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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelaustragsvorrichtung für eine Filteranordnung und eine Filteranordnung sowie ein Absaugrohr mit einer derartigen Partikelaustragsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Im Kraftfahrzeugbereich, insbesondere im Bereich von Lastkraftwagen, Baumaschinen oder landwirtschaftlichen Fahrzeugen, das heißt bei sogenannten „Heavy Duty“-Anwendungen, finden oftmals sogenannte Rundluftfilteranordnungen mit zentrifugaler Vorabscheidung von Partikeln oder sogenannte Zyklonabscheider Anwendung. Mit Hilfe der Vorabscheidung der Partikel ist es möglich, die Partikelbeladung des eigentlichen Filterelements gering zu halten. Hierdurch erhöht sich die Lebensdauer des verwendeten Filterelements.
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Die
EP 2 703 059 A2 zeigt eine Filteraufnahme mit einem Gehäuse, welches einen Staubaustrag umfasst, an dem eine Partikelaustragsvorrichtung in Form eines Lippenventils, insbesondere in Form eines sogenannten „Duckbill Valves“, vorgesehen ist. Dieses Lippenventil kann beispielsweise mit Hilfe eines pulsierenden Betriebs einer an die Filteraufnahme gekoppelten Brennkraftmaschine geöffnet werden, um die Partikel aus der Filteraufnahme auszutragen.
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Die
WO 2011/124675 A1 beschreibt einen Zyklonabscheider, an dessen Gehäuse ebenfalls ein Staubaustrag mit einem derartigen Lippenventil vorgesehen ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Partikelaustragsvorrichtung für eine Filteranordnung zur Verfügung zu stellen.
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Demgemäß wird eine Partikelaustragsvorrichtung für eine Filteranordnung vorgeschlagen. Die Partikelaustragsvorrichtung umfasst ein Gehäuse, einen einteilig mit dem Gehäuse ausgebildeten Partikelaustragsklappenträger und eine mit dem Partikelaustragsklappenträger verbundene Partikelaustragsklappe, wobei die Partikelaustragsklappe zum Austragen von Partikeln aus der Filteranordnung von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand verbringbar ist, und wobei sich der Partikelaustragsklappenträger bei einem Verbringen der Partikelaustragsklappe von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand elastisch verformt.
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Die Partikelaustragsvorrichtung kann auch als Partikelausschleusvorrichtung, Partikelaustragsventil oder Staubaustragsventil bezeichnet werden. Die Partikelaustragsvorrichtung ist insbesondere dazu geeignet, Partikel aus der Filteranordnung, insbesondere aus einem Filtergehäuse der Filteranordnung, auszutragen oder auszuschleusen. Das Gehäuse der Partikelaustragsvorrichtung ist vorzugsweise rohrförmig und im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse des Gehäuses aufgebaut. Die Symmetrieachse ist vorzugsweise parallel zu einer Schwerkraftrichtung orientiert oder stimmt mit dieser überein.
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„Einteilig“ oder „einstückig“ bedeutet vorliegend, dass das Gehäuse und der Partikelaustragsklappenträger ein gemeinsames Bauteil bilden und nicht aus unterschiedlichen Bauteilen aufgebaut sind. Das heißt insbesondere, dass das Gehäuse und der Partikelaustragsklappenträger nicht beschädigungsfrei voneinander trennbar sind. Insbesondere sind das Gehäuse und der Partikelaustragsklappenträger materialeinstückig ausgebildet. „Materialeinstückig“ bedeutet vorliegend, dass das Gehäuse und der Partikelaustragsklappenträger durchgehend aus demselben Material gefertigt sind.
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Vorzugsweise ist die Partikelaustragsklappe ein von dem Gehäuse beziehungsweise von dem Partikelaustragsklappenträger getrenntes Bauteil. Das heißt, die Partikelaustragsklappe kann bevorzugt zerstörungsfrei von dem Partikelaustragsklappenträger getrennt werden. Die Partikelaustragsklappe ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse aufgebaut. Die Partikelaustragsklappe umfasst vorzugsweise einen kegelförmigen Ventilteller, einen pilzförmigen Befestigungsabschnitt, mit dessen Hilfe die Partikelaustragsklappe an dem Partikelaustragsklappenträger befestigt ist, und einen zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Ventilteller angeordneten Verbindungsabschnitt, der in einem als Bohrung ausgeführten Aufnahmeabschnitt des Partikelaustragsklappenträgers aufgenommen ist.
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In dem geschlossenen Zustand ist die Partikelaustragsklappe bevorzugt innerhalb, insbesondere zumindest teilweise innerhalb, des Gehäuses angeordnet. Vorzugsweise wird die Partikelaustragsklappe bei der Inbetriebnahme einer an die Filteranordnung angeschlossenen Brennkraftmaschine von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand verbracht. Das heißt, die Partikelaustragsklappe wird durch einen von der Brennkraftmaschine erzeugten Unterdruck von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand verbracht. Die Partikelaustragsklappe kann beliebig oft von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand und umgekehrt verbracht werden. Der geöffnete Zustand ist dabei bevorzugt ein Ausgangszustand der Partikelaustragsklappe. Das heißt, solange die Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist, befindet sich die Partikelaustragsklappe in dem geöffneten Zustand.
