DE102018117115A1

DE102018117115A1 - Filtervorrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Luftstrom

Info

Publication number: DE102018117115A1
Application number: DE102018117115.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Röckle
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: Eisenmann SE
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Luftstrom aus Behandlungsanlagen für Fahrzeugkarossieren oder Fahrzeugteile, mit einem Filtermodul, wobei durch das Filtermodul ein mit Partikeln beladener Luftstrom entlang einer Hauptströmungsrichtung leitbar und in welchem Partikel abscheidbar sind, wobei das Filtermodul eine Beschleunigungstiefenfilterstufe oder/und eine Schrägfilterstufe aufweist, wobei die Beschleunigungstiefenfilterstufe einen Beschleunigungsabschnitt zur temporären Erhöhung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in der Hauptströmungsrichtung, einen stromabwärts des Beschleunigungsabschnitts angeordneten Tiefenspeicherabschnitt zur Aufnahme von Partikeln aus dem beschleunigten Luftstrom sowie eine Abströmöffnung zum Abströmen des Luftstroms stromaufwärts des Tiefenspeicherabschnitts in eine zweite Strömungsrichtung umfasst, und/oder die Schrägfilterstufe eine Mehrzahl an Filtereinheiten mit einer Anströmfläche aufweist, wobei die Filtereinheiten nebeneinander schräg zu der Hauptströmungsrichtung so angeordnet sind, dass die Anströmflächen der Filtereinheiten schräg zu der Hauptströmungsrichtung stehen und bei einer geringen Beladung der Filtereinheiten eine Durchströmung und mit einer zunehmenden Beladung der Filtereinheiten ein Umströmen der Filtereinheiten erfolgt.Die Erfindung betrifft außerdem eine Behandlungsanlage sowie ein Verfahren zur Behandlung von Fahrzeugteilen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Luftstrom aus Behandlungsanlagen für Fahrzeugkarossieren oder Fahrzeugteile, mit einem Filtermodul, wobei durch das Filtermodul ein mit Partikeln beladener Luftstrom entlang einer Hauptströmungsrichtung leitbar und in welchem Partikel abscheidbar sind.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei der Behandlung von Fahrzeugteilen wie beispielsweise Fahrzeugkarosserien, Rädern oder/und Stoßfängern innerhalb einer Behandlungsanlage wird innerhalb einer Behandlungskabine befindliche Kabinenluft regelmäßig mit Partikeln wie Flüssigkeitströpfchen oder Staubteilchen beladen. Beispielsweise gelangt bei der manuellen oder automatischen Applikation von Lacken auf Gegenständen ein Teilstrom des Lackes, der im Allgemeinen sowohl Festkörper oder/und Bindemittel als auch Lösemittel enthält, nicht auf den Gegenstand. Dieser Teilstrom wird als Overspray bezeichnet. Im Folgenden werden die Begriffe Overspray oder Overspray-Partikel im Sinne eines dispersen Systems, wie einer Emulsion, Suspension oder einer Kombination daraus verstanden. Der Overspray wird von dem Luftstrom in der Lackierkabine erfasst und einer Abscheidung zugeführt, so dass die Luft gegebenenfalls nach einer geeigneten Konditionierung wieder in die Beschichtungskabine zurückgeleitet werden kann.
Bei Anlagen mit größerem Lackverbrauch, beispielsweise bei Anlagen zum Lackieren von Fahrzeugkarosserien, kommen in bekannter Weise bevorzugt Nassabscheidesysteme einerseits oder elektrostatisch arbeitende Trockenabscheider andererseits zum Einsatz. Als Alternative kommen auch Systeme mit austauschbaren Filtereinheiten zum Einsatz, die nach Erreichen einer Grenzbeladung gegen unbeladene Filtereinheiten ausgetauscht und entsorgt oder gegebenenfalls recycelt werden. Die Aufbereitung oder/und Entsorgung von derartigen Filtereinheiten kann energetisch und auch im Hinblick auf die erforderlichen Ressourcen verträglicher sein als bei entsprechenden Nass- oder Trockenabscheidern.
Bei austauschbaren Filtereinheiten oder Filtermodulen, die mit einer Reihe solcher Filtereinheiten ausgestattet sein können, besteht oftmals das Problem, dass sich mit einer zunehmenden Beladung der Filtereinheiten oder des Filtermoduls der Druckabfall über eine oder/und alle Filtereinheiten stark verändert. Konkret nimmt der Druckabfall über eine zu durchströmende Filtereinheit mit zunehmender Beladung immer stärker zu. Dieser erhöhte Druckabfall muss für eine gewünschte Aufrechterhaltung eines konstanten Volumenstroms durch die Filtereinheit hindurch kompensiert werden, was zunächst zu einem hohen Regelungsbedarf und in Folge auch zu einer erhöhten Förderleistung durch Gebläse oder anderen Förderanlagen führt,
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet und insbesondere über einen weiten Beladungsbereich eine höhere Konstanz des Druckabfalls und insbesondere einen niedrigeren Druckabfall aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Filtervorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Luftstrom aus Behandlungsanlagen für Fahrzeugkarosserien oder Fahrzeugteile, weist zumindest ein Filtermodul auf, wobei durch das Filtermodul ein mit Partikeln beladener Luftstrom entlang einer Hauptströmungsrichtung leitbar und in welchem Partikel abscheidbar sind. Die Filtervorrichtung kann beispielsweise nur ein einziges Filtermodul oder eine Reihe von Filtermodulen aufweisen. Die Filtermodule können in Reihe geschaltet sein und so nacheinander verschiedene Filteraufgaben erfüllen. Alternativ oder zusätzlich können die Filtermodule parallel geschaltet sein oder/und einem bestimmten Bereich einer Behandlungskabine zugeordnet sein. Das Filtermodul weist in einer ersten Alternative eine Beschleunigungstiefenfilterstufe, in einer zweiten Alternative eine Schrägfilterstufe und einer dritten Alternative sowohl einer Beschleunigungstiefenfilterstufe und eine Schrägfilterstufe auf.
