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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für ein Luft-
oder Gasreinigungsgerät, das
eine Einlassöffnung,
durch die ein von einer Gebläseeinrichtung
erzeugter Luft- oder Gasstrom in ein Gehäuse des Luftreinigungsgeräts eintretbar
ist, sowie eine Auslassöffnung,
durch die der Luft- oder Gasstrom aus dem Gehäuse austretbar ist, aufweist, sowie
ein eine derartige Filtereinrichtung aufweisendes Luft- oder Gasreinigungsgerät.
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Derartige
Filtereinrichtungen sowie Luft- oder Gasreinigungsgeräte sind
bekannt und werden beispielsweise dazu verwendet, Luft oder Gas
von unerwünschten
Fremdstoffen, wie beispielsweise Staub, Geruchsstoffen oder Tabakrauch
zu befreien. Hierzu verfügen
die bekannten Luftreinigungsgeräte über eine
Gebläseeinrichtung,
durch die Umgebungsluft angesaugt und der derart erzeugte Luftstrom
durch die Einlassöffnung
in das Gehäuse
des Luftreinigungsgeräts
gesaugt, dort gefiltert wird und über die Auslassöffnung aus
dem Gehäuse
austritt. Zur Reinigung der die Luftreinigungsgeräte durchströmenden Luft
werden unterschiedliche Filtersysteme verwendet, die beispielsweise
einen elektrostatischen Abscheidet mit einschließen, der durch Anlegen einer
elektrischen Spannung geladene Teilchen im Luftstrom dadurch herausfiltert,
dass sie am Abscheider abgelagert werden.
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Dies
hat jedoch in nachteiliger Weise zur Folge, dass der elektrostatische
Abscheider häufig
gesäubert
werden muss, wozu es in der Regel erforderlich ist, diesen aus dem
Luftreinigungsgerät
zu entnehmen, aufwendig zu reinigen und anschließend wieder in das Luftreinigungsgerät einzubauen.
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Ebenfalls
zum Einsatz kommen kompakte Filtereinrichtungen mit meist mehreren
fest miteinander verbundenen tagen von Filtermaterial, die jedoch den
Nachteil aufweisen, dass bei Erreichen des Endes ihrer Standzeit
unabhängig
vom Verschmutzungsgrad der einzelnen Filtermaterialien die komplette
Filtereinrichtung ausgetauscht werden muss. Außerdem ist keine ausreichende
Flexibilität
hinsichtlich der verwendeten Filtermaterialien sowie deren Kombination
gegeben, so dass derartige Filtereinrichtungen nur bedingt auf den
jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt werden können.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Filtereinrichtung
sowie ein Luft- oder Gasreinigungsgerät der eingangs genannten Art
derart weiterzubilden, dass die erfindungsgemäße Filtereinrichtung bzw. des
Luft- oder Gasreinigungsgeräts besser
an den jeweiligen Einsatzzweck anpassbar ist.
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Diese
Aufgabe wird von der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass
die Filtereinrichtung mehrere in Strömungsrichtung des Luft- oder
Gasstroms seriell angeordnete, separate Filterelemente zur Reinigung
des Luft- oder Gasstroms aufweist.
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Für das Luft-
oder Gasreinigungsgerät
ist dabei vorgesehen, dass es mindestens eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung
aufweist.
