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Der Fliehkraftabscheider 1 hat ein Gehäuse 2, welches ein Strukturelement, wie beispielsweise eine Zwischenwand 3, umfasst. Die Zwischenwand 3 trennt einen Rohfluid- bzw. Rohluftbereiche 16 von einem Reinfluid- bzw. Reinluftbereich 17. In einer Öffnung 4 der Zwischenwand 3 ist eine Zyklonzelle 5 angeordnet. Die Zyklonzelle 5 hat eine Längsachse 15, die in der Ausführungsform der 1 auch einer Symmetrieachse entspricht. Die Zyklonzelle 5 ist dabei aus einer zylinderförmigen Zellenwand 19, einem axialen Kern 8 und zwischen dem Kern 8 und der Innenseite der Zellenwand 19 verlaufenden Leitschaufeln 7 aufgebaut. Anströmseitig ist eine Einströmöffnung 13 vorgesehen und abströmseitig eine Ausströmöffnung 14. Bei der Zyklonzelle 5 wird durch die einen Leitapparat bildenden Leitschaufeln 7 eine geeignete Strömungsführung und damit ein Wirbel 12 erzeugt, wodurch die Partikel 11 in der Luft Zentrifugalkräften ausgesetzt werden. D. h., die Partikel 11 werden radial nach außen in Richtung zu der Zellenwand 19, welche zylinderförmig ausgestaltet ist, getrieben. Dort können sie, wie in der 1 angedeutet ist, akkumulieren und entfernt werden.
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Zum Erzeugen der wirbelförmigen Strömung und damit radialer Kräfte auf die Partikel 11, ist der Leitapparat mit geeigneten Leitschaufeln 7 versehen. Die Leitschaufeln 7 können beispielsweise schraubenwirbel- oder propellerförmig um die Achse 15 des Zyklonelements 1 gewunden sein. Man spricht auch von einem Axialzyklon. In der Darstellung der 1 ist ein Kern 8 entlang der Längsachse 15 in einem Abschnitt in der Nähe der Einströmöffnung 13 vorgesehen. Der Kern 8 wird durch die Leitschaufeln 7 gehalten. Die Leitschaufeln 7 führen zu der Wirbelströmung, welche mittels der Pfeile 12 angedeutet sind. Partikel bzw. Fluid, die bzw. das von der Einströmöffnung 13 zur Ausströmöffnung 14 geleitet ist, strömt entlang der Leitschaufeln 7. Dabei können sich die Leitschaufeln in Richtung der Einströmrichtung 18 gegenseitig überdecken und in dem jeweiligen Bauteil Hinterschnitte bilden.
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In der Darstellung der 1 schmiegt sich das Material 6 des Strukturelementes 3 um die Form des Zyklonelements 5. Es ist dabei möglich, das Strukturelement in einem Spritzgussverfahren zusammen mit dem Gehäuse 2 zu fertigen. Dazu werden vorgehaltene Zyklonelemente 5, die getrennt hergestellt wurden, in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt und anschließend mit dem Material des Strukturelements bzw. Gehäuses umspritzt. Es ist auch möglich, lediglich den direkten Kontaktbereich zwischen dem Strukturelement 3 bzw. der Öffnung 4 im Strukturelement 3 und der äußeren Wandung 19 der Zyklonzelle 5 mit einem spritzbaren Material zu versehen. Insofern lässt sich alternativ zu einem direkten Umspritzen und Herstellen des Gehäuses 2 auch eine Gehäuseform 2 vorfertigen, in die Zyklonelemente 5 an entsprechenden Positionen eingesetzt und anschließend mit einem Material umspritzt werden.
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In den 2 bis 6 sind Darstellungen einer Filteranordnung mit mehreren Zyklonelementen als Fliehkraftabscheidern dargestellt. Die 2 bis 6 dienen ferner zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für eine entsprechende Filteranordnung bzw. einen Fliehkraftabscheider.
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In einem ersten Schritt, der in der 2 illustriert ist, werden beispielsweise als Fallgut hergestellte Zyklonelemente 5, 105 bereitgestellt. Die Zyklonelemente 5 haben jeweils eine Zyklonzellenwand 19, einen zentralen Kern 8 und Leitschaufeln 3, die zwischen dem zentralen Kern 8 und der Innenseite der Wandung 19 verlaufen. Es ergibt sich im Wesentlichen eine zylindrische Geometrie für die Zyklonzellen 5, 105. Die Zyklonzellen werden nun in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt und mit einem Material für das Gehäuse 2 umspritzt.