Die Beschleunigungstiefenfilterstufe weist einen Beschleunigungsabschnitt zur temporären Erhöhung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in der Hauptströmungsrichtung auf. Die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit kann beispielsweise mittels einer Verringerung des Strömungsquerschnitts erreicht werden.
Stromabwärts des Beschleunigungsabschnitts ist in Hauptströmungsrichtung ein Tiefenspeicherabschnitt zur Aufnahme von Partikeln aus dem beschleunigten Luftstrom so angeordnet, dass der den Beschleunigungsabschnitt verlassende Luftstrom zunächst beispielsweise auf ein Tiefenfilterelement gerichtet ist. Die Aufnahme bzw. Ablagerung von Partikeln aus dem Luftstrom wird durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit verbessert, da mit der höheren Strömungsgeschwindigkeit eine bessere Richtwirkung einhergeht, d.h. seitliche Kräfte, welche auf die Partikel einwirken und zu einem Auftreffen an einem unerwünschten Ort führen könnten, haben einen geringeren Einfluss. Gleichzeitig führt eine höhere Auftreffgeschwindigkeit des Luftstroms auf das Tiefenfilterelement zu einem tieferen Eindringen der mitströmenden Partikel und damit zu einer insgesamt höheren Aufnahmefähigkeit des Tiefenspeicherabschnitts.
Des Weiteren weist die Beschleunigungstiefenfilterstufe eine Abströmöffnung zum Abströmen des Luftstroms stromaufwärts des Tiefenspeicherabschnitts in eine zweite Strömungsrichtung auf. Diese eine oder mehreren Abströmöffnungen werden mit zunehmender Beladung des Tiefenfilterabschnitts und des damit einhergehenden erhöhten Druckabfalls über den Tiefenfilterabschnitt stärker durchströmt. Dies kompensiert einerseits den erhöhten Druckabfall über den Tiefenfilterabschnitt. Andererseits führt die Anordnung der Abströmöffnung stromaufwärts des Tiefenfilterabschnitts dazu, dass der zunächst beispielsweise auf ein Tiefenfilterelement gerichtete Luftstrom - der mit zunehmender Beladung nicht mehr vollständig durch das Tiefenfilterelement abströmen kann - zum Abströmen über die Abströmöffnung eine Ablenkung in eine zweite Strömungsrichtung erfährt.
Aufgrund dieser Ablenkung wirkt auf die in dem Luftstrom befindlichen Partikel eine Beschleunigungskraft, welche dazu führt, dass die Partikel aus dem Luftstrom herausgerissen und in Richtung des Tiefenfilterabschnitts geschleudert werden. Somit kann der Tiefenfilterabschnitt und insbesondere ein darin befindliches Tiefenfilterelement auch mit zunehmender Beladung weiterhin eine Filterfunktion ausüben. Gleichzeitig bleibt der über den Tiefenfilterabschnitt erfolgende Druckabfall weitgehend konstant und die Beschleunigungstiefenfilterstufe weist insgesamt eine verbesserte Konstanz des gesamten Druckabfalls mit zunehmender Beladung auf.
Die Schrägfilterstufe weist eine Mehrzahl an Filtereinheiten mit einer Anströmfläche auf, wobei die Filtereinheiten nebeneinander schräg zu der Hauptströmungsrichtung so angeordnet sind, dass die Anströmflächen der Filtereinheiten schräg zu der Hauptströmungsrichtung stehen und bei einer geringen Beladung der Filtereinheiten eine Durchströmung und mit einer zunehmenden Beladung der Filtereinheiten ein Umströmen der Filtereinheiten erfolgt. Die Filtereinheiten können beispielsweise in vertikaler Richtung übereinander gestaffelt angeordnet sein wie beispielsweise Regalfächer, wobei die einzelnen „Fachböden“ als Filtereinheiten ausgebildet sind. Die Filtereinheiten können also beispielsweise sich übereinander in horizontaler Richtung erstrecken, wobei die Hauptströmungsrichtung quer zu der Erstreckung verläuft. Die einzelnen Filtereinheiten sind dabei um ihre jeweilige vertikale Achse soweit verkippt, dass keine direkte Durchströmung des Luftstroms zwischen den einzelnen Filtereinheiten erfolgen kann. Vielmehr wäre für eine Umströmung der einzelnen Filtereinheiten eine Umlenkung des Luftstroms nach oben oder nach unten erforderlich. Diese Anordnung führt dazu, dass zunächst bei einer geringen Beladung der einzelnen Filtereinheiten der Luftstrom durch die einzelnen Filtereinheiten verläuft und somit die Filtereinheiten tiefenbeladen werden.
