-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfiltersystem für die Frischluftversorgung einer Fahrerkabine, insbesondere der Fahrerkabine eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs.
-
Landwirtschaftliche Fahrzeuge wirbeln im Feldeinsatz bei trockener Witterung beträchtliche Mengen von Staub auf. Damit der Fahrer eines solchen Fahrzeugs nicht gezwungen ist, den Staub einzuatmen, muss dieser durch geeignete Mittel von der Fahrerkabine ferngehalten werden. Um die Fahrerkabine mit Frischluft zu versorgen und dabei das Eindringen von Staub zu verhindern, sind diverse Filtersysteme vorgeschlagen worden. Die meisten dieser Filtersysteme basieren auf der Verwendung von luftdurchlässigen Filterkörpern, an bzw. in denen sich Staubpartikel der hindurchgeführten Luft absetzen. Je größer die Menge der an den Filterkörpern abgeschiedenen Partikel ist, um so höher ist im Allgemeinen der Strömungswiderstand solcher Filtersysteme. Um eine ausreichende Frischluftzufuhr sicherstellen zu können, müssen die Filter daher regelmäßig ausgetauscht werden. Ein häufiger Filterwechsel erhöht die Betriebskosten des Fahrzeugs und beeinträchtigt dessen Verfügbarkeit. Daher besteht ein großes Interesse an Luftfiltersystemen, die auch in stark staubbelasteter Umgebung lange Zeit ohne Filterwechsel eingesetzt werden können.
-
So ist z. B. aus
WO 2011/004243 A1 ein Luftfiltersystem für landwirtschaftliche Fahrzeuge bekannt, das eine erste Filterstufe mit einem rotierenden Vorfilter und eine daran anschließende zweite oder Hauptfilterstufe umfasst. Indem der Vorfilter einen Teil der Staubpartikel vom Hauptfilter fern hält, wird dessen Standzeit verlängert; die Drehung des Vorfilters bewirkt, dass zumindest ein Teil des am Vorfilter aufgefangenen Staubes am Vorfilter nicht hängen bleibt, sondern von diesem abgeschleudert wird. So wird eine zu schnelle Verschlechterung des Strömungswiderstandes des Vorfilters vermieden und auch dessen Standzeit verlängert. Dennoch bleibt auch hier ein regelmäßiger Austausch des Hauptfilters notwendig.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Luftfiltersystem für eine Fahrerkabine anzugeben, bei dem der Wartungsaufwand weiter minimiert ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Luftfiltersystem für die Frischluftversorgung einer Fahrerkabine mit zwei Filterstufen, von denen eine ein rotierendes Filterelement umfasst, das rotierende Filterelement als Sieb und die zweite Filterstufe als Zyklonabscheiderstufe ausgebildet ist. Das Sieb wird im Wesentlichen nur benötigt, um grobe Partikel von der Zyklonabscheiderstufe fernzuhalten, die in dieser den Verlauf der Luftströmung verändern und dadurch ihre Wirksamkeit beeinträchtigen könnten. Der Strömungswiderstand der ersten Filterstufe kann daher sehr niedrig gehalten werden. Die Zyklonabscheiderstufe als zweite Filterstufe kommt ohne von der filternden Luft durchströmte durchlässige Körper aus und ist daher auch nach lang andauerndem Betrieb nicht verstopfungsgefährdet.
-
Vorzugsweise umfasst die Zyklonabscheiderstufe mehrere parallel durchströmte Zyklonabscheider. Wenn in dem für die Zyklonabscheiderstufe verfügbaren Bauraum anstelle eines einzelnen Zyklonabscheiders mit großem Durchmesser eine Mehrzahl von Abscheidern mit entsprechend verkleinertem Durchmesser vorgesehen wird, können die bei gegebener Strömungsgeschwindigkeit in den Abscheidern auftretenden Fliehkräfte vergrößert und damit die Wirksamkeit verbessert werden.
-
Die mehreren Zyklonabscheider können platzsparend rings um einen Motor angeordnet sein, der das rotierende Filterelement und/oder ein Gebläse antreibt. Insbesondere können das rotierende Filterelement und ein Schaufelrad des Gebläses drehfest miteinander verbunden sein.