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An dem Gehäuse ist vorzugsweise ein Ventilsitz vorgesehen, an dem die Partikelaustragsklappe in dem geschlossenen Zustand anliegt. Der Ventilsitz ist insbesondere ringförmig. Der Ventilsitz kann vollständig um die Symmetrieachse umlaufen. In diesem Fall ist der Ventilsitz ringförmig geschlossen. Der Ventilsitz kann senkrecht zu der Symmetrieachse orientiert sein. Unter „senkrecht“ kann vorliegend insbesondere ein Winkel von 90° ± 10°, bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 3°, weiter bevorzugt von 90° ± 1°, weiter bevorzugt von genau 90°, zu verstehen sein. Der Ventilsitz kann auch kegelförmig und vollständig um die Symmetrieachse umlaufend ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Ventilsitz zu der Symmetrieachse geneigt sein.
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Bei dem Verbringen der Partikelaustragsklappe von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand verformt sich lediglich der Partikelaustragsklappenträger elastisch. Das heißt, die Partikelaustragsklappe selbst verformt sich vorzugsweise nicht. Dies schließt jedoch nicht aus, dass sich auch die Partikelaustragsklappe verformen kann. Unter einer „elastischen Verformung“ ist vorliegend eine reversible Verformung zu verstehen. Das heißt, der Partikelaustragsklappenträger kann bei dem Verbringen der Partikelaustragsklappe von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand und umgekehrt beliebig oft verformt werden, ohne dass der Partikelaustragsklappenträger beschädigt wird.
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Dadurch, dass der einteilig mit dem Gehäuse ausgebildete Partikelaustragsklappenträger für die Partikelaustragsklappe vorgesehen ist, kann im Vergleich zu einem wie zuvor erläuterten Lippenventil entlang der Symmetrieachse betrachtet ein geringerer Bauraum der Partikelaustragsvorrichtung erreicht werden.
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In Ausführungsformen sind das Gehäuse und die Partikelaustragsklappe aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Vorzugsweise sind das Gehäuse und die Partikelaustragsklappe aus unterschiedlich elastischen Kunststoffmaterialien gefertigt. Beispielsweise kann das Gehäuse mit dem Partikelaustragsklappenträger aus Gummi, aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), aus einem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) oder aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE), wie beispielsweise einem thermoplastischen Polyurethan (TPU), gefertigt sein. Mit Hilfe der Verwendung der zuvor erwähnten Materialien ist der Partikelaustragsklappenträger elastisch verformbar. Die Partikelaustragsklappe hingegen kann beispielsweise aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA) oder aus einem anderen geeigneten Kunststoffmaterial gefertigt sein. Die Partikelaustragsklappe kann jedoch auch aus Gummi, einem EPDM, einem NBR oder einem TPE gefertigt sein.
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In Ausführungsformen ist die Partikelaustragsklappe mit Hilfe einer auf die Partikelaustragsklappe wirkenden Gewichtskraft der Partikel von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand verbringbar. Das heißt, die Partikelaustragsklappe verbringt sich aufgrund der Gewichtskraft der Partikel selbsttätig von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand. Sobald die Gewichtskraft der Partikel nicht mehr auf der Partikelaustragsklappe wirkt, wird diese von dem geöffneten Zustand zurück in den geschlossenen Zustand verbracht. Die Partikelaustragsklappe kann zusätzlich oder optional durch einen Lastwechsel einer an die Filteranordnung angeschlossenen Brennkraftmaschine von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand und umgekehrt verbracht werden. Das Verbringen von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand kann durch einen von der Brennkraftmaschine erzeugten Unterdruck bewerkstelligt oder zumindest unterstützt werden.
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In Ausführungsformen ist die Partikelaustragsklappe formschlüssig mit dem Partikelaustragsklappenträger verbunden. Der Partikelaustragsklappenträger umfasst vorzugsweise einen mittig in dem Gehäuse angeordneten Mitteldom, der den zuvor erwähnten Aufnahmeabschnitt aufweist. Zum Verbinden der Partikelaustragsklappe mit dem Partikelaustragsklappenträger wird der pilzförmige Befestigungsabschnitt der Partikelaustragsklappe durch den Aufnahmeabschnitt hindurchgedrückt, wodurch der Befestigungsabschnitt den Mitteldom hintergreift. Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern, vorliegend dem Mitteldom und dem Befestigungsabschnitt der Partikelaustragsklappe.
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In Ausführungsformen weist der Partikelaustragsklappenträger zumindest einen sich radial in das Gehäuse hinein erstreckenden Armabschnitt auf, welcher elastisch verformbar ist und an welchem die Partikelaustragsklappe angebracht ist. Der Armabschnitt erstreckt sich ausgehend von einem Basisabschnitt des Gehäuses radial in Richtung der Symmetrieachse in das Gehäuse hinein. Endseitig an dem Armabschnitt ist der zuvor erwähnte Mitteldom vorgesehen, an dem die Partikelaustragsklappe befestigt ist.
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In Ausführungsformen weist der Partikelaustragsklappenträger mehrere Armabschnitte auf, welche in einer Umfangsrichtung des Gehäuses betrachtet gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Anzahl der Armabschnitte ist beliebig. Beispielsweise sind drei Armabschnitte vorgesehen. In diesem Fall können die Armabschnitte in der Umfangsrichtung betrachtet um 120° zueinander versetzt angeordnet sein. Es kann auch lediglich ein Armabschnitt vorgesehen sein. In diesem Fall ist der Partikelaustragsklappenträger einarmig.
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In Ausführungsformen vollzieht die Partikelaustragsklappe bei dem Verbringen derselben von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand eine Linearbewegung. Insbesondere vollzieht die Partikelaustragsklappe eine Linearbewegung entlang der Symmetrieachse.