Mit zunehmender Beladung erhöht sich der innere Strömungswiderstand der einzelnen Filtereinheiten und es erfolgt eine teilweise oder vollständige Umströmung. Da bei einem Umströmen der einzelnen Filtereinheiten eine Umlenkung des Luftstroms erfolgt, wirkt eine Beschleunigungskraft auf die in dem Luftstrom befindlichen Partikel und schleudert diese in Richtung der jeweiligen Filtereinheit, so dass diese nach wie vor beladen werden kann. Gleichzeitig bleibt der Gesamtströmungswiderstand der Schrägfilterstufe weitgehend konstant.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließen die Hauptströmungsrichtung und die zweite Strömungsrichtung einen Winkel von 90° oder kleiner ein. Ein Umlenken erzeugt eine größere Fliehkraft auf die mit dem Luftstrom beförderten Partikel, unter anderem je kürzer die Umlenkungsstrecke, je höher die Strömungsgeschwindigkeit und je größer der Umlenkungswinkel ist. Entsprechend führt ein Umlenken des Luftstroms um 90° oder einem spitzen Winkel zu einer ausreichend großen Kraft auf die in dem Luftstrom geförderten Partikel, zu einem Herauslösen derselben aus dem Luftstrom und zu einem Abscheiden beispielsweise auf einem Tiefenfilterelement.
Wie bereits oben angedeutet kann der der Beschleunigungsabschnitt eine Verengung eines frei durchströmbaren Strömungsquerschnitts aufweisen. Diese Verengung führt bei einem gleichbleibenden Volumenstrom zu der gewünschten Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit.
Konkret kann der Beschleunigungsabschnitt eine Mehrzahl an nebeneinander angeordneten Kanälen oder Kanalabschnitten aufweisen. Die Kanäle können sich beispielsweise an einen einzigen gemeinsamen Kanalabschnitt anschließen. Die Kanäle weisen eine Kanalströmungsrichtung auf. Die Kanäle können sich entlang ihrer jeweiligen Kanalströmungsrichtung verjüngen und so zu einer Verringerung des effektiven Strömungsquerschnitts führen.
Die einzelnen nebeneinander angeordneten Kanäle weisen Anströmöffnungen und Abströmöffnungen auf. In einer Ausführungsform können alternativ oder zusätzlich die Abströmöffnungen der Kanäle näher beieinander liegen als die Anströmöffnungen der Kanäle. Auf diese Weise wird der Gesamtströmungsquerschnitt verringert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Anströmöffnungen eine sechseckige Form, insbesondere die Form eines regelmäßigen Sechsecks, auf. Bevorzugt sind die Anströmöffnungen so angeordnet, dass zwischen den Anströmflächen im Wesentlichen nur die notwendige Materialstärke ausgebildet ist. Auf diese Weise minimieren sich die Totflächen und damit auch die Druckverluste an der Anströmfläche.
Zusätzlich oder alternativ können die Kanalströmungsrichtungen der Kanäle relativ zu der Hauptströmungsrichtung so ausgerichtet sein, dass sich Kanalströmungsrichtungen der einzelnen Kanäle stromabwärts kreuzen. Bevorzugt sind die Kanalströmungsrichtungen so ausgerichtet, dass sie einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. Dieser Schnittpunkt kann beispielsweise auf einem Tiefenspeicherelement oder stromabwärts eines Tiefenspeicherelements liegen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kanäle zu Gruppen zusammengefasst sind, wobei die einzelnen Gruppen eine gemeinsame Strömungsrichtung aufweisen und wobei sich die Strömungsrichtungen zumindest zweier Gruppen miteinander schneiden.
Bei einer Ausführungsform weist der Tiefenspeicherabschnitt oder/und die Filtereinheiten der Schrägfilterstufe dreidimensional angeordnete Filamente, Fasern, Gitter, Matten oder ähnliches auf. Die Filamente, Fasern, Gitter oder Matten können je nach Filteranforderung aus organischen oder anorganischen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise können die Filamente als Vlies, Gewebe, dreidimensionales Wirrgelege, Krall- oder Erosionsschutzmatte oder ähnliches mit einem großen Filtervolumen und einer großen Porenöffnung ausgeführt sein.
Für eine verbesserte Anhaftung oder Anlagerung von Partikeln, die aus dem Luftstrom zu entfernen sind, können der Tiefenspeicherabschnitt oder/und die Filtereinheiten Additive zur Erhöhung der Anhaftung von Partikeln an Oberflächen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können Strukturierungen wie beispielsweise aufgeraute Oberflächen in dem Tiefenspeicherabschnitt oder an/in den Filtereinheiten der Schrägfilterstufe vorgesehen sein. Dies kann verhindern, dass bereits angelagerte Partikel wieder durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten mitgerissen und dem Luftstrom zugefügt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Tiefenspeicherabschnitt ein Tiefenspeicherelement auf. Das Tiefenspeicherelement kann beispielsweise auch als Prallfläche ausgeführt sein. Alternativ kann das Tiefenspeicherelement so ausgelegt sein, dass es bei einer geringen Beladung durchströmbar ist. So kann bei einer zunächst geringen Beladung eine Durchströmung erfolgen. Mit Überschreiten einer bestimmten Beladungsgrenze kann die Durchströmung mit einem zu hohen Strömungswiderstand behaftet sein oder vollständig unmöglich geworden sein. In diesem Fall kann dann der weitere Filtervorgang in einem oberflächlichen Anlagern der zu entfernenden Partikel erfolgen.
