DE1080349B - Elektrostatische Filterapparatur zur Abscheidung von festen und fluessigen Partikelnaus der Ansaugluft und aus den Abgasen einer Brennkraft-maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Filterapparatur zur Abscheidung von festen und flüssigen Partikeln aus der Ansaugluft und aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine.

Für Brennkraftmaschinen sind bereits Filter für die Zuluftreinigung bekannt, die als trockene oder nasse mechanische Filter mit Einsätzen aus Textilien oder porösen Materialien ausgeführt sind. Wegen des großen Luftwiderstandes derartiger mechanischer Filter können dieselben nicht beliebig dicht gemacht werden und besitzen dementsprechend auch nur eine sehr beschränkte Abscheidungswirkung, insbesondere für feine in der Zuluft befindliche Fremdpartikeln. Demgegenüber weisen die elektrostatischen Filter einen praktisch vernachlässigbar kleinen Luftwiderstand auf und sind in ihren Ausmaßen nur durch die Raumverhältnisse der jeweiligen Brennkraftmaschine begrenzt, so daß eine sehr gute Abscheidungswirkung auch bezüglich feinster Fremdpartikeln erzielt werden kann. Die Anwendung solcher elektrostatischer Filter für die Zuluft von Brennkraftmaschinen war jedoch bisher nicht möglich, da die bei solchen Filtern meist übliche Sprühionisation sowohl Ozon wie auch nitrose Gase erzeugt, welche der durch das Filter strömenden Frischluft beigemengt werden, wodurch beim Verbrennungsprozeß in der Maschine unzulässige Nachteile entstehen.

Die Abgase von Brennkraftmaschinen wurden bisher praktisch nicht gefiltert, weil die gebräuchlichen mechanischen Filter mit Materialien ausgestattet sind, die den hohen Abgastemperaturen nicht widerstehen können.

Demgegenüber treten bei der erfindungsgemäßen Filterapparatur die genannten Nachteile nicht auf, weshalb sie sich sowohl für die Zuluftreinigung als auch für die Abgasreinigung in Brennkraftmaschinen eignet. Erfindungsgemäß ist die Filterapparatur dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Abscheideelektrodensystems ein an sich bekannter radioaktiver Ionisator vorgesehen ist und daß der Gasführungskanal sich zwischen einer vor dem Ionisator liegenden Stelle und dem Abscheideelektrodensystem von einem kleineren auf einen erheblich größeren Querschnitt erweitert, um sich nach dem Elektrodensystem wieder zu verengen.

Eine solche Filterapparatur ist frei von irgendwelcher Gasbildung, wirkt nur auf die vom Gasstrom mitgeführten Fremdpartikeln und läßt bei der Zuluftreinigung die durchgeleitete Frischluft selbst völlig unverändert. Die Filterapparatur gemäß der Erfindung ist ohne Schwierigkeiten auch für die Abgasreinigung verwendbar, da sie aus hitzebeständigen Werkstoffen aufgebaut werden kann. Die Abgasfilterapparatur läßt sich vorteilhafterweise mit dem üblichen schalldämp-Elektrostatische Filterapparatur
zur Abscheidung von festen und flüssigen

Partikeln aus der Ansaugluft
und aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine

Anmelder:

Societe financiere d'Expansion

Commerciale et Industrielle S.A.

»SFINDEX«, Samen (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. Dr. jux. Fr. Lehmann, Patentanwalt, München 5, Papa-Schmid-Str. 1

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 10. Januar 1951

Dipl.-Ing. Julius Maas, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

f enden Auspufftopf baulich vereinigen und bringt dann keinen bedeutenden Mehraufwand an Gewicht und Platzbedarf.

Die erfindungsgemäße Filterapparatur für Zuluft- und Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 eine beispielsweise Ausführung, der gesamten Filterapparatur im Prinzip,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Zuluftfilter,

Fig. 3, 4 und 5 verschiedene beispielsweise Ausführungen des Ionisators,

Fig. 6 bis 15 verschiedene beispielsweise Bauformen - des elektrostatischen Ionisators,

4-5 Fig. 16 bzw. 17 eine beispielsweise Ausführung des Abgasfilters im Längsschnitt bzw. in Aufsicht,

Fig. 18 das Prinzipschema eines von einer Batteriezündanlage gespeisten Stromversorgungsgerätes.