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In Ausführungsformen vollzieht die Partikelaustragsklappe bei dem Verbringen derselben von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand eine Schwenkbewegung. Insbesondere verkippt die Partikelaustragsklappe bei dem Verbringen derselben von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand relativ zu der Symmetrieachse. Die Schwenkbewegung vollzieht die Partikelaustragsklappe dann, wenn der Partikelaustragsklappenträger einarmig ist. Bei einem mehrarmigen Partikelaustragsklappenträger vollzieht die Partikelaustragsklappe die zuvor erwähnte Linearbewegung.
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Ferner wird eine Filteranordnung mit einem Filtergehäuse und einer derartigen Partikelaustragsvorrichtung vorgeschlagen, welche an einem Partikelaustragsstutzen des Filtergehäuses angeordnet ist.
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Das Filtergehäuse umfasst vorzugsweise einen Filtergehäusetopf und einen Filtergehäusedeckel, der lösbar an dem Filtergehäusetopf befestigt ist. In dem Filtergehäusetopf ist ein Filterelement aufgenommen. Das Filterelement kann durch ein Abnehmen des Filtergehäusedeckels von dem Filtergehäusetopf ausgetauscht werden. An dem Filtergehäusedeckel ist vorzugsweise der Partikelaustragsstutzen vorgesehen. Die Partikelaustragsvorrichtung ist auf den Partikelaustragsstutzen aufgesteckt. Die elastische Verformbarkeit der Partikelaustragsvorrichtung ermöglicht ein einfaches Aufstecken derselben auf den Partikelaustragsstutzen. Die Filteranordnung ist insbesondere dazu eingerichtet, Fluide, wie beispielsweise Luft, oder andere Gase, Flüssigkeiten, insbesondere flüssige Betriebsmittel eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wie Öl, Wasser, Benzin, Kerosin oder Harnstofflösung, zu filtern. Insbesondere ist die Filteranordnung eine Luftfilteranordnung. Die Filteranordnung kann Anwendung in Kraftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Baumaschinen, Luftfahrzeugen oder dergleichen finden. Ferner kann die Filteranordnung auch bei immobilen Anwendungen, wie beispielsweise in der Gebäudetechnik, eingesetzt werden.
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In Ausführungsformen umfasst die Filteranordnung ferner ein Absaugrohr zum aktiven Absaugen von Partikeln aus dem Partikelaustragsstutzen, wobei die Partikelaustragsvorrichtung bei einer Strömungsumkehr in dem Absaugrohr als Rückschlagventil fungiert. Die aktive Absaugung kann beispielsweise mit Hilfe eines Injektors oder eines Lüfters erfolgen. Beispielsweise durch eine Verstopfung einer Motoransaugung der Brennkraftmaschine kann es zu einer Strömungsumkehr in dem Absaugrohr kommen. Die Partikelaustragsklappe verschließt dann den Partikelaustragsstutzen fluiddicht.
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Weiterhin wird ein Absaugrohr mit einer derartigen Partikelaustragsvorrichtung vorgeschlagen, wobei die Partikelaustragsvorrichtung bei einer Strömungsumkehr in dem Absaugrohr als Rückschlagventil fungiert.
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Das Absaugrohr kann eine beliebige Rohrleitung sein. Die Partikelaustragsvorrichtung wirkt insbesondere als Rückschlagklappe in dem Absaugrohr.
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Figurenliste
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Es zeigt dabei:
- 1: eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung;
- 2: eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Partikelaustragsvorrichtung für die Filteranordnung gemäß 1;
- 3 eine schematische Schnittansicht der Partikelaustragsvorrichtung gemäß 2;
- 4: eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Partikelaustragsvorrichtung für die Filteranordnung gemäß 1;
- 5: eine schematische Schnittansicht der Partikelaustragsvorrichtung gemäß 4;
- 6: eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Filteranordnung;
- 7: eine stark vergrößerte schematische Detailschnittansicht der Filteranordnung gemäß 6; und
- 8: eine weitere stark vergrößerte schematische Detailschnittansicht der Filteranordnung gemäß 6.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filteranordnung 1A. Die Filteranordnung 1A kann geeignet sein, Wasser, Harnstofflösung, Luft, Öl oder Kraftstoffe, wie Dieselkraftstoff, Kerosin oder Benzin, zu filtern. Insbesondere findet die Filteranordnung 1A in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Baufahrzeugen oder landwirtschaftlichen Maschinen, in Wasserfahrzeugen, in Schienenfahrzeugen oder in Luftfahrzeugen Anwendung. Weiterhin kann die Filteranordnung 1A beispielsweise in der Gebäudetechnik Anwendung finden. Bevorzugt ist die Filteranordnung 1A für einen Einsatz unter hoher Staubbelastung oder unter hoher Partikelbelastung geeignet. Die Filteranordnung 1A ist insbesondere eine Luftfilteranordnung und ist dazu geeignet, Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine zu filtern.
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Die Filteranordnung 1A umfasst ein Filtergehäuse 2 mit einem Filtergehäusetopf 3 und einem Filtergehäusedeckel 4. Der Filtergehäusetopf 3 und der Filtergehäusedeckel 4 können beispielsweise als Kunststoffbauteile, insbesondere als Kunststoffspritzgussbauteile, ausgeführt sein. Der Filtergehäusedeckel 4 ist dabei von dem Filtergehäusetopf 3 abnehmbar und lösbar mit dem Filtergehäusetopf 3 verbunden.