Das Filtermodul kann so ausgelegt sein, dass im Falle einer Teil- oder vollständigen Beladung das Filtermodul oder darin befindliche Filterstufen oder Filtereinheiten entnehmbar oder/und austauschbar sind. Das Entnehmen oder Austauschen des Filtermoduls oder der Filterstufen/Filtereinheiten kann manuell durch Bedienpersonal erfolgen.
Die Aufgabe wird auch durch eine Behandlungsanlage mit einem oder mehreren Filtermodulen wie vorstehend beschrieben oder/und durch ein Verfahren zum Behandeln von Fahrzeugteilen mit einer solchen Behandlungsanlage gelöst.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Behandlungsanlage mit einer Filtervorrichtung für partikelbeladene Kabinenluft;
2 eine schematische teilgeschnittene Perspektivansicht einer Ausführungsform mit einem erfindungsgemäßen Filtermodul;
3, 4 Schnittansichten einer Beschleunigungstiefenfilterstufe des Filtermoduls der 2 in verschiedenen Beladungszuständen;
5 eine schematische Perspektivansicht eines Beschleunigungsabschnitts der Beschleunigungstiefenfilterstufe der 3 und 4;
6-11 jeweils eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Anström- und eine Abströmseite des Beschleunigungsabschnitts der Beschleunigungstiefenfilterstufe der 3 und 4; und
12 eine schematische Perspektivansicht einer Schrägfilterstufe des Filtermoduls der 2.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine Beschichtungskabine 10 sowie eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnete Oberflächenbehandlungsanlage, in welcher Gegenstände 14 lackiert werden. Als Beispiel für zu lackierende Gegenstände 14 sind Fahrzeugkarosserien 16 gezeigt. Bevor diese zu einer solchen Beschichtungskabine 10 gelangen, werden sie in nicht eigens gezeigten Vorbehandlungsstationen beispielsweise gereinigt und entfettet. Nach dem Beschichtungsvorgang finden verschiedene Nachbehandlungen wie beispielsweise Trocknen statt.
Die Beschichtungskabine 10 umfasst einen oben angeordneten Beschichtungs- oder Lackiertunnel 18, welcher von vertikalen Seitenwänden 20 und einer horizontalen Kabinendecke 22 begrenzt, an den Stirnseiten jedoch offen ist. Gegebenenfalls können an den Stirnseiten auch Schleusen angebracht sein und der Beschichtungs- oder Lackiertunnel 18 so abgeschlossen sein. Darüber hinaus ist der Lackiertunnel 18 in der Weise offen, dass mit Overspray beladene Kabinenluft nach unten strömen kann. Die Kabinendecke 22 bildet üblicherweise eine untere Begrenzung eines Luftzuführraums 24 und ist als Filterdecke 26 ausgebildet. Die Fahrzeugkarosserien 16 werden mit einem im Beschichtungstunnel 18 untergebrachten und an und für sich bekannten Fördersystem 28 von der Eingangsseite des Beschichtungstunnels 18 zu dessen Ausgangsseite transportiert. Im Inneren des Beschichtungstunnels 18 befinden sich Applikationseinrichtungen 30 in Form mehrachsiger Applikationsroboter 32, wie sie ebenfalls an und für sich bekannt sind. Mittels der Applikationsroboter 32 können die Fahrzeugkarosserien 16 mit dem entsprechenden Beschichtungsmaterial beschichtet werden. Bei diesem Beschichtungsvorgang entsteht Overspray, welches, wie bereits erwähnt, nach unten abzuführen ist.
Nach unten hin ist der Beschichtungstunnel 18 über einen begehbaren Gitterrost 34 zu einem darunter angeordneten Anlagenbereich 36 hin offen. In diesem Anlagenbereich 36 werden die von der Kabinenluft mitgeführten Overspray-Partikel von der Kabinenluft getrennt.
Hierzu strömt aus dem Luftzuführraum 24 während eines Beschichtungsvorgangs Luft nach unten durch den Beschichtungstunnel 18 zu dem Anlagenbereich 36. Dabei nimmt die Luft im Beschichtungstunnel 18 vorhandenen Lack-Overspray auf und führt diesen mit sich. Diese mit Overspray beladene Luft wird mittels einer Luftleiteinrichtung 38 zu einer Abscheidevorrichtung in Form eines oder mehrerer Filtermodule 100 geleitet.
Hierfür umfasst die Luftleiteinrichtung 38 bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen Leitkanal 42, der durch Leitbleche 44 gebildet ist, die sich von den Seitenwänden 20 nach innen und beispielsweise geneigt oder in Stufen nach unten erstrecken. Der Leitkanal 42 mündet unten in mehrere Anschlusskanäle 46, die ihrerseits unten in einen Anschlussstutzen 48 enden.