Das Prinzip der Filterapparatur ist für einebeispielsweise Ausführung zu einem Benzinmotor schematisch in Fig. 1 dargestellt. Der Benzinmotor 1 mit Vergaser 2 saugt aus der Umgebung vor dem Sieb 3 in Richtung der Pfeile 4 Frischluft an, die durch den Ionisator 5, den Luftverteiler 6, den elektrostatischen Ab-

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scheider 7, den Luftverteiler 8 über den Rohrstutzen 9 in den Vergaser 2 des Motors eintritt. Der elektrostatische Abscheider 7 ist über die Leitung 10 am Hochspannungsgerät 11 angeschlossen, das seinerseits über die Leitung 12 von der elektrischen Zündeinrichtung 13 gespeist wird. Die vom Benzinmotor 1 erzeugten Abgase verlassen diesen durch die Rohrleitung 14, durchströmen das Schalldämpf- und Druckausgleichsgefäß 15 und gelangen über den Ionisator 16, den Gasverteiler 17, den elektrostatischen Abscheider 18 und einen weiteren Gasverteiler 19 zum Auspuffrohr 20. Der elektrostatische Abscheider 18 liegt über die Leitung 21 am gemeinsamen Stromversorgungsgerät 11.

Das Frischluftfilter ist in einer beispielsweisen Ausführung in Fig. 2 im Schnitt dargestellt. Es ist in einer rohrförmigen, absatzweise sich verjüngenden und erweiternden, gasdichten Ummantelung 22 zusammengebaut. Durch die Eintrittsöffnung 23, hier beispielsweise als runder Stutzen dargestellt, wird in Pfeilrichtung die Frischluft aus der Umgebung angesaugt und durch ein grobmaschiges mechanisches Filter 24 geleitet, das grobe Verunreinigungen zurückhält und auswechselbar angeordnet ist. Hinter dem Grobfilter 24 tritt die Luft in den hier rohrförmigen Ionisatorstutzen 5, der auf seiner, Innenwandung einen ringförmigen Belag 25 trägt aus gasdicht gekapselten radioaktiven Substanzen mit vorwiegender Alpha-Emission, in Richtung auf den von der Luft durchströmten Innenraum. Hinter dem Ionisatorstutzen 5 weitet sich die Ummantelung 22 kegelförmig auf den Durchmesser des elektrostatischen Abscheiders 7. Um eine gleichmäßige Verteilung der aus dem Ionisator austretenden Luft über den ganzen wirksamen Querschnitt des elektrostatischen Abscheiders 7 zu erzielen, befindet sich unmittelbar hinter dem Ionisatorstutzen 5 in der kegelförmigen Aufweitung der Ummantelung 22 ein Luftverteiler, beispielsweise bestehend aus den konzentrisch angeordneten rohr- bzw. trichterförmigen Führungswänden 26 und 27. Die in Pfeilrichtung den Luftverteiler durchströmende Luft gelangt in den elektrostatischen Abscheider 7, dessen Bauart weiter unten genauer beschrieben ist, verläßt denselben am anderen Ende und gelangt über eine kegelförmige Verjüngung der Ummantelung 22 zum Rohrstutzen 9, der die von festen und flüssigen Fremdpartikeln befreite Luft zur Ansaugöffnung des Vergasers (in Fig. 1 mit 2 bezeichnet) leitet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten beispielsweisen Ausführung ist als Ionisator ein Rohrstutzen 5 verwendet. Dabei wird die volle ionisierende Wirkung der im Belag 25 enthaltenen radioaktiven Substanz dann nicht ausgenützt, wenn der Durchmesser dieses Rohrstutzens kleiner ist als die Reichweite der von der radioaktiven Strahlungsquelle emittierten Alphateilchen in Luft. Bei Radium beträgt diese Grenzreichweite in Luft beispielsweise etwa 7,5 cm für die energiereichste Komponente der Alpha-Emission. Eine Ausnützung der vollen ionisierenden Wirkung der verwendeten radioaktiven Strahlungsquelle wird auch ermöglicht durch eine Ausführung des Ionisators nach Fig. 3, die eine schematische Ansicht des Frischluftfilters von vorn zeigt, wobei das mechanische Grobfilter entfernt ist. Hierin bezeichnet 22 den kegelförmigen Teil der Ummantelung, der die Verbindung zwischen dem runden Abscheider und dem hier rechteckigen Ionisator-Stutzen 28 herstellt. Die Luft wird durch die runde öffnung 23 eingesaugt (in Fig. 3 senkrecht zur Zeichnungsebene) und im Ionisatorstutzen 28 längs ihres Weges nach hinten ionisiert durch die von den radioaktiven Belägen 29 und 30 in Richtung auf den Inneuraum ausgehende Strahlung, vorwiegend durch die emittierten Alphateilchen. Der gegenseitige Abstand der Beläge 29 und 30 darf hierbei nicht größer als die zweifache Maximalreichweite der Alphateilchen in Luft sein, während die Breite des Ionisatorstutzens 28 so dimensioniert ist, daß auch das maximal eingesaugte Luftvolumen im Ionisator noch ausreichend ionisiert wird. Auch bei dieser Bauart des Ionisatorstutzens ist

ίο ein Luftverteiler vor dem eigentlichen Abscheider vorgesehen.