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Der Filtergehäusetopf 3 kann fest in oder an einem Fahrzeug, beispielsweise an einer tragenden Karosseriestruktur des Fahrzeugs, befestigt sein. Hierzu weist der Filtergehäusetopf 3 angeformte Befestigungsabschnitte 5, 6 auf. In dem Filtergehäusetopf 3 ist ein austauschbares Filterelement (nicht gezeigt) aufgenommen. Das Filterelement kann nach einem Entfernen des Filtergehäusedeckels 4 von dem Filtergehäusetopf 3 aus dem Filtergehäusetopf 3 entnommen und somit ausgetauscht werden.
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Der Filtergehäusedeckel 4 umfasst eine Vielzahl an Zyklonabscheidern 7, von denen in der 1 lediglich einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Zyklonabscheider 7 sind geeignet, aus der Filteranordnung 1A zugeführter Rohluft RO Partikel P abzuscheiden. Die von den Partikeln P befreite Rohluft RO strömt dann durch das Filterelement und verlässt die Filteranordnung 1A als Reinluft RL. Die Partikel P umfassen beispielsweise kleine Steine, Staub, Sand, Erdreich, Pflanzenteile oder dergleichen. Die Zyklonabscheider 7 scheiden die Partikel P aus der Rohluft RO in der Art eines Fliehkraftabscheiders ab. Die Zyklonabscheider 7 sind mit Hilfe eines nicht gezeigten Deckels abgedeckt.
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Bezüglich einer Schwerkraftrichtung g betrachtet umfasst der Filtergehäusedeckel 4 an einem untersten Punkt oder unteren Bereich einen Partikelaustragsstutzen 8 zum Austragen der Partikel P aus dem Filtergehäuse 2 beziehungsweise aus dem Filtergehäusedeckel 4. Der Partikelaustragsstutzen 8 ist rohrförmig ausgebildet und ist vorzugsweise so angeordnet, dass dieser in der Schwerkraftrichtung g verläuft. An dem Partikelaustragsstutzen 8 ist eine noch später zu erläuternde Partikelaustragsvorrichtung 9 befestigt. Die Partikelaustragsvorrichtung 9 kann auch als Partikelaustragsventil oder als Staubaustragsventil bezeichnet werden.
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Im Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer derartigen Filteranordnung 1A ist diese an einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeschlossen. Die Brennkraftmaschine saugt nun im Betrieb die mit den Partikeln P beladene Rohluft RO an. Die zu reinigende Rohluft RO wird mit Hilfe der Zyklonabscheider 7 weitgehend von den Partikeln P befreit, die sich schwerkraftbedingt an dem unteren Bereich des Filtergehäusedeckels 4 beziehungsweise in dem Partikelaustragsstutzen 8 sammeln.
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Insofern erfolgt eine Vorabscheidung der Partikel P in der Art eines Fliehkraftabscheiders. Diese Art der Partikelabscheidung kann auch als rotative Abscheidung oder Fliehkraftabscheidung bezeichnet werden. Um die gesammelten Partikel P aus dem Filtergehäuse 2 zu entnehmen oder auszutragen, ist der Partikelaustragsstutzen 8 mit der Partikelaustragsvorrichtung 9 vorgesehen.
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Mit Hilfe dieser Vorabscheidung können mehr als 80% der in der Rohluft RO enthaltenen Partikel P aus derselben abgeschieden werden. Das heißt, es kann eine Vorabscheidungseffizienz (Engl.: Pre Separation Efficiency) von mehr als 80% erzielt werden.
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Die so von den Partikeln P vorgereinigte Rohluft RO strömt von einer Rohseite des Filterelements auf eine Reinseite desselben. Hierbei werden mit Hilfe eines Filtermediums des Filterelements die restlichen verbleibenden Partikel P abgeschieden. Die Reinluft RL strömt dann zu der Brennkraftmaschine.
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Die 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Partikelaustragsvorrichtung 9A. Die 3 zeigt eine schematische Schnittansicht der Partikelaustragsvorrichtung 9A. Nachfolgend wird auf die 2 und 3 gleichzeitig Bezug genommen.
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Die Partikelaustragsvorrichtung 9A umfasst ein Gehäuse 10, das rohrförmig ausgebildet ist. Das Gehäuse 10 ist bevorzugt rotationssymmetrisch zu einer Mittel- oder Symmetrieachse 11 ausgebildet. Die Symmetrieachse 11 kann gleichzeitig eine Symmetrieachse des Partikelaustragsstutzens 8 sein. Die Symmetrieachse 11 verläuft in der Schwerkraftrichtung g oder stimmt mit dieser überein.
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Das Gehäuse 10 umfasst einen rohrförmigen Basisabschnitt 12, in dem der Partikelaustragsstutzen 8 aufnehmbar ist. Außenseitig an dem Basisabschnitt 12 und um diesen umlaufend ist eine Ringnut 13 vorgesehen. Die Ringnut 13 ist im Querschnitt rechteckförmig. Um ein Aufschieben der Partikelaustragsvorrichtung 9A auf den Partikelaustragsstutzen 8 zu vereinfachen, ist in der Orientierung der 3 oberseitig an dem Basisabschnitt 12 eine Fase 14 vorgesehen, die vollständig um die Symmetrieachse 11 umläuft.