Während eines Beschichtungsbetriebs ist jedes Filtermodul 100 strömungstechnisch und lösbar mit der Luftleiteinrichtung 38 verbunden. Die Kabinenluft durchströmt in dem Filtermodul 100 ein oder mehrere Filterstufen, an denen sich der Lack-Overspray abscheidet. Hierauf wird nachstehend im Detail eingegangen. Insgesamt ist jedes Filtermodul 100 als austauschbare Baueinheit ausgebildet und kann gegebenenfalls auch als Einweg-Filtermodul ausgelegt sein. Es können auch zwei oder mehrere Filtermodule zu einer Filtereinheit zusammengefasst sein. Beispielsweise können zwei oder mehrere identische Filtermodule nebeneinander (parallel) oder hintereinander (seriell) angeordnet sein und zusammen oder einzeln selektiv austauschbar ausgebildet sein.
Die nach der Filterung durch das Filtermodul 100 weitgehend von Overspray-Partikeln befreite Kabinenluft strömt aus dem Filtermodul 100 in einen Zwischenkanal 50, über den sie in einen Sammelströmungskanal 52 gelangt. Die Kabinenluft wird über den Sammelströmungskanal 52 einer weiteren Aufbereitung und Konditionierung zugeführt. Im Anschluss daran wird die konditionierte Kabinenluft in einem nicht eigens gezeigten Kreislauf wieder in den Luftzuführungsraum 24 geleitet, aus dem sie wieder von oben in den Beschichtungstunnel 18 einströmt.
Falls die Kabinenluft durch die vorhandenen Filtermodule 100 noch nicht ausreichend von Overspray-Partikeln befreit ist, können den Filtermodulen 100 noch weitere Filterstufen nachgelagert sein. Diesen wird die aus den Filtermodulen 100 abströmende Luft zugeführt. Dort können beispielsweise auch elektrostatisch arbeitende Abscheider eingesetzt werden, wie sie an und für sich bekannt sind.
Wie bereits in 1 angedeutet und später noch genauer erläutert werden wird, weist das Filtermodul 100 ein oder mehrere Filterstufen auf, die nacheinander von der zu reinigenden Kabinenluft durchströmt werden. Der Verlauf der Strömung in dem Anlagenbereich 36 ist durch die Pfeile 54-56 symbolhaft dargestellt.
2 veranschaulicht in einer schematischen teilgeschnittenen Perspektivansicht ein erfindungsgemäßes Filtermodul 100. Durch das Filtermodul 100 ist ein mit Partikeln beladener Luftstrom L leitbar. Bei dem Luftstrom L kann es sich beispielsweise um mit Overspray beladene Kabinenluft oder um andere mit Partikel wie beispielsweise Staub beladene Luft einer Behandlungskabine handeln. In dem Filtermodul 100 wird der Luftstrom L zunächst an einer Seite 102 des Filtermoduls 100 in einer vertikal Richtung von oben nach unten geführt. Anschließend verläuft der Luftstrom L entlang einer Hauptströmungsrichtung X in einer horizontalen Richtung von der Seite 102 zu der in Hauptströmungsrichtung X gegenüberliegenden Seite 104.
Das Filtermodul 100 weist eine Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 und eine Schrägfilterstufe 106 auf. Die Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 ist stromabwärts der Schrägfilterstufe 106 angeordnet. Dies stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar. Je nach Auslegung der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 und der Schrägfilterstufe 106 könnte diese Anordnung auch umgekehrt sein. Alternativ könnten eine Schrägfilterstufe und eine Beschleunigungstiefenfilterstufe auch übereinander, untereinander oder nebeneinander innerhalb des Filtermoduls 100 angeordnet sein.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist beispielhaft entlang der Hauptströmungsrichtung stromabwärts der Schrägfilterstufe 106 ein Zwischenvlies 112 angeordnet. Das Zwischenvlies kann einerseits eine bestimmte Partikelklasse, die von der Schrägfilterstufe 106 nicht erfasst worden ist, ausfiltern. Alternativ oder zusätzlich kann das Zwischenvlies auch für eine Vergleichmäßigung des Luftstroms entlang der Hauptströmungsrichtung X und damit für eine gleichmäßige Anströmung der stromabwärts gelegenen Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 sorgen. Das Zwischenvlies 112 kann vorhanden sein, das Filtermodul 100 kann aber auch ohne ein Zwischenvlies aufgebaut werden.
Stromabwärts der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 ist ein Abschlussvlies 114 angeordnet. Das Abschlussvlies erfüllt ähnliche Funktionen wie das Zwischenvlies 112.
Die 3 und 4 zeigen eine schematische Schnittansicht der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 der 3 in verschiedenen Beladungszuständen. Die Schnittebene der Darstellung verläuft in der 2 horizontal senkrecht zur Zeichenebene entlang der Linie VI-VI'.
Die Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 weist einen Beschleunigungsabschnitt 110 zur temporären Erhöhung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms entlang der Hauptströmungsrichtung X auf. Hierfür sind in dem Beschleunigungsabschnitt 110 Strömungskanäle 116 vorgesehen. Diese sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass deren jeweilige Strömungsrichtung -angedeutet durch Strömungspfeile 118 in 3 sowie durch Längsachsen 120 in 4 - in einem Punkt schneiden. Dieser Punkt kann innerhalb oder außerhalb der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 liegen.
Die Kanäle 116 sind so ausgebildet, dass sich ihr Strömungsquerschnitt entlang der Hauptströmungsrichtung X verringert. Entsprechend ist der anströmseitige Querschnitt 122 größer als der abströmseitige Querschnitt 124. Die Anordnung und Größe der einzelnen Strömungskanäle 116 relativ zueinander kann je nach Anforderungsprofil der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 ausgelegt werden. Darauf wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5-9 noch detaillierter eingegangen.