-
Das Sieb ist vorzugsweise als Hohlkörper mit einem Innenraum geformt, in dem die Zyklonabscheiderstufe untergebracht ist. Um eine schnelle Drehung des Siebes ohne Unwucht zu ermöglichen, kann der Hohlkörper insbesondere ein Rotationskörper wie etwa ein Zylinder, ein Kegelstumpf oder dergleichen sein.
-
An einer offenen Stirnseite des Siebes kann ein Reinluft-Auslass und an einer anderen Stirnseite ein Staubauslass der Zyklonabscheiderstufe herausgeführt sein.
-
Des Weiteren kann ein Schaufelrad eines Gebläses, das den Luftstrom durch die erste und zweite Filterstufe antreibt, platzsparend an einer Stirnseite des Siebes angeordnet sein. Insbesondere kann es sich dabei um das oben erwähnte, von dem Motor angetriebene Schaufelrad handeln.
-
Der Innenraum des Siebes kann durch eine ortsfeste Wand in einen an das Sieb angrenzenden Ringraum außerhalb der Wand und einen von der Wand umgebenen zentralen Raum unterteilt sein. Eine solche Wand verhindert unter anderem, dass die Luft im gesamten Innenraum des Siebes zusammen mit dem Sieb rotiert und dadurch die Wirksamkeit des Schaufelrads beeinträchtigt.
-
Das Schaufelrad kann dann strömungstechnisch zwischen dem Ringraum und dem zentralem Raum angeordnet sein, um Luft aus dem Ringraum abzusaugen und dem zentralen Raum zuzuführen.
-
Aus der Pumpwirkung des Schaufelrades resultiert ein Überdruck in den zentralen Raum. Die Zyklonabscheider können daher unmittelbar über einen mit dem zentralen Raum kommunizierenden Einlass gespeist werden. In einer platzsparenden Anordnung erstrecken sich die Zyklonabscheider durch den zentralen Raum, genauer gesagt hat jeder Zyklonabscheider einen Reinluftauslass und einen Staubauslass, die an entgegengesetzen Seiten des zentralen Raums heraustreten.
-
Das Schaufelrad weist vorzugsweise einen durchbrochenen Kernbereich und einen sich um den Kernbereich erstreckenden Ring von Luftschaufeln auf. Der durchbrochene Kernbereich erlaubt die Freisetzung von Reinluft oder, vorzugsweise, von Staub aus den Zyklonabscheidern durch das Schaufelrad hindurch und ermöglicht so einen extrem kompakten Aufbau.
-
Zweckmäßig ist ferner, dass ein Staubauslass eines jeden Zyklonabscheiders näher an einer Drehachse des Schaufelrades liegt als ein Reinluftauslass desselben Zyklonabscheiders. Dadurch ist es möglich, den Anteil des durchbrochenen Kernbereichs am Durchmesser des Schaufelrades klein zu halten, ohne die Freisetzung des Staubes zu behindern.
-
Die Drehung des Siebes ist bereits von sich aus wirksam, um durch Fliehkraft die Ablagerung von Partikeln auf dem Sieb in Grenzen zu halten. Als ein weiteres Hilfsmittel zur Verringerung der Partikelmenge auf dem Sieb kann ein Strömungsunterbrecher vorgesehen sein, der einen Teil der Oberfläche des rotierenden Siebes überdeckt und der sich nicht oder mit einer anderen Geschwindigkeit als das Sieb dreht, so dass im Laufe der Drehung des Siebes ständig wechselnde Teile der Sieboberfläche mit dem Strömungsunterbrecher überlappen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 einen schematischen axialen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftfiltersystem;
-
2 eine Zyklonabscheiderstufe und ein Schaufelrad eines erfindungsgemäßen Luftfiltersystems in einer perspektivischen Ansicht schräg von unten;
-
3 eine perspektivische Ansicht von Teilen des Luftfiltersystems;
-
4 eine weitere Ansicht von unten der Zyklonabscheiderstufe ohne das Schaufelrad; und.
-
5 eine Anordnung von Luftleitelementen
-
1 veranschaulicht den Aufbau eines erfindungsgemäßen Luftfiltersystems anhand eines axialen Halbschnittes. Der Aufbau des Luftfiltersystems ist rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Symmetrieachse 1, die gleichzeitig Drehachse eines Elektromotors 2 ist. Der Elektromotor 2 ist auf einer zur Achse 1 senkrechten Grundplatte 3 montiert; seine Welle 4 erstreckt sich durch die Grundplatte 3 hindurch und trägt jenseits der Grundplatte 3 ein Schaufelrad 5.