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In der Orientierung der 3 unterhalb der Ringnut 13 und innenseitig an dem Basisabschnitt 12 vorgesehen ist ein um die Symmetrieachse 11 vollständig umlaufender Eingriffsabschnitt 15. Der Eingriffsabschnitt 15 kann eine Ringnut mit halbkreisförmigem Querschnitt sein. Der Partikelaustragsstutzen 8 weist einen zu dem Eingriffsabschnitt 15 korrespondierenden Gegeneingriffsabschnitt, beispielsweise in Form einer umlaufenden Rippe, auf, der geeignet ist, formschlüssig in den Eingriffsabschnitt 15 einzugreifen. Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern, vorliegend dem Eingriffsabschnitt 15 und dem Gegeneingriffsabschnitt des Partikelaustragsstutzens 8. Hierdurch kann die Partikelaustragsvorrichtung 9A verliersicher an dem Partikelaustragsstutzen 8 befestigt werden.
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Der Basisabschnitt weist der Fase 14 abgewandt einen vollständig um die Symmetrieachse 11 umlaufenden Ventilsitz 16 auf. Der Ventilsitz 16 kann schräg zu der Symmetrieachse 11 geneigt sein. Der Ventilsitz 16 kann so eine kegelstumpfförmige Geometrie aufweisen. Der Ventilsitz 16 läuft ringförmig um die Symmetrieachse 11 um. Entlang einer Umfangsrichtung U des Gehäuses 10 betrachtet ist der Ventilsitz 16 ringförmig geschlossen. Die ringförmige Geometrie des Ventilsitzes 16 ist senkrecht zu der Symmetrieachse 11 orientiert. Unter „senkrecht“ ist vorliegend ein Winkel von 90° ± 10°, bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 3°, weiter bevorzugt von 90° ± 1°, weiter bevorzugt von genau 90°, zu verstehen.
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Neben dem Basisabschnitt 12 umfasst das Gehäuse 10 einen einteilig, insbesondere materialeinstückig, mit dem Basisabschnitt 12 ausgebildeten Partikelaustragsklappenträger 17. „Einteilig“ oder „einstückig“ bedeutet vorliegend, dass das Gehäuse 10 mit dem Basisabschnitt 12 und dem Partikelaustragsklappenträger 17 ein gemeinsames Bauteil bildet und nicht aus unterschiedlichen Bauteilen zusammengesetzt ist. Das heißt, der Basisabschnitt 12 und der Partikelaustragsklappenträger 17 können nur durch eine Zerstörung derselben voneinander getrennt werden. „Materialeinstückig“ bedeutet vorliegend, dass das Gehäuse 10 mit dem Basisabschnitt 12 und dem Partikelaustragsklappenträger 17 durchgehend aus demselben Material gefertigt ist.
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Der Partikelaustragsklappenträger 17 umfasst drei sich radial in Richtung der Symmetrieachse 11 erstreckende Armabschnitte 18 bis 20, die endseitig zum einen mit dem Basisabschnitt 12 und zum anderen mit einem Mitteldom 21 des Partikelaustragsklappenträgers 17 einstückig, insbesondere materialeinstückig, verbunden sind. Der Mitteldom 21 umfasst einen zentralen Aufnahmeabschnitt 22, der als Bohrung ausgebildet ist. Der Aufnahmeabschnitt 22 ist rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 11 aufgebaut. Der Partikelaustragsklappenträger 17 ist elastisch, insbesondere federelastisch, verformbar. Das heißt, der Partikelaustragsklappenträger 17 kann von einem in der 3 gezeigten unverformten Zustand mit Hilfe einer Kraft in einen verformten Zustand verbracht werden. Sobald diese Kraft auf den Partikelaustragsklappenträger 17 nicht mehr wirkt, verformt sich dieser selbsttätig von dem verformten Zustand zurück in den unverformten Zustand.
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Die Armabschnitte 18 bis 20 sind entlang der Umfangsrichtung U betrachtet gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Beispielsweise sind die Armabschnitte 18 bis 20 um einen Winkel von 120° versetzt zueinander angeordnet. Die Armabschnitte 18 bis 20 sind in einem Neigungswinkel α relativ zu der Symmetrieachse 11 geneigt. Der Neigungswinkel α ist größer als 90°. Beispielsweise beträgt der Neigungswinkel α 100°.
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Das Gehäuse 10 ist ein Kunststoffbauteil. Insbesondere ist das Gehäuse 10 ein Kunststoffspritzgussbauteil. Wie zuvor erwähnt, ist das Gehäuse 10 ein einteiliges oder einstückiges, insbesondere materialeinstückiges, Bauteil. Das Gehäuse 10 ist bevorzugt aus einem elastisch verformbaren Kunststoffmaterial gefertigt. Als Material für das Gehäuse 10 kommt beispielsweise Gummi, ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), ein Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) oder ein thermoplastisches Elastomer (TPE), beispielsweise ein thermoplastisches Polyurethan (TPU), zur Anwendung.
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Neben dem Gehäuse 10 umfasst die Partikelaustragsvorrichtung 9A eine Partikelaustragsklappe 23. Die Partikelaustragsklappe 23 ist bevorzugt ein von dem Gehäuse 10 getrenntes Bauteil. Das heißt, das Gehäuse 10 und die Partikelaustragsklappe 23 bilden zwei voneinander getrennte Bauteile, die beispielsweise formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner trennen lassen. Beispielsweise ist die Partikelaustragsklappe 23 mit dem Partikelaustragsklappenträger 17 verklebt.