An den Beschleunigungsabschnitt 110 schließt sich bei der Ausführungsform der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 der 2-4 ein Überströmabschnitt 126 an. Der Überströmabschnitt 126 erlaubt ein freies Abströmen des mit Partikeln beladenen Fluids nach Verlassen des jeweiligen Strömungskanals 116.
Weiter in Hauptströmungsrichtung X schließt sich ein Tiefenspeicherabschnitt 128 an. Der Tiefenspeicherabschnitt 128 weist ein Tiefenfilterelement 130 auf. Das Tiefenfilterelement 130 ist so ausgelegt, dass es bei einer geringen Beladung durchströmbar ist. Dies ist in 3 dargestellt. Die Strömungslinien 118 verlaufen durch das Tiefenfilterelement 130 hindurch. Entsprechend lädt die mit Partikeln beladene Luft ihre Partikellast in dem Tiefenfilterelement 130 beim Hindurchströmen ab.
Seitlich zu der Hauptströmungsrichtung X weist der Überströmabschnitt 126 Abströmöffnungen 132 auf. Durch die Abströmöffnungen 132 kann bei entsprechenden Druckverhältnissen über die Strömungskanäle 116 in das Innere der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 eingebrachte, mit Partikeln beladene Luft in einen Abströmraum 134 abströmen. In der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform gelangt sowohl aus dem Tiefenfilterelement 130 abströmende Luft als auch Luft, die aus den Abströmöffnungen 132 abströmt, in den Abströmraum 134, um dann über eine gemeinsame Abströmfläche 136 aus der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 abzuströmen.
Trifft nun ein mit Partikeln beladener Luftstrom - der Hauptströmungsrichtung X folgend - auf die Anströmfläche 138 mit den Anströmöffnungen 122 der Strömungskanäle 116, wird dieser Luftstrom zunächst auf die einzelnen Strömungskanäle 116 aufgeteilt, innerhalb der Strömungskanäle 116 beschleunigt und nach Verlassen der Abströmöffnungen 124 aufgrund der konvergierenden Strömungsrichtungen 118 verengt. In dem Überströmraum 126 kann eine Konglomeration der Partikellast erfolgen, welche zu einer höheren Abscheiderate führen kann. Solange der Tiefenspeicherabschnitt 126, insbesondere das Tiefenfilterelement 130, nicht oder nur gering beladen ist, kann der Luftstrom das Tiefenfilterelement 130 durchströmen - siehe 3. Die Partikellast wird dann in dem Tiefenfilterelement 130 eingelagert.
Mit zunehmender Beladung verringert sich der freie Strömungsquerschnitt des Tiefenfilterelements 130, was zu einem größeren Druckabfall über das Tiefenfilterelement 130 führt. Entsprechend vergrößert sich die Neigung des Hauptluftstroms, über die Abströmöffnungen 132 abzuströmen. Diese sind allerdings seitlich der Hauptströmungsrichtung X angeordnet und führen dazu, dass der Luftstrom eine Richtungsumkehr vornehmen muss. In der vorliegenden Ausführungsform muss der Luftstrom zumindest eine Umlenkung um 90° vornehmen. Diese zweite Strömungsrichtung ist in 4 mit den Pfeilen Y dargestellt. Die Abströmöffnungen 132 könnten auch noch weiter zurück entgegen der Hauptströmungsrichtung X angeordnet sein, so dass sie ein noch kleinerer Winkel zwischen der Hauptströmungsrichtung X und der zweiten Strömungsrichtung Y ergibt.
Diese Richtungsumkehr der Strömungsrichtung führt zu einer seitlichen Beschleunigung der Partikel, die mit dem Luftstrom mitgeführt werden. Infolgedessen werden die Partikel gegen die Oberfläche des Tiefenfilterelements 130 geschleudert und lagen sich dort an.
Entsprechend ist es von Vorteil, wenn das Tiefenfilterelement 130 einen progressiven Tiefenaufbau aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Tiefenfilterelement 130 aus Fasern, Filamenten, Gittern oder Matten, beispielsweise in einem dreidiemnsionalen Wirrgelege, aufgebaut ist, die mit zunehmen Filtertiefe dichter liegen. Somit werden größere Partikel in eine größeren Tiefe aufgenommen als kleinere Partikel.
5 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht den Beschleunigungsabschnitt 110 der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 der 2-4. Der Beschleunigungsabschnitt 110 weist, wie bereits in den 3 und 4 angedeutet, eine Anströmfläche 138 auf, in der die Anströmöffnungen 122 der Strömungskanäle 116 angeordnet sind.
In der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen den Anströmöffnungen 122 jeweils ein Abstand vorgesehen. Der Abstand kann fertigungstechnisch größer oder kleiner gewählt werden. Auch die Anzahl an Strömungskanälen 116 - in dem Ausführungsbeispiel der 5 sind es elf - richtet sich ganz nach den Anforderungen der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 an sich.
Wie bereits in den 3 und 4 erläutert, sind die Kanäle 116 so angeordnet, dass die Strömungsrichtungen - dargestellt durch die Pfeile 118 - zueinander konvergieren und so eine geringere effektive Querschnittsfläche ausfüllen. Gleichzeitig verjüngen sich die Kanäle 116 von der Anströmfläche 122 zu der Abströmfläche 124 und sorgen so zusätzlich für eine Beschleunigung des Luftstroms.