-
Die Struktur des Schaufelrades 5 ist am besten in der Ansicht der 2 zu erkennen. Von einer an der Welle 4 verschraubten Nabe 6 gehen mehrere durch großflächige Fenster 8 voneinander getrennte Speichen 7 aus. Die Speichen 7 tragen einen Ring 9, von dem Luftschaufeln 10 abstehen. Wenn das Schaufelrad 5 in der in 2 durch den Pfeil 11 angezeigten Richtung rotiert, treiben die Luftschaufeln 10 eine entlang der Achse 1 aufwärts gerichtete Luftströmung an.
-
Wiederum bezogen auf 1 ist das Schaufelrad 5 ringsum umgeben von einer zylindrischen Wand 12. Diese Wand 12 begrenzt zusammen mit der Grundplatte 3 und einer Decke 13 einen im Wesentlichen zylindrischen zentralen Raum 15. In dem zentralen Raum 15 sind mehrere Zyklonabscheider 16 rings um den Elektromotor 2 angeordnet.
-
In 3 ist die Wand 11 durchsichtig dargestellt, um die Zyklonabscheider 16 und ihre Ringanordnung um den Elektromotor 2 herum zeigen zu können. 3 zufolge sind fünf Zyklonabscheider 16 vorhanden; in der Praxis kann ihre Zahl abweichen.
-
Die Zyklonabscheider 16 sind jeweils in Bezug auf eine Achse 17 (s. 1) rotationssymmetrische Hohlkörper mit einem zylindrischen oberen Abschnitt 18 und einem nach unten verjüngten kegelförmigen Abschnitt 19. Die Achsen 17 der Zyklonabscheider 16 liegen auf einem gemeinsamen Kegel. Die Zyklonabscheider 16 kommunizieren mit dem zentralen Raum 15 jeweils über einen zur Decke 13 benachbarten Einlass 20. Wie in 4 zu erkennen, sind die Einlässe 20 jeweils hornförmig gekrümmt, um die aus dem zentralen Raum 15 in die Zyklonabscheider 16 einströmende Luft auf eine zu der Wand des zylindrischen oberen Abschnitts 18 tangentiale Bahn 36 zu zwingen, so dass die Luft im Inneren der Zyklonabscheider 16 schnell rotiert und von ihr mitgeführte Staubpartikel durch die dabei auftretenden Fliehkräfte nach außen getrieben werden. Die von den Partikeln im Wesentlichen befreite Luft verlässt den Zyklonabscheider 16, wie durch einen Pfeil 38 angegeben, über einen Reinluftauslass 21, hier in Form eines entlang der Achse 17 von oben in den zylindrischen Abschnitt 18 hineinragenden Rohrstutzens. Die abgeschiedenen Partikel 37 erreichen über den kegelförmigen Abschnitt 19 schließlich einen Staubauslass 22, der die Grundplatte 3 quert. Durch die Fenster 8 des Schaufelrades 5 verlassen die Staubpartikel das Luftfiltersystem.
-
Unterhalb des Schaufelrades 5 kann ein Auffangtrichter 23 vorgesehen sein, um den aus den mehreren Zyklonabscheidern 16 austretenden Staub zu sammeln und ins Freie zu leiten.
-
Eine über die Reinluftauslässe 21 der mehreren Zyklonabscheider 16 übergestülpte Glocke 24 sammelt die Reinluftströme und bündelt sie an einem gemeinsamen Auslass 25.
-
An einer Unterseite des Rings 9 des Schaufelrades 5 ist eine ringförmige Rinne 26 montiert. Der äußere Umfang der Rinne 26 erstreckt sich außerhalb der zylindrischen Wand 11 und trägt ein rohrförmiges, zu der Wand 11 konzentrisches zylindrisches Sieb 27. Um den inneren Aufbau des Luftfiltersystems zeigen zu können, ist das Sieb 27 in 3 nur auf einem kleinen Teil seines Umfangs, an der vom Betrachter abgewandten Seite des Luftfiltersystems, dargestellt; vollständig gezeigt sind sich axial bzw. in Umfangsrichtung erstreckende Stützstreben 28, an denen das Sieb 27 befestigt ist.