Zwei weitere beispielsweise Ausführungen des radioaktiven Ionisators mit einem dem radioaktiven bestrahlten Raumteil überlagerten elektrischen Feld zeigen die Fig. 4 und 5 in einer schematischen Ansicht von vorn. Dabei entspricht der Ionisator von Fig. 4 der rohrförmigen Bauart, die in Fig. 2 ebenfalls dargestellt wurde, wobei hier wiederum wie dort mit 22 die rohrförmige Ummantelung und mit 25 der ringförmige radioaktive Belag bezeichnet ist. Zusätzlich weist aber der Ionisator hier eine axial und von den anderen Bauteilen isoliert angebrachte metallische Innenelektrode 31 auf, die mit einem Pol der als Batterie 32 angedeuteten Gleichspannungsquelle verbunden ist. Der radioaktive Belag 25 ist in vorliegender Ausführung auf einem metallischen Träger gasdicht aufgebracht, der mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 32 verbunden ist. Es entsteht somit ein radial gerichtetes Feld im Ionisatorraum, das die durch radioaktive Bestrahlung gebildeten ionisierten Luftmoleküle zwingt, in radialer Richtung sich zu bewegen, so daß ein Ionenstrom den ganzen Innenraum des Ionisators erfüllt und die elektrische Aufladung der vom Luftstrom mitgeführten festen und flüssigen Frempartikeln fördert.

Der in Fig. 5 dargestellte rechteckige Ionisator, ähnlich dem in Fig. 3 angegebenen, besitzt hier zwei Seitenwände 33 bzw. 34 aus Isoliermaterial, aber metallische Schmalseiten mit je einem radioaktiven Belag 29 bzw. 30. Den rechteckigen Ionisatorraum halbierend tragen die isolierenden Wände 33 und 34 eine metallische Elektrodenfläche 35, die sich über die ganze Tiefenausdehnung des Ionisators erstreckt, also dieselbe Ausdehnung aufweist wie die radioaktiven S trahlungsquellen 29 bzw. 30. Zwischen den metallischen Trägern der radioaktiven Beläge 29 und 30 einerseits und der Mittelelektrode 35 andererseits liegt eine durch die Batterie 32 angedeutete elektrische Spannung, so daß in beiden Hälften des rechteckigen Ionisatorstutzens dem radioaktiv bestrahlten Raum ein elektrisches Feld überlagert ist. Die hierdurch auftretenden Ionenströme in beiden Ionisatorhälften unterstützten die aufladende Wirkung der Ionen in bezug auf die vom Luftstrom mitgeführten festen und flüssigen Fremdpartikeln.

Bei den in Fig. 4 und 5 angegebenen beispielsweisen Ionisatorausführungen wird die gleiche Wirkung erzielt, wenn die radioaktiven Strahlungsquellen nicht auf den Außenelektroden, sondern auf den Innenelektroden angebracht werden, falls gewährleistet ist, daß die gleiche Zahl von Luftionen im Ionisatorraum erzeugt wird. Weder bei dieser noch bei der in Fig. 4 und 5 angegebenen Anordnung ist die Polarität der zwischen Außen- und Innenelektroden liegenden Gleichspannung von wesentlichem Einfluß. Als Spannungsquelle wird die für den elektrostatischen Abscheider vorhandene (in Fig. 1 mit 11 bezeichnet) oder auch eine getrennte benützt.

Für den elektrostatischen Abscheider (in Fig. 1 und 2 mit 7 bezeichnet) sind nachstehend verschiedene Konstruktionen angegeben.

Eine beispielsweise Ausführung mit ebenen Elektrodenplatten für den elektrostatischen Abscheider zeigt Fig. 6 in Vorderansicht und Fig. 7 im Querschnitt nach Linie I-I in Fig. 6. Der Abscheider besitzt zwecks möglichst weitgehender Herabsetzung der notwendigen Betriebsspannung trotz relativ hoher elektrischer Feldstärke im Elektrodenzwischenraum eine große Zahl ebener Plattenelektroden 36 bzw. 37, die aus elektrisch leitendem Material bestehen oder zumindest beidseits eine leitende Oberfläche aufweisen und voneinander isoliert mit kleinem Abstand, etwa 1 bis 2 mm, parallel zueinander angeordnet sind. Die einzelnen Platten sind an ihrem oberen und unteren Rand in einem Isolierring 38 montiert. Bei der Schichtung der einzelnen Platten werden dieselben abwech- selnd in der Tiefe etwas verschoben, so daß auf der Rückseite des Plattenpakets (s. Fig. 7) die mit 36 bezeichneten, auf der Vorderseite die mit 37 bezeichneten Platten hervorstehen. Durch eine metallische Querverbindung 39 auf der Rückseite des Abscheiders wer-•den alle mit 36 bezeichneten Elektrodenplatten an ihrem hervorstehenden Rand leitend untereinander und mit der Anschlußklemme 41 verbunden, ebenso wie alle Elektrodenplatten 37 auf der Vorderseite durch die Querverbindung 40 an der Anschlußklemme 42 liegen. Die Anschlußklemmen 41 bzw. 42 sind an einer Gleichspannungsquelle, hier durch die Batterie 42 dargestellt, angeschlossen.