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Vorzugsweise ist die Partikelaustragsklappe 23 aus einem anderen Material gefertigt als das Gehäuse 10. Die Partikelaustragsklappe 23 ist bevorzugt aus einem härteren oder weniger elastischem Material gefertigt als das Gehäuse 10. Beispielsweise kann die Partikelaustragsklappe 23 aus einem Polyethylen (PE), einem Polypropylen (PP), einem Polyamid (PA) oder dergleichen gefertigt sein. Alternativ kann die Partikelaustragsklappe 23 jedoch auch aus demselben Material gefertigt sein wie das Gehäuse 10. Das heißt, die Partikelaustragsklappe 23 kann auch aus Gummi, einem EPDM, einem NBR oder aus einem TPE gefertigt sein.
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Die Partikelaustragsklappe 23 umfasst einen im Querschnitt pilzförmigen Befestigungsabschnitt 24, der rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 11 aufgebaut ist. Der Befestigungsabschnitt 24 ist durch den Aufnahmeabschnitt 22 derart hindurchgedrückt, dass der Befestigungsabschnitt 24 den Mitteldom 21 hintergreift. Die Partikelaustragsklappe 23 kann so mit Hilfe des Befestigungsabschnitts 24 formschlüssig mit dem Partikelaustragsklappenträger 17 verbunden werden.
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An den Befestigungsabschnitt 24 schließt sich ein Verbindungsabschnitt 25 an, der in dem Aufnahmeabschnitt 22 aufgenommen ist. Der Verbindungsabschnitt 25 ist ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 11 aufgebaut. Der Verbindungsabschnitt 25 verbindet den Befestigungsabschnitt 24 mit einem Ventilteller 26 der Partikelaustragsklappe 23. Der Ventilteller 26 weist eine kegelförmige Geometrie auf und ist rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse 11 aufgebaut. Der Befestigungsabschnitt 24, der Verbindungsabschnitt 25 und der Ventilteller 26 sind einteilig, insbesondere materialeinstückig, miteinander verbunden. Die Partikelaustragsklappe 23 ist insbesondere ein Kunststoffspritzgussbauteil.
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Bei dem Herstellen der Partikelaustragsvorrichtung 9A werden das Gehäuse 10 und die Partikelaustragsklappe 23 jeweils als einteiliges Bauteil bevorzugt in gesonderten Kunststoffspritzgusswerkzeugen gefertigt. Nach einem Entformen des Gehäuses 10 und der Partikelaustragsklappe 23 wird der Befestigungsabschnitt 24 durch den Aufnahmeabschnitt 22 hindurchgedrückt, so dass die Partikelaustragsklappe 23 fest mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Alternativ können das Gehäuse 10 und die Partikelaustragsklappe 23 auch in einem gemeinsamen Kunststoffspritzgusswerkzeug hergestellt werden, wobei die Partikelaustragsklappe 23 direkt in dem Kunststoffspritzgusswerkzeug mit dem Gehäuse 10 verbunden wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Zweikomponenten-Kunststoffspritzgussverfahrens oder eines Montage-Kunststoffspritzgussverfahrens durchgeführt werden.
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Die Funktionalität der Partikelaustragsvorrichtung 9A ist wie folgt. Die Partikelaustragsklappe 23 kann beliebig oft von einem geschlossenen Zustand Z1 in einen geöffneten Zustand Z2 und umgekehrt verbracht werden. In dem geöffneten Zustand Z2 ist die Partikelaustragsklappe in der 3 mit dem Bezugszeichen 23' versehen. In dem geschlossenen Zustand Z1 ist die Partikelaustragsklappe 23 innerhalb, insbesondere zumindest teilweise innerhalb, des Gehäuses 10 angeordnet.
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Vor der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine befindet sich die Partikelaustragsklappe 23 zunächst aufgrund ihres Eigengewichts in dem geöffneten Zustand Z2, wobei der Partikelaustragsklappenträger 17 elastisch verformt wird. Sobald die Brennkraftmaschine in Betrieb genommen wird, erzeugt diese einen Unterdruck, der die Partikelaustragsklappe 23 in den geschlossenen Zustand Z1 verbringt und diese gegen den Ventilsitz 16 saugt. Die von den Zyklonabscheidern 7 aus der Rohluft RO abgeschiedenen Partikel P sammeln sich auf der Partikelaustragsklappe 23, die sich nach wie vor in ihrem geschlossenen Zustand Z1 befindet.
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Die Partikelaustragsklappe 23 wird nun entweder durch eine Gewichtskraft G der Partikel P und/oder durch einen Lastwechsel der Brennkraftmaschine von dem geschlossenen Zustand Z1 in den geöffneten Zustand Z2 verbracht. Dabei verformt sich der Partikelaustragsklappenträger 17, insbesondere die Armabschnitte 18 bis 20, elastisch. Die Partikelaustragsklappe 23 selbst verformt sich bevorzugt nicht. Die Partikelaustragsklappe 23 bewegt sich aufgrund der Gewichtskraft G entlang der Symmetrieachse 11 beziehungsweise entlang der Schwerkraftrichtung g in der Orientierung der 3 linear nach unten.
