DE19752669A1 - Filtereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung.

Derartige Filtereinrichtungen dienen zur Reinigung des ange­ saugten bzw. des einströmenden gasförmigen Kühlmediums. Bei dem gasförmigen Kühlmedium handelt es sich im allgemeinen um Kühlluft, die zur Kühlung von elektrischen-Geräten, wie z. B. Fahrmotoren von Schienenfahrzeugen, dient. Die Reinigung des gasförmigen Kühlmediums erfolgt durch wenigstens einen An­ saugfilter. Bei mehrstufigen Filtereinrichtungen ist z. B. der Ansaugfilter der ersten Filterstufe als Grobstaubfilter und der Ansaugfilter der zweiten Filterstufe als Feinstaub­ filter ausgebildet. Grobstaubfilter sind beispielsweise aus dem DE-GM 90 03 812 und aus der DD-PS 214 297 bekannt. Der Einsatz derartiger Grobstaubfilter in Schienenfahrzeugen ist z. B. in dem Aufsatz "Neuartige mechanische Abscheidegitter für die Kühlluft-Ansaugung" in ZEV-DET Glas. Ann. 115 (1991) Nr. 11/12, Seiten 333 bis 338, beschrieben.

Bei extremen Witterungsverhältnissen im Winter bzw. beim Ein­ satz in Kältegebieten kann es zur Vereisung bzw. zum Ver­ schluß des Grobstaubfilters infolge Schneefall oder Eisregen kommen. Dies kann sowohl bei Filtereinrichtungen im Unter­ flurbereich (Triebwagen), bei Filteranlagen im Dachbereich (Lokomotiven, Straßenbahnen) und in der -Seitenwand (Reisezug­ wagen) eintreten. Eine Vereisung bzw. ein Verschluß führt da­ zu, daß durch das Grobstaubfilter keine Kühlluft mehr durch­ strömen kann.

Bei mechanischen Abscheidegittern für die Kühlluft-Ansaugung, die als Grobstaubfilter dienen und die z. B. als FSA-Gitter (Fliehkraft-Sedimentations-Abscheide-Gitter) oder als Mehr­ fachdüsen-Lüftungsgitter ausgebildet sind, ist es deshalb be­ kannt, daß eine elektrische Beheizung im Einströmprofil vor­ gesehen werden kann. Durch das damit mögliche Vorheizen der Abscheidegitter können negative Einflüsse durch Kälte vermie­ den werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filterein­ richtung zu schaffen, welche als in sich geschlossenes, unab­ hängiges System, Ausfälle von Ansaugfiltern infolge von star­ ken Schneefällen bzw. Vereisungen verhindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im An­ spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung umfaßt wenigstens ein Ansaugfilter, das von einem gasförmigen- Kühlmedium durch­ strömbar ist, wenigstens eine Heizvorrichtung, durch die we­ nigstens ein Ansaugfilter zumindest teilweise beheizbar ist, und wenigstens einen Strömungswächter, durch den die Strömung des gasförmigen Kühlmediums erfaßbar ist, sowie wenigstens eine Schalteinrichtung, durch die die Heizvorrichtung bei fehlender Strömung zuschaltbar und bei wiedereintretender Strömung abschaltbar ist.

Wird die Strömungsbewegung des gasförmigen Kühlmediums in der Filtereinrichtung durch einen Lüfter erzeugt bzw. verstärkt, dann kann der Lüfter während des Heizvorganges abgeschaltet werden, falls dies aus strömungs- und/oder klimatechnischen Gründen erforderlich sein sollte.

Die Filtereinrichtung nach Anspruch 1 stellt ein in sich ge­ schlossenes, unabhängiges System dar, das Ausfälle von An­ saugfiltern infolge von starken Schneefällen oder infolge von Vereisungen wirkungsvoll und zuverlässig verhindert.

Falls eine Information über die Außentemperatur erforderlich sein sollte oder gewünscht werden sollte, dann kann diese entweder durch einen externen Temperatursensor oder durch ei­ nen in der Filtereinrichtung integrierten Temperatursensor zur Verfügung gestellt werden. Durch die Berücksichtigung der Außentemperatur wird sichergestellt, daß nur dann die Heiz­ vorrichtung eingeschaltet wird, wenn der Strömungsausfall aufgrund extremer, temperaturbedingter Witterungsverhältnisse verursacht ist.

Es versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, daß die erfindungsgemäße Filtereinrichtung ein oder mehrere Grob­ staubfilter und/oder ein oder mehrere Feinstaubfilter als An­ saugfilter aufweisen kann. Filtereinrichtungen, die wenig­ stens ein Grobstaubfilter aufweisen, sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben. Die erfindungsgemäß vorgesehene Heizvor­ richtung umfaßt bei den Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 wenigstens ein Heizelement, das zumindest teilweise innerhalb wenigstens eines Einströmprofils angeordnet ist (Anspruch 4). Das Heizelement ist hierbei vorzugsweise als mehrfach U-förmig gebogener Heizstab mit einem vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt ausgebildet (Anspruch 5).

Gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 6 kann sogar das Ein­ strömprofil selbst als Heizelement ausgebildet sein. In die­ sem Fall sind die entsprechenden sicherheitstechnischen An­ forderungen zu beachten.

In Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung muß nicht jedes Einströmprofil mit einem Heizelement ausgerüstet werden bzw. es muß nicht jedes Einströmprofil als Heizelement ausge­ bildet sein. Es ist vielmehr auch möglich, beispielsweise nur jedes zweite Einströmprofil mit einem Heizelement auszurüsten bzw. als Heizelement auszubilden. Auch eine beliebige Kombi­ nation der in den Ansprüchen 4 bis 6 beschriebenen Maßnahmen ist möglich, um eine vorgebbare Anzahl von Einströmprofilen zu beheizen.

Falls eine besonders hohe Heizleistung erforderlich ist, um z. B. ein Festfrieren des Tauwassers im Inneren des Ansaugfil­ ters zu vermeiden, können auch Heizelemente in den in Strö­ mungsrichtung hinter den Einströmprofilen angeordneten Ab­ scheideprofilen angeordnet werden. Bei einer Integration von Heizelementen in den Abscheideprofilen ist darauf zu achten, daß diese in ihrer Abscheidefunktion nicht beeinträchtigt werden. Eine Filtereinrichtung gemäß Anspruch 7 erfüllt diese Voraussetzung, da hier die Abscheidung von Staub- und Schmutzpartikeln sowie Feuchtigkeitströpfchen nicht beein­ trächtigt wird.

Für Filtereinrichtungen, die wenigstens ein Feinstaubfilter aufweisen, gibt eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 eine vor­ teilhafte Möglichkeit zum Beheizen des Feinstaubfilters an. Die als Heizfäden ausgebildeten Elemente dienen hierbei gleichzeitig als mechanische Versteifung des Feinstaubfil­ ters, das im allgemeinen aus einer Filtermatte aus Fliesmate­ rial besteht und deshalb auch als Mattenfilter bezeichnet wird.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die Gegenstand der weiteren Ansprüche sind, werden im folgenden an Hand von zwei in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen eines Ansaugfilters näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Vorderansicht eines Grobstaubfilters im Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Grobstaubfilter gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Grobstaubfilter gemäß Fig. 1 entlang der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Feinstaubfilter.

In den Fig. 1 bis 3 sind mit 1 mehrere Einströmprofile eines Ansaugfilters bezeichnet, das als Grobstaubfilter (FSA-Git­ ter) ausgebildet ist. Die Einströmprofile sind voneinander beabstandet angeordnet, wobei zwei benachbarte Einströmpro­ file 1 jeweils einen Gitter-Eintrittsspalt 2 für ein gasför­ miges Kühlmedium bilden, das den Ansaugfilter durchströmt (siehe Fig. 1 und 2).

Die Einströmprofile 1 sind als Hohlprofile ausgebildet, deren Querschnitte sich in Strömungsrichtung des gasförmigen Kühl­ mediums verjüngen.

Weiterhin sind mehrere Abscheideprofile 3 und 4, in Strö­ mungsrichtung gesehen, hinter den Einströmprofilen 1 angeord­ net (siehe Fig. 2). Die Abscheideprofile 3 und 4, die bei dem gezeigten FSA-Gitter ebenfalls als Hohlprofile ausgebildet sind, verlaufen parallel zu den Einströmprofilen 1. Die Ab­ scheideprofile 3 und 4 weisen jeweils Eintrittsspalte 5 bzw. 6 auf, die dem einströmenden Kühlmedium zugewandt sind. Bei dem dargestellten Grobstaubfilter sind die Abscheideprofile 3 als Grobabscheideprofile und die Abscheideprofile 4 als Fein­ abscheideprofile ausgebildet. Die Grobabscheideprofile 3 sind, in Strömungsrichtung gesehen, hinter den Einströmprofi­ len 1 angeordnet, wobei die Eintrittsspalte 5 der Grobab­ scheideprofile 3 deckungsgleich zu den Gitter-Eintrittsspal­ ten 2 verlaufen.