Die einzelnen Elektrodenplatten von rechteckiger Form bestehen aus beliebig dünnem Metall, das aber genügend Steifigkeit besitzen muß, um ein mechanisch stabiles Plattenpaket zu ergeben. Falls erforderlich, wird die Stabilität vergrößert durch flache und schmale Zwischenlagen aus Isoliermaterial, die in der Mitte des Abscheiderquerschnittes etwa in der Ebene der ■Querverbindungen (in Fig. 6 mit 40 bezeichnet) in den Elektrodenzwischenräumen angebracht werden.

Es ist nicht notwendig, daß die Elektrodenplatten 36 und 37 in der beispielsweisen Ausführung des Abscheiders nach Fig. 6 bzw. 7 aus Metallblech bestehen. Vielmehr können dieselben auch aus elektrisch nichtleitendem Material hergestellt sein und nur eine sehr dünne metallische Oberfläche aufweisen. Hierbei wird aber der Metallbelag nicht ganz bis zu den Schmalseiten liin ausgedehnt, damit an Stelle der in Fig. 6 und 7 mit 38 bezeichneten Halterungen aus Isolierstoff solche aus Metall Verwendung finden können, die eine höhere Stabilität für das gesamte Plattenpaket zu erreichen gestatten.

Schließlich besteht bei der Verwendung von isolierendem Trägermaterial mit leitend gemachten Oberflächen als Elektroden die Möglichkeit, jede der Elektrodenplatten nur einseitig mit einem leitenden Überzug zu versehen. Das elektrische Feld wirkt bekanntlich durch das isolierende Trägermaterial hindurch, so daß eine Beeinträchtigung der Abscheider wirkung nicht eintritt. Dagegen ist in dieser Ausführung der Elektroden die Gefahr von Kurzschlüssen bei mechanischer Deformation des Abscheiders oder dem Eindringen größerer elektrisch leitender Partikeln in die Elektrodenzwischenräume vermieden.

Eine andere beispielsweise Ausführung des elektrostatischen Abscheiders wird erhalten mit Hilfe der in Fig. 8 in Ansicht und Fig. 9 im Grundriß dargestellten Wickelmethode. Es wird ein vierfaches Band von ω».«« Breite, die etwa der erforderlichen Tiefe des Abscheiders entspricht, und sehr großer Länge, das aus einer dünnen Metallfolie 43, einer Hilfszwischenlage 44 aus einem thermisch oder chemisch oder mittels Wasser lösbaren Stoff, einer zweiten Metallfolie 45 und einer zweiten Hilfszwischenlage 46 besteht, von außen nach innen wie in Fig. 8 oder auch von innen nach außen kreisförmig Windung um Windung aufgewickelt, so daß zuletzt ein kompakter spiraliger Wickel entsteht. Dabei ist, wie aus Fig. 9 ersichtlich, die Breite der bandförmigen Hilfszwischenlage 44 und 46 etwas kleiner als die der Metallbänder 43 und 45, so daß letztere aus dem fertigen Wickel auf der Vorder- und Rückseite etwas hervorstehen. Diese überstehenden Metallränder der Folien 43 und 45 werden nun in einer Anzahl Querstangen, von denen in Fig. 8 nur die zwei mit 47 und 48 bezeichneten angegeben sind, aus elektrisch isolierendem Material zuverlässig befestigt, wobei die Querstege, wie aus Fig. 9 ersichtlich, sowohl auf der Vorder- und Rückseite wie auch längs der Schmalseiten angebracht sind. Aus dem so versteiften Wickel werden nunmehr die beiden Hilfszwischenlagen 44 und 4& je nach Art ihres Materials durch thermische oder chemische Behandlung oder Auswaschen mittels Wasser herausgelöst, so daß ein stabiles, durch die isolierenden Querstege zusammengehaltenes Elektrodensystem entsteht, gebildet aus den voneinander isolierten Metallbändern 43 und 45, die mit geringem Luftabstand voneinander spiralig aufgewickelt sind. Die beiden Metallbänder werden mit dem Plus- bzw. Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden, so daß in den spiraligen Luftspalten zwischen denselben ein quergerichtetes elektrisches Feld entsteht.