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Die 3 zeigt im Wesentlichen die Gehäuseform 2, für die ein entsprechendes Spritzgusswerkzeug vorbereitet wird. In der Darstellung der 3 sind die Zyklonelemente 5 nicht in Öffnungen 4 eingesetzt bzw. von dem Gehäusematerial umspritzt. Die 3 zeigt somit eine Gehäuseform 2 sowie in der Orientierung der 3 vorderseitig eine Anströmseite 13 und rückseitig eine Abströmseite 14 für das gereinigte Fluid bzw. die Luft. Nach unten weist eine Staubaustragsöffnung 126. Um die in der 2 dargestellten Zyklonelemente 105 fluiddicht und fest mit dem Gehäuse zu verbinden, um eine Multizyklonanordnung zu schaffen, werden diese im Spritzgussverfahren umspritzt.
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4 zeigt die Zyklonelemente 105, wie sie in das Gehäuse 2 integriert sind bzw. in die Öffnungen 4 des als Halteabschnitt ausgebildeten Strukturelements 3 fest verbunden sind. Es ergibt sich durch das Spritzen bzw. Umspritzen der zylindrischen Zellenwände 19 ein formschlüssiges Halten der Zyklonelemente 105.
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In den 5 und 6 sind perspektivische Teilschnittansichten, die den Darstellungen der 4 und 3 entsprechen, dargestellt. In der 5 ist im Schnitt oben rechts ein Zyklonelement 5 in die Halteplatte 3 integriert erkennbar. In dem mit dem Kreis 6 versehenen Bereich ist das Zyklonelement 105 von dem Material des Gehäuses bzw. der Halteplatte formschlüssig umspritzt. Es ergibt sich ein sicherer Halt der Zyklonelemente 5, 105 im Gehäuse 2.
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In der 6 ist erneut ein Ausschnitt der Gehäuseform angedeutet. In die Öffnungen 4 werden durch ein Spritzgießen die Zyklonelemente integriert. Es ist einfach möglich, die Materialien für die Zyklonelemente und/oder die Gehäuseformen anzupassen. Beispielsweise können Kunststoff oder andere spritzgussverarbeitbare Materialien eingesetzt werden. Um eine statische Aufladung des Gehäuses und/oder der Zyklonelemente zu vermeiden, können leitfähige Materialien beigemengt werden. Es wird somit ein einfaches Herstellungsverfahren für Multizyklonanordnungen geschaffen sowie eine flexibel anpassbare Filteranordnung mit mehreren Zyklonelementen. Die eingesetzten Spritzgusswerkzeuge können einfach gefertigt werden und sind vorzugsweise Auf-Zu-Werkzeuge. Gegenüber Verfahren, bei denen auch die Zyklonelemente im Spritzgussverfahren zusammen mit der Gehäuseform hergestellt werden, haben das vorgeschlagene Herstellungsverfahren und die Fliehkraftabscheider den Vorteil, dass auch kompliziertere Fliehkraftabscheidergeometrien aufwandsgünstig erzielbar sind.
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In der 7 ist beispielsweise eine Querschnittsansicht für eine Zyklonzelle 5 dargestellt. In der Darstellung der 7 blickt man auf die Einströmöffnung entlang der Längsachse, wie sie beispielsweise in der 1 mit 15 bezeichnet ist. Es sind sechs Leitschaufeln 7 vorgesehen, die zwischen dem axialen Kern 8 und der Zellenwand 19 verlaufen. Die gestrichelten Linien 7' deuten an, dass sich die Leitschaufeln zumindest teilweise überlappen. Die gestrichelten Linien sind insofern Abströmkanten von Leitschaufeln, die hinter den Anströmkanten der vorhergehenden, nach vorne gerichteten Leitschaufel 7 vorliegen. Derartige Leitschaufelgeometrien erfordern Hinterschnitte und komplizierte bewegliche Spritzgusswerkzeuge. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren können diese Zyklonzellen 5 einfach vorgefertigt werden und beim Herstellen des Gehäuses bzw. Finalisieren der Filteranordnung eingesetzt werden.
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Die 8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Details einer Ausführungsform eines Fliehkraftabscheiders. Es ist insbesondere der Übergang zwischen dem Gehäuse und der Zellenwand dargestellt. Die Zellenwand 19 eines hier nicht näher dargestellten Zyklonelementes hat dabei beispielsweise eine zylinderförmige Oberfläche. Auf der äußeren Zylinderwandung ist eine Wulst oder Auskragung 20 vorgesehen. Durch die Auskragung kann im Spritzgussverfahren einfach Material des Gehäuses bzw. eines Strukturelementes 3, 6 formschlüssig um die Auskragung 20 geformt werden. Es ergibt sich dadurch ein besonders sicherer Halt. Denkbar sind jedoch auch andere, insbesondere eine Drehsymmetrie entlang der Längsachse brechende Elemente denkbar. Beispielsweise sind ringförmige Nute oder Wülste denkbar. Es ist ebenso möglich, die Gehäusewandung mit Ausnehmungen zu versehen, in die formschlüssig Spritzgussmaterial eindringt.