Die Feinabscheideprofile 4 sind, in Strömungsrichtung gese­ hen, hinter den Grobabscheideprofilen 3 angeordnet, wobei die Eintrittsspalte 6 dem einströmenden Kühlmedium zugewandt sind und hinter den Einströmprofilen 1 verlaufen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 gelangt das gasförmige Kühlmedium - im allgemeinen Luft, die mit Staub- und Schmutzpartikeln sowie Feuchtigkeitströpfchen behaftet ist - über die Gitter-Eintrittsspalte 2 in das Innere des An­ saugfilters. Die partikelbehaftete Kühlluft wird von den Ein­ trittsspalten 5 der Grobabscheideprofile 3 aufgestaut und scharf umgelenkt. Die Staub- und Schmutzpartikel gelangen in­ folge ihrer Trägheit über die Eintrittsspalte 5 in das Innere des jeweiligen Grobabscheideprofils 3 und bewegen sich auf­ grund der Schwerkraft nach unten. Die Kühlluft wird in einem von den Einströmprofilen 1 und den Grobabscheideprofilen 3 gebildeten Strömungskanal zwangsgeführt. In Strömungsrichtung des gasförmigen Kühlmediums gesehen, erweitert sich der von den Einströmprofilen 1 und den Grobabscheideprofilen 3 gebil­ deten Strömungskanal.

Das gasförmige Kühlmedium gelangt dadurch in den Bereich der Feinabscheideprofile 4 und wird von den Eintrittsspalten 6 der Feinabscheideprofile 4 wiederum aufgestaut und nochmals umgelenkt. Noch vorhandene Staub- und Schmutzpartikel werden dadurch abgeschieden.

Das gasförmige Kühlmedium wird auf diese Weise zuverlässig gefiltert und kann damit bei Schienenfahrzeugen, z. B. für die Kühlung von Fahrmotoren, Traktionsumrichtern oder Hilfsbe­ trieben verwendet werden.

Um die Filtereinrichtung bei einem auftretenden kältebeding­ ten Verschluß (Vereisung bzw. Verschluß des Ansaugfilters in­ folge von Schneefall oder Eisregen) wieder funktionstüchtig zu machen, ist erfindungsgemaß eine Heizvorrichtung vorgese­ hen, die bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ein Heizelement 7 umfaßt, das als mehrfach U- förmig gebogener Heizstab ausgebildet ist.

Durch die mehrfachen U-förmigen Biegungen des Heizstabes 7 erhält man eine Vielzahl parallel verlaufender Stränge 71, die innerhalb der Einströmprofile 1 angeordnet sind (siehe Fig. 1). Mit Ausnahme der beiden äußeren Stränge 71 sind je­ weils zwei parallele Stränge 71 in einem Einströmprofil 1 an­ geordnet. Eine U-förmige Biegung des Heizstabes 7 liegt in­ nerhalb des Einströmprofils 1. Die andere U-förmige Biegung liegt außerhalb des Einströmprofils 1 und bildet die Verbin­ dung eines Stranges 71 im einen Einströmprofil mit einem Strang 71 im benachbarten Einströmprofil 1.

Die beiden äußeren Stränge 71 sind jeweils mit einer elektri­ schen Leitung 8 zur Spannungsversorgung verbunden. Die beiden äußeren Stränge 71 sind in einem innerhalb des Einströmpro­ fils 1 liegenden Bereich 72 gekröpft. Durch den gekröpften Bereich 72 werden die beiden äußeren Stränge 71 in den be­ treffenden Einströmprofilen 1 mechanisch sicher fixiert, wo­ durch Schwingungen und temperaturabhängige Längenänderungen des Heizstabes 7 nicht zu einer verstärkten Geräuschbildung führen.

Als in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellte Alternative zu den gekröpften Bereichen 72 können z. B. auch Federn als Fixiere­ lemente vorgesehen werden. Die Federn stehen bei einem kalten Heizstab 7 unter einer definierten Vorspannung. Bei einer Er­ wärmung des Heizstabes 7 ergeben sich dann entsprechend redu­ zierte Federspannungen bei den Fixierelementen, wodurch die Stränge 71 des Heizstabes 7 jedoch ebenfalls sicher in den Einströmprofilen 1 fixiert werden.

In Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung muß nicht jedes Einströmprofil 1 mit einem Strang 71 des Heizstabes 7 ausgerüstet werden. Es ist vielmehr auch möglich, beispiels­ weise nur jedes zweite Einströmprofil 1 mit einem Strang 71 des Heizstabes 7 bzw. mit einem einzelnen Heizstab auszurü­ sten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es zusätzlich oder al­ ternativ auch möglich, die Einströmprofile 1 selbst als Heiz­ elemente auszubilden. Auch in diesem Fall kann der Ansaugfil­ ter so ausgeführt sein, daß z. B. nur jedes zweite Einström­ profil 1 als Heizelement ausgeführt ist.