Bei der Bauart des Abscheiders nach Fig. 8 bzw. 9 kann an Stelle der dünnen Metallbänder auch ein beliebiges nichtmetallisches Band mit einseitiger oder beidseitiger Oberflächenmetallisierung verwendet werden, das aber der notwendigen chemischen bzw. thermischen Behandlung widerstehen muß. Wird die leitende Oberfläche nicht bis zu den beiden Rändern der Trägerbänder erstreckt und bestehen dieselben aus isolierendem Material, so können die in Fig. 8 und 9 mit 47 bzw. 48 bezeichneten Querstege aus Metall sein, wodurch erhöhte Stabilität des spiraligen Abscheiders erreicht wird.

Die gleiche Wirkung.wie mit dem spiralförmigen Abscheider ist erzielbar mit einem Elektrodensystem aus dünnwandigen Metallrohren mit je um den gewünschten Luftabstand verändertem Radius, welche umschichtig am positiven bzw. negativen Pol der Spannungsquelle liegen. Um die mechanische Stabilität des Elektrodensystems zu erhöhen, werden einzelne radiale Isolierstege in das Elektrodensystem eingebaut oder eventuell die beiden Elektroden-Rohrsysteme nach dem Spritzgußverfahren hergestellt. Auch hier können nichtmetallische Trägermaterialien für die Elektroden verwendet werden, die einseitig oder beidseitig oberflächenleitend gemacht wurden.

Ein Abscheider mit einer Vielzahl parallel geschalteter Rohrsysteme ist in einer beispielsweisen Ausführung in Fig. 10' in Vorderansicht und in Fig. 11 in horizontalem Schnitt im Grundriß dargestellt. Der Abscheider weist zwei getrennt montierte Elektrodengruppen auf, und zwar einen runden Körper 49 aus elektrisch leitendem Material, der über seinen gesamten Querschnitt verteilt eine Vielzahl runder Bohrungen 50 besitzt. Auf dem siebartig durchlöcherten Körper 49 ist ein Isolierring 51 befestigt, der die zweite Elektrodengruppe trägt (in Fig. 11 in halb aus dem Körper 49 herausgezogener Lage gezeichnet). Diese zweite Elektrodengruppe besteht aus dünnen Metallstäben 52, die derart am metallischen horizontalen Haltestangen 53 und damit am Ring 51 befestigt sind, daß im fertig montierten Zustand sämtliche Metall-

stäbe 52 konzentrisch und axial innerhalb je einer Bohrung 50 sich befinden, dabei von den Wandungen der Bohrungen gleichen Abstand besitzend. Sämtliche Metallstege 53 sind untereinander leitend verbunden und liegen am einen Pol, der leitende Körper 49 am anderen Pol einer Gleichspannungsquelle, hier als Batterie 32 dargestellt. In den einzelnen Bohrungen 50 entsteht somit zwischen den Metallstäben 52 als Innenleiter und den Wandungen der Bohrungen 50 als Außenleiter ein elektrisches Feld, unter dessen Einfluß die vom Luftstrom, der in Richtung der Pfeile in die parallelen Rohrsysteme eintritt, mitgeführten elektrisch geladenen Fremdpartikeln quer zur Strömungsrichtung abgelenkt werden und sich auf den Außenoder Innenelektroden niederschlagen. Auch bei dieser Bauform des Abscheiders kann der Körper 49 aus nichtleitendem Material bestehen, wenn die Innenwandungen aller Bohrungen leitende Oberflächen erhalten und untereinander sowie mit einem Pol der Spannungsquelle leitend verbunden werden.

Eine andere beispielsweise Ausführung eines Abscheiders, ebenfalls aus zwei getrennt montierten Elektrodengruppen bestehend, zeigt Fig. 12 in Vorderansicht und Fig. 13 in horizontalem Schnitt im Grundriß. Ein Rohr 54 aus Isoliermaterial ist als Abstandshalterung für je einen rückwärtigen bzw. vorderseitigen Metallring 55 bzw. 56 ausgebildet und dient gleichzeitig als äußere Ummantelung des Abscheiders. Jeder der beiden Metallringe 55 bzw. 56 trägt eine Anzahl horizontaler Metallstege 57 bzw. 58, an welchen in relativ kleinem gegenseitigem Abstand eine große Zahl von dünnen Metallstiften 59 bzw. 60 senkrecht befestigt ist (in Fig. 13 ist der Ring 56 mit Querstegen 58 und Metallstiften 60 in einigem Abstand vom Isolierrohr 54 gezeichnet). Sowohl die Metallstege57 und 58 wie auch die Metallstifte 59 und 60 sind gegeneinander versetzt, so daß im fertig montierten Zustand die Stifte 59 von den Stiften 60 nicht berührt werden, vielmehr jeder einzelne Stift 59 (in Fig. 12 nur als Punkt sichtbar) umgeben ist von vier parallel verlaufenden Stiften 60 in relativ geringem Abstand. Wird, wie in Fig. 13 schematisch dargestellt, eine Gleichspannungsquelle, hier als Batterie 32 angedeutet, mit den Metallringen 55 bzw. 56 verbunden, so ergibt sich im Innenraum des Isolierrohres 54 durch die ohne gegenseitige Berührung ineinandergreifenden Stiftsysteme 59 bzw. 60 ein elektrisches Feld quer zur Richtung der in Pfeilrichtung einströmenden Luft. Durch dieses Feld werden vom Luftstrom mitgeführte elektrisch geladene Fremdpartikeln seitlich in Richtung auf eine der Stiftelektroden abgelenkt und dort niedergeschlagen. Von Vorteil bei dieser Bauweise des Abscheiders ist die in unmittelbare Umgebung der Elektrodenstifte ansteigende elektrische Feldstärke sowie die einfache Reinigungsmöglichkeit durch Auseinandernehmen der beiden Elektrodengruppen.