Die 6-11 zeigen jeweils in einer linken Darstellung die Anströmfläche 138 des Beschleunigungsabschnitts 110 und in der rechten Darstellung symbolhaft die Abströmfläche 140 sowie im Besonderen die Anordnung der Anströmöffnungen 122 und der Abströmöffnungen 124 der Strömungskanäle 116.
Wie in 6 dargestellt ist, können bei einer Ausführungsform die Anströmöffnungen 122 an der Anströmfläche 138 weiter auseinanderliegen als die Abströmöffnungen 124 auf der Abströmfläche. Dies führt zu einer Konzentration der mitgeführten Luft und ermöglicht damit eine Konglomeration der mitgeführten Partikel.
Bei der Ausführungsform der 7 sind in gleicher Weise wie in der Ausführungsform der 6 die Anströmöffnungen 122 weiter auseinander angeordnet als die Abströmöffnungen 124. Gleichzeitig ist die Fläche der Anströmöffnungen 122 größer als die Fläche der Abströmöffnungen 124. Dies führt in Kombination mit der engeren Anordnung der Abströmöffnungen 124 verglichen mit der Anordnung der Anströmöffnungen 122 zu einer besonders großen Verdichtung und Konzentration der abströmenden Luft.
Bei der Ausführungsform der 8 verändert sich die Position der Abströmöffnungen 124 auf der Abströmfläche 140 verglichen mit der Position der Anströmöffnungen 122 an der Anströmfläche 138 nicht. Es wird lediglich die Größe der Abströmöffnungen 124 reduziert im Vergleich zu der Größe der Anströmöffnungen 122. Auch dies führt bereits zu einer Beschleunigung der abströmenden Luft, welche auf den Tiefenfilterabschnitt 128 gerichtet ist.
Eine besonders einfache Ausführungsform stellt die 9 dar. Hier verringert sich lediglich der Durchmesser der einen Anströmöffnung 122 bis zur Abströmöffnung 124 und beschleunigt so die durchströmende Luft.
Bei der Ausführungsform der 10 befindet sich an der Anströmfläche 138 eine möglichst große Anzahl an Anströmöffnungen 122. Die Form der Anströmöffnungen 122 ist in dem Ausführungsbeispiel der 10 sechseckig. Diese Form hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da vorteilhafterweise eine flächige Abdeckung der Anströmfläche 138 ohne Zwischenflächen möglich ist. Zwischenflächen wirken als Toträume für den Strömungsfluss und sind prinzipiell nachteilig. Wird der sich an die Anströmöffnung anschließende Strömungskanal ebenfalls sechseckig gestaltet, weist der Strömungskanal ein besseres Strömungsverhalten als Vielecke mit einer geringeren Anzahl an Ecken auf. Somit vereinen sich in der sechseckigen Querschnittsform die Vorteile einer vollflächigen Abdeckung der Anströmfläche, eines günstigen Strömungsverhaltens und allgemein geringerer Herstellungskosten.
Bei der Ausführungsform der 10 sind die Abströmöffnungen 124 auf der Abströmfläche 140 ohne Zwischenabstand zueinander angeordnet. Dies bewirkt eine starke Konzentration der Gesamtströmung und begünstigt die Konglomeration.
Bei der Ausführungsform der 11 liegen die Abströmöffnungen 124 auf der Abströmseite 140 nicht direkt beieinander, allerdings sind die Mittenabstände benachbarter Abströmöffnungen enger beieinander angeordnet als die Mittenabstände der Anströmöffnungen auf der Anströmfläche 138. Dies kann dazu eingesetzt werden, den abströmseitigen Strömungsquerschnitt auf die gewünschte Größe und Querschnittsform zu bringen.
Die Geometrie der Strömungskanäle an sich kann auch anders als in den oben beschriebenen Ausführungsformen gezeigten Formen (rund, sechseckig) gewählt werden. Beispielsweiseisind auch drei-, vier-, oder fünfeckige Geometrien oder Geometrien mit noch mehr Ecken oder andere Geometrien wie beispielsweise Ellipsen denkbar.
Das Material der Kanäle in den gezeigten Ausführungsformen ist recyclingfähiges Material wie etwa Pappe. Es können aber auch andere Materialien wie beispielsweise Kunststoffe verwendet werden. Es ist möglich, mehrere solcher Beschleunigungsabschnitte 110 hintereinander anzuordnen.
12 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht eine Schrägfilterstufe 106 des Filtermoduls 100 der 2. Die Schrägfilterstufe 106 weist einen äußeren Rahmen 140 auf, der in der vorliegenden Ausführungsform zwei Seitenwangen 142 aufweist. An den Seitenwangen 142 sind Filterelemente 144 befestigt. Die Filterelemente 140 können beispielsweise in nutförmige Ausnehmungen in den Seitenwangen 142 einschiebbar oder einstreckbar sein.
Die Filterelemente 144 selbst weisen einen Filterrahmen 146 auf, der Ausnehmungen 148 aufweist. Der Filterrahmen 146 hält in seinem Inneren ein Filtermaterial 150 derart, dass dieses prinzipiell von einer Anströmseite 152 des Filterelements 144 zu einer Abströmseite 154 durchströmt werden kann.