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Die Partikel P können nun seitlich aus der Partikelaustragsvorrichtung 9A herausfallen und dann entlang der Schwerkraftrichtung g nach unten fallen. Sobald die Gewichtskraft G nicht mehr auf der Partikelaustragsklappe 23 lastet beziehungsweise sobald der Lastwechsel beendet ist, wird die Partikelaustragsklappe 23 von dem geöffneten Zustand Z2 zurück in den geschlossenen Zustand Z1 verbracht. Der geöffnete Zustand Z2 wird beispielsweise wenige Bruchteile einer Sekunde bis wenige Sekunden aufrechterhalten.
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Die 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Partikelaustragsvorrichtung 9B. Die 5 zeigt eine schematische Schnittansicht der Partikelaustragsvorrichtung 9B. Nachfolgend wird auf die 4 und 5 gleichzeitig Bezug genommen.
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Die Partikelaustragsvorrichtung 9B umfasst wie die Partikelaustragsvorrichtung 9A ein Gehäuse 10, das rohrförmig ausgebildet ist und das rotationssymmetrisch zu einer Mittel- oder Symmetrieachse 11 aufgebaut ist. Das Gehäuse umfasst einen Basisabschnitt 12 mit einer wie zuvor erläuterten umlaufenden Ringnut 13, einer Fase 14, einem Eingriffsabschnitt 15 sowie einem Ventilsitz 16, der in einer Umfangsrichtung U um die Symmetrieachse 11 umläuft.
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Im Unterschied zu der Partikelaustragsvorrichtung 9A ist bei der Partikelaustragsvorrichtung 9B jedoch ein einarmiger Partikelaustragsklappenträger 17 vorgesehen. Das heißt, der Partikelaustragsklappenträger 17 umfasst nur einen mit dem Basisabschnitt 12 einteilig verbundenen Armabschnitt 18. Der Armabschnitt 18 ist einseitig mit dem Basisabschnitt 12 verbunden. An einem dem Basisabschnitt 12 abgewandten Ende des Armabschnitts 18 ist ein wie zuvor erläuterter Mitteldom 21 vorgesehen. Der Mitteldom 21 umfasst einen zentral angeordneten Aufnahmeabschnitt 22.
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Das Gehäuse 10 ist ein einteiliges, insbesondere ein materialeinstückiges, Bauteil, insbesondere ein Kunststoffspritzgussbauteil. Das Gehäuse 10 kann beispielsweise aus Gummi, einem EPDM, einem NBR oder einem TPE gefertigt sein. Das heißt, das Gehäuse 10 mit dem Partikelaustragsklappenträger 17 ist elastisch verformbar.
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Die Partikelaustragsvorrichtung 9B umfasst weiterhin eine wie zuvor erwähnte Partikelaustragsklappe 23 mit einem Befestigungsabschnitt 24, einem Verbindungsabschnitt 25 sowie einem Ventilteller 26, der mit Hilfe des Verbindungsabschnitts 25 mit dem Befestigungsabschnitt 24 verbunden ist. Die Partikelaustragsklappe 23 ist ein einteiliges, insbesondere ein materialeinstückiges, Kunststoffbauteil, insbesondere ein Kunststoffspritzgussbauteil. Die Partikelaustragsklappe 23 ist vorzugsweise aus einem weniger elastischen Material gefertigt als das Gehäuse 10. Beispielsweise kann die Partikelaustragsklappe 23 aus PE, PP, PA oder einem anderen geeigneten Kunststoffmaterial gefertigt sein. Alternativ kann die Partikelaustragsklappe 23 jedoch auch aus Gummi, einem EPDM, einem NBR oder einem TPE gefertigt sein.
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Die Funktionalität der Partikelaustragsvorrichtung 9B entspricht im Wesentlichen der Funktionalität der Partikelaustragsvorrichtung 9A. Im Unterschied zu der Partikelaustragsvorrichtung 9A bewegt sich jedoch die Partikelaustragsklappe 23 bei einem Verbringen der Partikelaustragsvorrichtung 9B von einem geschlossenen Zustand Z1 in einen geöffneten Zustand Z2 nicht linear entlang der Symmetrieachse 11, sondern verschwenkt aufgrund des einarmig ausgebildeten Partikelaustragsklappenträgers 17 um den Partikelaustragsklappenträger 17. In dem geöffneten Zustand Z2 ist die Partikelaustragsklappe in der 5 mit dem Bezugszeichen 23' versehen.
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Wie die 5 ferner zeigt, umfasst die Partikelaustragsklappe 23 eine Mittel- oder Symmetrieachse 27, zu der die Partikelaustragsklappe 23 rotationssymmetrisch aufgebaut ist. In dem geschlossenen Zustand Z1 ist die Symmetrieachse 27 koaxial zu der Symmetrieachse 11 angeordnet beziehungsweise stimmt mit dieser überein. In dem geöffneten Zustand Z2 ist die Symmetrieachse 27 jedoch zu der Symmetrieachse 11 verkippt.
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Zunächst befindet sich die Partikelaustragsklappe 23 in dem geöffneten Zustand Z2. Bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine wird die Partikelaustragsklappe 23 gegen den Ventilsitz 16 gesaugt und so in den geschlossenen Zustand Z1 verbracht. Sich im Betrieb der Brennkraftmaschine auf der Partikelaustragsklappe 23 ansammelnde Partikel P wirken mit ihrer Gewichtskraft G auf die Partikelaustragsklappe 23, die dadurch von dem geschlossenen Zustand Z1 in den geöffneten Zustand Z2 verbracht wird, wodurch die Partikel P ausgetragen werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die Partikelaustragsklappe 23 auch durch einen Lastwechsel der Brennkraftmaschine von dem geschlossenen Zustand Z1 in den geöffneten Zustand Z2 und zurück verbracht werden. Sobald die Gewichtskraft G der Partikel P nicht mehr auf die Partikelaustragsklappe 23 wirkt, wird diese von dem geöffneten Zustand Z2 in den geschlossenen Zustand Z1 zurück verbracht.