Ein grundsätzlich anderes Elektrodensystem ist in einer beispielsweisen Ausführungsform in Fig. 14 in Ansicht und in Fig. 15 in horizontalem Schnitt im Grundriß dargestellt. Das Elektrodensystem besteht hier aus einer Anzahl feinmaschiger Drahtnetze 61, die mit relativ kleinem gegenseitigem Abstand isoliert hintereinander angeordnet sind und von der Luft in Pfeilrichtung durchströmt werden. Die einzelnen Drahtnetze 61 werden von Isolierringen 62 bzw. je einem oberen und unteren Deckring 63 gehalten und besitzen seitliche Fortsätze 64 zwecks Zusammenschaltung mittels der Verbindungsleitungen 65 bzw. 66, die an der Gleichspannungsquelle, hier durch die Batterie 32 angedeutet, angeschlossen sind. Die Schaltung ist so gewählt, daß aufeinanderfolgende Drahtnetze jeweils verschiedene Polarität aufweisen, also ein mit der Luftströmung gleich oder entgegengesetzt gerichtetes elektrisches Feld entsteht. Die vom Luftstrom mitgeführten elektrisch aufgeladenen Fremdpartikeln haben die Tendenz, entlang den hypothetischen elektrischen Feldlinien zu wandern, werden also je nach Polarität in Richtung auf die positiven bzw. negativen Drahtnetze abgelenkt und dort niedergeschlagen. An Stelle von Drahtnetzen können auch feingelochte Metallfolien oder ähnliche Elektrodenformen verwendet werden. Bei genügender Feinheit der Maschen bzw. Löcher der Elektroden wird gleichzeitig bewirkt, daß gröbere Partikeln nicht in den eigentlichen Elektrodenraum einzudringen vermögen, wo sie eventuell zu Kurzschlüssen führen könnten. Der gleiche Effekt wird erzielt durch Ausfüllung der Zwischenräume zwischen den einzelnen Drahtnetzen mit isolierenden Faserstoffen, wie Glaswolle, Seiden-

ao gespinst usw.

Eine beispielsweise Ausführung des Abgasfilters kombiniert mit dem Auspufftopf ist schematisch dargestellt in Fig. 16 im Längsschnitt und in Fig. 17 in Ansicht von der Gaseintrittsseite aus. Die vom Motor erzeugten Abgase gelangen über das Rohr 67 in das Schalldämpf- und Druckausgleichsgefäß 15, das, wie üblich, eine Umlenkung des Gasstromes durch eine Anzahl von Querwänden 68 bewirkt und damit eine Schalldämpfung und einen teilweisen Ausgleich des

stoßartigen Gasaustritts erzielt. Dieser Ausgleichsraum ist abgeschlossen durch eine Lochblende 69 mit kurzem Rohrstutzen 70., der das Gas einer Verteileinrichtung zuführt, die aus mehreren konzentrisch angeordneten trichterförmigen Führungswänden 71 besteht und den Gasstrom gleichmäßig auf den Querschnitt des nachfolgenden Ionisators verteilt. Der Ionisator besteht aus einem ringförmigen Belag 25 auf der Innenwandung des Auspufftopfes 15, bestehend aus gasdicht gekapselten radioaktiven Substanzen mit vorwiegender Alpha-Emission in Richtung auf den vom Gas durchströmten Innenraum. Der Gasstrom tritt hinter dem Ionisator samt den von ihm mitgeführten, im Ionisator elektrisch aufgeladenen festen und flüssigen Partikeln in den elektrostatischen Abscheiderraum 18 ein. Der Abscheider besteht hier beispielsweise gemäß Fig. 6 und 7 aus einem System paralleler Elektrodenplatten 36 bzw. 37, die in einem Isolierrohr 38, hier aus hitzebeständigem Material, befestigt sind. Das runde Elektrodensystem, bestehend aus Isolierrohr 38 und Elektrodenplatten 36 und 37., ist auswechselbar im Abscheiderraum 18 angeordnet und kann nach Abnehmen des Berührungsschutzdeckels 72 aus diesem herausgenommen werden. In dem runden Elektrodensystem sind, ähnlich wie in Fig. 7 dargestellt, alle Elektrodenplatten 36 miteinander leitend verbunden, ebenso alle Elektrodenplatten 37, und an je einem Kontakt 73 bzw. 74 angeschlossen. Beim Einsetzen des Elektrodensystems in das Abscheidergehäuse 18 drücken die Kontakte 73 und 74 auf entsprechende Gegenkontakte, die untereinander und vom Gehäuse durch hitzebeständiges Material isoliert sind und zum Anschluß an eine Gleichspannungsquelle, hier als Batterie 32 angedeutet, dienen. Durch zwei starke federnde Halterungen 75 wird das auswechselbare Elektrodensystem im Abscheidergehäuse 18 unverrückbar und stoßsicher festgehalten. Das Gas strömt ohne merkbaren Widerstand durch das Elektrodensystem des Abscheiders, dessen elektrisches Feld die geladenen festen und flüssigen Partikeln aus dem Gasstrom in Richtung auf die Elektrodenplatten