Das Filtermaterial 150 kann ein Tiefenfiltermaterial sein, das ein Einlagern von auszufilternden Partikeln in der Tiefe des Materials ermöglicht. Vorzugsweise weist es einen progressiven Aufbau auf und ist beispielsweise aus Filamenten, Fasern, Gittern oder Matten wie beispielsweise Vliesen oder generell aus dreidimensionalen Wirrgelegen aufgebaut.
In der gezeigten Ausführungsform der 12 sind mehrere Filterelemente 144 in einer vertikal angeordneten Reihe übereinander angeordnet und gegenüber der Hauptströmungsrichtung X so schräg angestellt, dass eine direkte Durchströmung ohne Umlenkung des Luftstroms nicht möglich ist. Die Anstellung der Filterelemente 144 gegen die Hauptströmungsrichtung X kann an den jeweiligen Anwendungsfall, beispielsweise an die Art der Beladung der zu filternden Kabinenluft oder die vorherrschenden Strömungsverhältnisse anpassbar sein. Ein beispielhafter Winkel für die Anstellung der Filterelemente gegen die Hauptströmungsrichtung X kann beispielsweise 45° betragen.
Bei einer geringen Beladung des Filtermaterials 150 ergibt sich bei einem Anströmen der Schrägfilterstufe 106 zunächst ein Durchströmen des Filtermaterials 150, symbolhaft dargestellt durch den Strömungspfeil 156.
Mit zunehmender Beladung jedoch wird ein Durchströmen der Filterelemente 144 erschwert, so dass anfangs nur in kleiner Teil, später der gesamte Luftstrom um die Filterelemente 144, respektive die Anströmungsflächen 152, herum gelenkt wird. Dies ist symbolhaft durch den Strömungspfeil 158 veranschaulicht.
Während im Durchströmungsfall die Partikel direkt in das Filtermaterial 150 eingelagert werden, wird im Umströmungsfall - Pfeil 150 - die Partikellast in Richtung des Filtermaterial 150 durch die Umlenkung beschleunigt und auf das Filtermaterial 150 oberflächig abgeschleudert.
Es ergibt sich insgesamt eine große Speicherfähigkeit der Schrägfilterstufe 106. Gleichzeitig verringert sich - wie bei der Beschleunigungstiefenfilterstufe 108 - der effektive freie Strömungsquerschnitt im Laufe des Abscheidevorgangs nur geringfügig, so dass der Druckverlust über die Schrägfilterstufe 106 über einen längeren Zeitraum annähernd gleich bleiben kann. Derartige Schrägfilterstufen 106 können auch zu mehreren in einem Filtermodul 100 kombiniert werden.

Claims

Filtervorrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Luftstrom aus Behandlungsanlagen für Fahrzeugkarossieren oder Fahrzeugteile, mit einem Filtermodul (100), wobei durch das Filtermodul (100) ein mit Partikeln beladener Luftstrom entlang einer Hauptströmungsrichtung (X) leitbar und in welchem Partikel abscheidbar sind, wobei das Filtermodul (100) eine Beschleunigungstiefenfilterstufe (108) oder/und eine Schrägfilterstufe (106) aufweist, a) wobei die Beschleunigungstiefenfilterstufe (108) - einen Beschleunigungsabschnitt (110) zur temporären Erhöhung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in der Hauptströmungsrichtung (X), - einen stromabwärts des Beschleunigungsabschnitts (110) angeordneten Tiefenspeicherabschnitt (128) zur Aufnahme von Partikeln aus dem Luftstrom - sowie eine Abströmöffnung (132) zum Abströmen des Luftstroms stromaufwärts des Tiefenspeicherabschnitts (128) in einer zweite Strömungsrichtung (Y) umfasst, und/oder b) die Schrägfilterstufe (106) - eine Mehrzahl an Filtereinheiten (144) mit einer Anströmfläche (152) aufweist, wobei die Filtereinheiten (144) nebeneinander schräg zu der Hauptströmungsrichtung (X) so angeordnet sind, dass die Anströmflächen (152) der Filtereinheiten (144) schräg zu der Hauptströmungsrichtung (X) stehen und bei einer geringen Beladung der Filtereinheiten (144) eine Durchströmung (156) und mit einer zunehmenden Beladung der Filtereinheiten (144) ein Umströmen (158) der Filtereinheiten (144) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hauptströmungsrichtung (X) und die zweite Strömungsrichtung (Y) einen Winkel von 90° oder kleiner einschließen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beschleunigungsabschnitt (110) eine Verengung eines frei durchströmbaren Strömungsquerschnitts aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beschleunigungsabschnitt (110) eine Mehrzahl an nebeneinander angeordneten Kanälen (116) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Beschleunigungstiefenfilterstufe (108) eine Anströmöffnung (122) auf, welche die Form eines Sechsecks aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tiefenspeicherabschnitt (128) oder/und die Filtereinheiten (144) der Schrägfilterstufe (106) dreidimensional angeordnete Filamente oder Fasern aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tiefenspeicherabschnitt (128) so ausgelegt ist, dass er bei einer geringen Beladung durchströmbar ist.
Behandlungsanlage (10) mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Behandeln von Fahrzeugteilen mit einer Behandlungsanlage nach Anspruch 8.