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Mehrere Fliehkraftabscheider gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen aus 1, 2, 7 lassen sich in einem gemeinsamen Gehäuse zu einer Filtereinrichtung verbinden. In den 9 bis 11 sind weitere Ausführungsformen einer Filtereinrichtung mit Fliehkraftabscheidern bzw. Zyklonzellen dargestellt. Die 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, die 10 eine Detailansicht eines darin eingesetzten und von dem Gehäusematerial umspritzten Fliehkraftabscheiders und die 11 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Filtereinrichtung.
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Eine Filtereinrichtung 101 hat dabei ein Gehäuse 102, in dem mehrere Zyklonzellen 5, 105 integriert sind. In der Orientierung der 9 und 11 erfolgt von links ein Einströmen von Rohfluid 9, welches partikelbeladen ist. Rechts strömt Reinfluid 10 aus. Nach unten, durch den schwarzen Pfeil 11 gekennzeichnet, können abgeschiedene Partikel entfernt werden. In dem Gehäuse 102 sind mehrere Öffnungen 113 vorgesehen, in die Einströmöffnungen 13 der formschlüssig von dem Gehäusematerial 6 gehaltenen Zyklonelementen 5, 105 eingepasst sind. Eine Partikelaustragsöffnung 126 führt nach unten von dem Gehäuse 102 ab. In der Detailansicht der 10 erkennt man, dass die eingesetzten Zyklonelemente 5, 105 einen zentralen Kern 16 umfassen und mit sechs Leitschaufeln 7 ausgeführt sind.
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In der Querschnittsansicht der 11 ist ein Fliehkraftabscheider (gepunkteter rechteckiger Bereich) im Schnitt angedeutet. Die Filtereinrichtung 101 hat im Wesentlichen drei Bereiche. Ein als Halteabschnitt ausgebildetes Strukturelement 112 des Gehäuses 102 trägt oder hält die Zyklonelemente 5, 105 formschlüssig. Dies wird durch umspritzen der Zyklonzellenwandungen mit dem Gehäusematerial in einem Spritzgussverfahren erzielt. Die Ausströmöffnungen 14 der Zyklonelemente 5, 105 führen in einen gemeinsamen Abströmabschnitt 114. Der Abströmabschnitt 114 ist von einem Austragsabschnitt 126 getrennt. Die Zyklonelemente 5, 105 sind mit Partikelaustragsfenstern 26 versehen, die kommunikativ mit dem Austragsabschnitt 126 verbunden sind. Anströmseitig tritt verunreinigte, beispielsweise Verbrennungsluft, durch die Öffnungen 113 in die Zyklonelemente 5, 105 ein, durchströmen Zyklonelemente 5, 105, welche die Partikel an den Partikelaustragsfenstern 26 abgeben, und gereinigte Luft tritt in den Abströmabschnitt 114 durch die Abströmöffnungen 14 aus. Die gereinigte Luft 10 kann nun beispielsweise einer Brennkraftmaschine zugeleitet werden. Die Orientierung der Austragsfenster 26 ist in Bezug auf die Erdbeschleunigung, welche in der Orientierung der 11 nach unten weist, gleich. Somit fallen die Partikel auf Grund der Schwerkraft nach unten durch den Austragsabschnitt 126 und können abgeleitet werden. Die parallele Anordnung von Zyklonelemente 5, 105 ermöglicht eine Anpassung der sich ergebenden Druckverluste sowie Abscheidegrade.
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Eine entsprechende Filtereinrichtung 101 erzielt eine noch bessere Filterwirkung, wenn an dem Austragsabschnitt 126 ein gegenüber dem Druck an den Einströmöffnungen 113 geringerer Druck vorliegt. Man kann zum Beispiel den als Absaugstutzen ausgestalteten Austragsabschnitt an eine Absaugeinrichtung anschließen, die den Staub auffängt und ableitet.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand verschiedener Beispiele und Aspekte von Fliehkraftabscheidern beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar. Insbesondere können die verschiedenen, in den Figuren und Ausführungsbeispielen angesprochenen Aspekte miteinander kombiniert werden. Die Materialien der Zyklonelemente, Gehäuse und Strukturelemente können an die jeweiligen Einsatzgebiete angepasst werden. Insbesondere denkbar sind spritzgussfähige Kunststoffe.