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Die 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Filteranordnung 1B. Im Unterschied zu der Filteranordnung 1A gemäß der
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1 ist bei der Filteranordnung 1B jedoch eine aktive Absaugung der Partikel P vorgesehen. Hierzu ist an der an dem Partikelaustragsstutzen 8 angebrachten Partikelaustragsvorrichtung 9B oder an der Partikelaustragsvorrichtung 9A (nicht gezeigt) ein Absaugrohr 28 befestigt.
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Wie die 7 und 8 jeweils in einer vergrößerten Schnittansicht der Filteranordnung 1B zeigen, ist die Partikelaustragsvorrichtung 9B in dem Absaugrohr 28 aufgenommen. Das Absaugrohr 28 weist einen umlaufenden Eingriffsabschnitt 29 auf, der in die Ringnut 13 des Gehäuses 10 der Partikelaustragsvorrichtung 9B formschlüssig eingreift. Das Absaugrohr 28 weist ferner eine umlaufende Ausbuchtung 30 auf, die eine freie Bewegbarkeit der Partikelaustragsklappe 23 ermöglicht.
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Die aktive Absaugung der Partikel P erfolgt über einen Injektor oder Lüfter, der an das Absaugrohr 28 angeschlossen ist. Die aktive Absaugung der Partikel P ist in den 6 und 7 mit Hilfe eines Pfeils 31 angedeutet. Bei der aktiven Absaugung der Partikel P wird die Partikelaustragsvorrichtung 9B als Rückschlagventil eingesetzt. Die 7 zeigt die Partikelaustragsvorrichtung 9B im Absaugbetrieb, in dem die Partikel P aktiv aus dem Filtergehäusedeckel 4 abgesaugt werden. Die Partikelaustragsklappe 23 befindet sich in dem geöffneten Zustand Z2. Sobald sich eine Luftströmung in dem Absaugrohr 28 umkehrt, beispielsweise durch eine Verstopfung einer Motoransaugung der Brennkraftmaschine, verbringt sich die Partikelaustragsvorrichtung 9B von dem geöffneten Zustand Z2 in den geschlossenen Zustand Z1. Hierbei drückt der umgekehrte Luftstrom, in der 8 mit Hilfe eines Pfeils 32 dargestellt, die Partikelaustragsklappe 23 gegen den Ventilsitz 16 des Gehäuses 10. Die Partikelaustragsvorrichtung 9B verschließt somit den Zugang zu der Filteranordnung 1B.
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Die zuvor erläuterten unterschiedlichen Ausführungsformen der Partikelaustragsvorrichtung 9A, 9B vereinen ein gutes Austragsverhalten bei geringem Bauvolumen entlang der Symmetrieachse 11 betrachtet. Mit Hilfe der Partikelaustragsklappe 23 kann ein großer offener Austragsquerschnitt erreicht werden. Hierdurch ist die Austragsleistung sehr gut und die Verstopfungsgefahr sehr gering. Im Betrieb der jeweiligen Partikelaustragsvorrichtung 9A, 9B zeigt sich ein kontinuierlicher Austrag der Partikel P. Die Zunahme der Gewichtskraft G auf die Partikelaustragsklappe 23 durch die abgeschiedenen Partikel P bewirkt ein schlagartiges Öffnen der jeweiligen Partikelaustragsvorrichtung 9A, 9B. Bei dem Öffnen wird ein großer Querschnitt des Partikelaustragsstutzens 8 freigegeben, wodurch die Partikel P zuverlässig ausgetragen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1A
- Filteranordnung
- 1B
- Filteranordnung
- 2
- Filtergehäuse
- 3
- Filtergehäusetopf
- 4
- Filtergehäusedeckel
- 5
- Befestigungsabschnitt
- 6
- Befestigungsabschnitt
- 7
- Zyklonabscheider
- 8
- Partikelaustragsstutzen
- 9
- Partikelaustragsvorrichtung
- 9A
- Partikelaustragsvorrichtung
- 9B
- Partikelaustragsvorrichtung
- 10
- Gehäuse
- 11
- Symmetrieachse
- 12
- Basisabschnitt
- 13
- Ringnut
- 14
- Fase
- 15
- Eingriffsabschnitt
- 16
- Ventilsitz
- 17
- Partikelaustragsklappenträger
- 18
- Armabschnitt
- 19
- Armabschnitt
- 20
- Armabschnitt
- 21
- Mitteldom
- 22
- Aufnahmeabschnitt
- 23
- Partikelaustragsklappe
- 23'
- Partikelaustragsklappe
- 24
- Befestigungsabschnitt
- 25
- Verbindungsabschnitt
- 26
- Ventilteller
- 27
- Symmetrieachse
- 28
- Absaugrohr
- 29
- Eingriffsabschnitt
- 30
- Ausbuchtung
- 31
- Pfeil
- 32
- Pfeil
- g
- Schwerkraftrichtung
- G
- Gewichtskraft
- RL
- Reinluft
- RO
- Rohluft
- P
- Partikel
- U
- Umfangsrichtung
- Z1
- Zustand
- Z2
- Zustand
- α
- Neigungswinkel