ablenkt, wo dieselben niedergeschlagen werden und haftenbleiben. Das derart gereinigte Gas tritt nach dem Verlassen des Abscheiders über das Auspuffrohr 20 ins Freie.

Der Ionisator in dem vorstehend beschriebenen Abgasfilter nach Fig. 16 kann auch in anderer Weise ausgeführt sein, beispielsweise durch Einbau des radioaktiven Belages 25 auf der Innenwandung des Rohrstutzens 70. Auch eine Ionisatorbauart entsprechend der Fig. 3 kann verwendet werden, wozu die in Fig. 16 mit 69 bezeichnete Lochblende einen Längsschlitz erhält und an Stelle des runden Stutzens 70 ein rechteckiger Schacht vorgesehen wird, der an seinen Schmalseiten je einen Belag aus radioaktiven, gasdicht gekapselten Substanzen (in Fig. 3 mit 29 bzw. ig 30 bezeichnet) aufweist. Sowohl bei den rohrförmig wie auch bei den schachtförmig ausgestalteten Ionisatoren muß gewährleistet sein, daß kein vom Gas durchströmter Raumteil gänzlich frei von radioaktiver Bestrahlung ist. Schließlich kann auch hier beim Ioni- ao sator für Abgase dem radioaktiv bestrahlten Querschnitt ein elektrisches Feld überlagert werden wie in den beispielsweisen Ausführungen gemäß Fig. 4 und 5.

Als Elektrodensystem im elektrostatischen Abscheider eines Abgasfilters können alle Bauformen verwendet werden, die in den Fig. 6 bis 15 in beispielsweiser Ausführung dargestellt sind. Jedoch müssen hierbei sämtliche Teile aus hitzebeständigem Material bestehen und bei der Konstruktion die bei höheren Abgastemperaturen eintretenden Ausdehnungen der Bauteile berücksichtigt werden.

Für den Betrieb der Zuluft- und Abgasfilter in der Filterapparatur nach Fig. 1 ist ein Stromversorgungsgerät 11 erforderlich, das hohe Gleichspannungen von einigen tausend Volt, aber nur sehr kleine Ströme von etwa 10 bis lOO Mikroampere liefern muß.

Eine beispielsweise Ausführung eines derartigen Stromversorgungsgerätes für eine sechszylindrige Verbrennungskraftmaschine mit sogenannter Batteriezündungsanlage zeigt schematisch die Fig. 18. Eine Batteriezündanlage besteht üblicherweise aus dem sogenannten Zündverteiler 76, dessen Achse 77 von der Motorwelle mit einer Drehzahluntersetzung 2 : 1 (bei Viertaktmaschinen) angetrieben wird und eine Unterbrecherscheibe 78 sowie einen Verteilerarm 79 trägt. Die Unterbrecherscheibe besitzt sechs Nocken, deren jede pro Achsumdrehung einmal den Kontakt 80 öffnet, und zwar genau zu dem Zeitpunkt, an welchem der Verteilerarm 79 auf einem der sechs Schleifkontakte 81 steht. Der Kontakt 80 öffnet den aus Zündbatterie 82 und Primärspule 83 bestehenden Stromkreis kurzzeitig, wodurch in der Sekundärspule 84 als Folge der primären Stromunterbrechung jeweils ein Spannungsstoß induziert wird, der wegen der großen Windungszahl der Sekundärspule 84 einige tausend Volt beträgt. Diese Zündspannungsimpulse werden vom Verteilerarm 79 über die Schleifkontakte 81 den einzelnen Zündkerzen der sechs Zylinder zugeführt. Die an der Primärspule 83 liegende zerhackte Spannung der Batterie 82 wird im Stromversorgungsgerät 11 zur Erzeugung der Betriebsspannung für die Filterapparatur mit ausgenützt. Hierzu enthält das Stromversorgungsgerät 11 einen Hochspannungstransformator, dessen Primärspule 85 parallel zur Primärspule 83 liegt und dessen Sekundärspule 86 über einen Gleichrichter 87 den Ladekondensator 88 auflädt. Die am Kondensator 88 sich bildende Gleichspannung wird über den Schutzwiderstand 89 und die beiden Klemmen 90 dem Zuluft- und Abgasfilter zugeführt. Der geringe Stromverbrauch bei den Filtern bewirkt nur eine sehr geringe Entladung des Kondensators 88 in den Pausen zwischen zwei Spannungsstößen, so daß auch bei stark wechselnder Unterbrecherfrequenz die Gleichspannung am Kondensator 88 nur wenig schwankt.