-
Wie wiederum in 1 am besten zu erkennen, greift die obere umlaufende Stützstrebe 28 in eine Nut 14 ein, die an einem über die Wand 11 radial überstehenden Randbereich der Decke 13 ausgebildet ist. Nut 14 und Stützstrebe 28 bilden so eine Labyrinthdichtung zwischen einem sich zwischen dem Sieb 27 und der Wand 11 erstreckenden Ringraum 29 und der Umgebung.
-
Die Luft, die wie durch einen Pfeil 39 angegeben durch die Drehung des Schaufelrades 5 in den zentralen Raum 15 gepumpt wird, wird über den Ringraum 29 aus der Umgebung abgesaugt. Wenn sie dabei in Richtung von Pfeilen 40 durch das Sieb 27 hindurch tritt, bleiben grobe Partikel 41 an der Außenseite des Siebs 27 hängen und werden, da das Sieb 27 zusammen mit dem Schaufelrad 5 schnell rotiert, wie in 1 durch Pfeile 42 dargestellt, durch Fliehkraftwirkung vom Sieb 27 wieder abgeschleudert.
-
Um zu vermeiden, dass abgeschleuderte Schwebepartikel von der auf das Sieb 27 zuströmenden Luft wieder mitgenommen und erneut auf dem Sieb 27 abgeschieden werden, kann ein Strömungsunterbrecher 30 vorgesehen sein, der am besten in 3 zu erkennen ist. Bei dem Strömungsunterbrecher 30 handelt es sich um eine zu der Wand 11 konzentrische, sich nur über einen Teil des Umfangs der Wand 11 erstreckende Wandplatte. Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel ist der Strömungsunterbrecher 30 außerhalb des Siebs 27 angeordnet und von diesem durch einen Spalt 31 (s. 1) getrennt. In dem Spalt 31 gibt es keine radial einwärts gerichtete Luftströmung, die die Ablösung von Partikeln von der Oberfläche des Siebes 27 behindern könnte; stattdessen gibt es, bedingt durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Siebes 27 und des Strömungsunterbrechers 30, in dem Spalt 31 kleinräumige Wirbel, die die Ablösung der Partikel vom Sieb 27 eher noch begünstigen. Von der Schwerkraft angetrieben, neigen die Partikel dazu, den Spalt 31 nach unten zu verlassen, so dass sie von dem Auffangtrichter 23 aufgefangen und abgeführt werden können.
-
Einer Weiterbildung zufolge kann an den unteren Rand der Wand 11 eine Anordnung von stationären Luftleitelementen 32, wie in 5 gezeigt, angefügt sein. Die Luftleitelemente 32 sind radial zur Achse 1 orienterte Platten, die hier durch einen auf die Wand 11 aufsteckbaren Ring 33 einteilig verbunden sind. Ein unterer Flügel 34 der Luftleitelemente 32 greift in die Rinne 26 ein und füllt deren Querschnitt großenteils aus. Ein schmaler oberer Flügel 35 kann in den Ringraum 29 hineinragen. Die Luftleitelemente 32 unterdrücken eine umlaufende Luftströmung, die in dem Ringraum 29 und mehr noch in der Rinne 26 aus der Rotation der diese Räume begrenzenden Oberflächen des Siebs 27 und der Rinne 26 resultiert, und fördern so die Wirksamkeit der Luftschaufeln 10.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Symmetrieachse
- 2
- Elektromotor
- 3
- Grundplatte
- 4
- Welle
- 5
- Schaufelrad
- 6
- Nabe
- 7
- Speiche
- 8
- Fenster
- 9
- Ring
- 10
- Luftschaufel
- 11
- Pfeil
- 12
- Wand
- 13
- Decke
- 14
- Nut
- 15
- zentraler Raum
- 16
- Zyklonabscheider
- 17
- Achse
- 18
- zylindrischer Abschnitt
- 19
- kegelförmiger Abschnitt
- 20
- Einlass
- 21
- Reinluftauslass
- 22
- Staubauslass
- 23
- Auffangtrichter
- 24
- Glocke
- 25
- Auslass
- 26
- Rinne
- 27
- Sieb
- 28
- Stützstrebe
- 29
- Ringraum
- 30
- Strömungsunterbrecher
- 31
- Spalt
- 32
- Luftleitelement
- 33
- Ring
- 34
- unterer Flügel
- 35
- oberer Flügel
- 36
- Bahn
- 37
- Partikel
- 38
- Pfeil
- 39
- Pfeil
- 40
- Partikel
- 41
- Pfeil
- 42
- Pfeil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