Falls eine besonders hohe Heizleistung erforderlich ist, um z. B. ein Festfrieren des Tauwassers im Inneren des Ansaugfil­ ters zu vermeiden, ist es möglich, zusätzlich die Grobab­ scheideprofile 3 als Heizelemente auszubilden. Da im Inneren der Grobabscheideprofile 3 keine Heizelemente vorhanden sind, wird die Abscheidung von Staub- und Schmutzpartikeln sowie von Feuchtigkeitströpfchen nicht beeinträchtigt.

In Fig. 4 ist ein Feinstaubfilter (Mattenfilter) dargestellt. Das Feinstaubfilter besteht aus einer Filtermatte 9 aus Fliesmaterial. Die Filtermatte ist derart ausgeformt, daß sich wellige Stirnflächen 11 und 12 ergeben. Durch die auf diese Weise vergrößerte Anströmfläche für das gasförmige Kühlmedium wird die Filterfläche vergrößert und damit die Standzeit des Feinstaubfilters erhöht. Im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel sind mehrere Heizfäden 10 an der Stirnseite 12 angeordnet, die dem gasförmigen Kühlmedium abgewandt ist. Al­ ternativ oder zusätzlich können auch an der Stirnseite 11, die dem gasförmigen Kühlmedium zugewandt ist, Heizfäden 10 vorgesehen werden. Die Heizfäden 10 können bei allen erläu­ terten Ausgestaltungen sowohl parallel als auch gekreuzt an­ geordnet werden. Gemäß einer weiteren Variante ist es mög­ lich, die Heizfäden 10 alternativ oder zusätzlich im Inneren der Filtermatte 9 anzuordnen. Bei einer Anordnung der Heizfä­ den 10 im Inneren der Filtermatte 9 ist eine beliebige Anord­ nung der Heizfäden realisierbar.

Claims (8)

1. Filtereinrichtung, die folgende Merkmale umfaßt:

• - Wenigstens ein Ansaugfilter, das von einem gasförmigen Kühlmedium durchströmbar ist,
• - wenigstens eine Heizvorrichtung (7), durch die wenigstens ein Ansaugfilter zumindest teilweise beheizbar ist,
• - wenigstens ein Strömungswächter, durch den die Strömung des gasförmigen Kühlmediums erfaßbar ist, und
• - wenigstens eine Schalteinrichtung, durch die die Heizvor­ richtung (7) bei fehlender Strömung zuschaltbar und bei wiedereintretender Strömung abschaltbar ist.

2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, mit folgenden Merkma­ len:

• - Das Ansaugfilter weist mehrere voneinander beabstandete Einströmprofile (1) auf, wobei zwei benachbarte Einström­ profile (1) jeweils einen Gitter-Eintrittsspalt (2) für das gasförmige Medium bilden,
• - mehrere Abscheideprofile (3, 4) sind, in Strömungsrichtung gesehen, hinter den Einströmprofilen (1) angeordnet, wobei die Abscheideprofile (3, 4) parallel zu den Einströmprofi­ len (1) verlaufen,
• - die Abscheideprofile (3,4) weisen Eintrittsspalte (5, 6) auf, die dem einströmenden Kühlmedium zugewandt sind.

3. Filtereinrichtung nach Anspruch 2, mit folgenden Merkma­ len:

• - Die Abscheideprofile (3, 4) sind teilweise als Grobabschei­ deprofile (3) und teilweise als Feinabscheideprofile (4) ausgebildet, wobei
• - die Feinabscheideprofile (4), in Strömungsrichtung gesehen, hinter den Grobabscheideprofilen (3) angeordnet sind.

4. Filtereinrichtung nach Anspruch 2, mit folgendem Merkmal:

• - Die Heizvorrichtung umfaßt wenigstens ein Heizelement (7), das zumindest teilweise innerhalb wenigstens eines Ein­ strömprofils (1) angeordnet ist.

5. Filtereinrichtung nach Anspruch 4, mit folgendem Merkmal:

• - Das Heizelement ist als mehrfach U-förmig gebogener Heiz­ stab (7) mit einem vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt ausgebildet.

6. Filtereinrichtung nach Anspruch 2, mit folgendem Merkmal:

• - Zumindest ein Einströmprofil (1) ist als Heizelement ausge­ bildet.

7. Filtereinrichtung nach Anspruch 2, mit folgendem Merkmal:

• - Zumindest ein Abscheideprofil (3, 4) ist als Heizelement ausgebildet.

8. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, mit folgenden Merkma­ len:

• - Das Ansaugfilter ist als Feinstaubfilter ausgebildet und
• - die Heizvorrichtung umfaßt mehrere Heizfäden (10), die im Inneren des Feinstaubfilters und/oder auf wenigstens einer der beiden Stirnflächen (11, 12) des Feinstaubfilters angeordnet sind.