An Stelle des besonderen, aus den Spulen 85 und 86 bestehenden Hochspannungstransformators kann auch die Sekundärspule 84 verwendet werden und der Gleichrichter 87 an der zum Verteilerarm 79 führenden Leitung angeschlossen werden, wobei dann der Kondensator 88 einpolig an Masse liegt. Diese Schaltung empfiehlt sich aber nur, wenn die erforderliche Betriebsgleichspannung für die Filter der Zündspannung ungefähr entspricht.

Die beschriebene Methode der Stromversorgung einer Filterapparatur für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Benzinmotoren, aus dem primären Zündstromkreis hat den Vorteil, daß bei Stillstand des Motors keine Spannung an den Abscheidern bzw. Ionisatoren liegt und die Inbetriebnahme der Filterapparatur automatisch beim Anlassen der Maschine erfolgt. Bei einer genügend kleinen Ladezeitkonstante des Blockkondensators 88 in Fig. 18 ist gewährleistet, daß bereits nach den ersten Unterbrechungen des Kontaktes 80 die volle Filterbetriebsspannung vorhanden ist, also die beim Anlaßvorgang meist besonders starken Rauchbeimengungen zu den Abgasen bereits im Filter abgeschieden werden.

Die Betriebsspannungen für die Filterapparatur können aber auch in einem von der Zündanlage unabhängigen Stromversorgungsgerät erzeugt werden, was beispielsweise bei Dieselmotoren erforderlich ist. Hierfür können entweder aus einer Batterie gespeiste Zerhackergeräte, sogenannte Wechselrichter, oder auch elektronische Apparaturen bekannter Bauart benützt werden, die angesichts der sehr niedrigen Stromentnahme ohne großen technischen Aufwand realisierbar sind. Der geringe Stromverbrauch ermöglicht auch die Verwendung langlebiger Hochspannungs-Trockenbatterien, wie sie etwa bei transportablen Funkgeräten üblich sind.

Das Merkmal der Erfindung, daß der Gasführungskanal sich zwischen einer vor dem Ionisator liegenden Stelle und dem Abscheideelektrodensystem von einem kleineren auf einen erheblich größeren Querschnitt erweitert, bedeutet nicht, daß der Ionisator unbedingt innerhalb der Erweiterung liegen müsse. Das Merkmal bedeutet nur, daß der erweiterte Raum zwischen einer Stelle vor dem Ionisator und dem Abscheider liegt. Es braucht sich also die Erweiterung nicht über diese ganze Länge zu erstrecken. Nach Fig. 2 liegt der Ionisator im Bereich des engsten Kanalquerschnittes, und die Kanalerweiterung zwischen dem Ionisator und dem Abscheider erfolgt stetig. Gemäß Fig. 16 liegt der Ionisator innerhalb des erweiterten Kanalteiles. Die Erweiterung erfolgt vor dem Ionisator stetig.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrostatische Filterapparatur zur Abscheidung von festen und flüssigen Partikeln aus der Ansaugluft und aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Abscheideelektrodensystems ein an sich bekannter radioaktiver Ionisator vorgesehen ist und daß der Gasführungskanal sich zwischen einer vor dem Ionisator liegenden Stelle und dem Abscheideelektrodensystem von einem kleineren auf einen erheblich größeren Querschnitt erweitert, ■... 909 7&7/111

um sich nach dem Elektrodensystem wieder zu verengen.

2. Elektrostatische Filterapparatur nach Ausspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem in Radialrichtung radioaktiv bestrahlten Strömungsquerschnitt ein radiales elektrisches Feld überlagert ist.

3. Elektrostatische Filterapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radioaktive Ionisator im Bereich des engsten Querschnittes des Gasführungskanals liegt und die

Kanalerweiterung zwischen Ionisator und Abscheider stetig erfolgt.

4, Elektrostatische Filterapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radioaktive Ionisator im erweiterten Raum des Gasführungskanals liegt und die Erweiterung vor dem Ionisator stetig erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 640046;
USA.-Patentschrift Nr. 2 381 455.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 787/ttt 4.