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Durch
die erfindungsgemäße Maßnahme mehrerer
seriell angeordneter, separater und in Strömungsrichtung des Luft- oder
Gasstroms vorzugsweise voneinander beabstandet angeordneter Filterelemente
ist es nunmehr möglich,
durch eine geeignete Auswahl der einzelnen Filterelemente die Filtereinrichtung
spezifisch auf den jeweiligen Einsatzzweck anzupassen, wodurch in
vorteilhafter Art und Weise eine verbesserte Filterungsleistung
erreicht wird. Durch das Vorsehen separater Einzelfilterelemente
ist es also in vorteilhafter Weise möglich, unterschiedliche Filterkombinationen
zu wählen
und somit das Luft- oder Gasreinigungsgerät an unterschiedliche Arten
von Verunreinigungen und an unterschiedliche Einsatzbedingungen
anzupassen. Die in Strömungsrichtung
des zu filternden Luft- oder Gasstroms beabstandete Anordnung der
einzelnen Filterelemente besitzt hierbei den Vorteil, dass die einzelnen
Filterelemente im wesentlichen unabhängig voneinander angeordnet
sind, so dass unterschiedliche Filterelemente (fast) beliebig kombinierbar
sind
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestes
ein Filterelement der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung in dieser
austauschbar aufgenommen ist. Eine derartige Maßnahme bewirkt in vorteilhafter
Art und Weise, dass nun nicht mehr die gesamte Filtereinrichtung
ausgetauscht werden muss, sondern auch einzelne Filterelemente ausgetauscht
werden können.
Dies verringert die Wartungskosten beträchtlich. Denn:
Da die
seriell angeordneten Filterelemente unterschiedlich stark verschmutzen,
können
zum Beispiel in Strömungsrichtung
vorgelagerte Filterelemente, die einen Großteil der Verunreinigungen
aufnehmen und daher rasch verschmutzen, häufiger ausgetauscht werden,
als beispielsweise nachgeordnete Filterelemente, die lediglich Restverunreinigungen aus
dem Luft- oder Gasstrom entfernen. Somit ist es in vorteilhafter
Art und Weise möglich,
nur diejenigen Filterelemente der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung auszutauschen,
die das Ende ihrer Standzeit im Luft- oder Gasreinigungsgerät erreicht
haben und dabei weniger verbrauchte Filterelemente im Gerät zu belassen,
so dass deren Verweildauer im Luft- oder Gas reinigungsgerät erhöht und damit
deren Austauschintervall verlängert
wird. Ein unnötiger
Austausch voll funktionsfähiger
Filtereinrichtungen entfällt
somit, wodurch der Wartungsaufwand reduziert und Wartungskosten
vermindert werden. Prinzipiell ist in diesem Zusammenhang jedoch
sowohl ein mit geringerem Aufwand verbundener Ersatz durch neue
Filterelemente als auch ein abfallvermeidendes Reinigen der verschmutzten
Filterelemente und deren anschließende Wiederverwendung denkbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Filtereinrichtung mindestens ein Partikelfilterelement und/oder
mindestens ein Gasfilterelement aufweist. Hierdurch ist es möglich, sowohl
Feststoffpartikel und/oder gasförmige
Stoffe wie beispielsweise unerwünschte
Geruchsstoffe zu dem die Filtereinrichtung durchsetzenden Luft-
oder Gasstrom herauszufiltern.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
mindestens eines der Filterelemente, vorzugsweise mindestens eines
der Partikelfilterelemente, ein Gewebe aufweist, das vorzugsweise
eine Maschenweite bis zu 1 μm
besitzt und vorzugsweise an der in Strömungsrichtung des Luft- oder
Gasstroms weisenden Oberfläche
des Filterelements angeordnet ist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird
die Reinigungsleistung erhöht und
zudem die Möglichkeit
geschaffen, anstelle eines gesamten Filterelements lediglich das
Gewebe auszutauschen.
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Durch
eine bezüglich
der Strömungsrichtung der
Luft oder des Gases der Gebläseeinrichtung nachgelagerte
Anordnung des oder der Gasfilterelemente auf der Druckseite der
Gebläserichtung
oder bei einer der Gebläseeinrichtung
vorgelagerten Anordnung auf deren Saugseite wird vor den Filterflächen der
Filterelemente jeweils ein Druck erzeugt, so dass der druckbeaufschlagte
Luft- oder Gasstrom diese in vorteilhafter Weise gleichmäßig beaufschlagt und
somit eine gleichmäßige Durchsetzung
der Filterflächen
durch den Luft- oder Gasstrom gegeben ist.
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Hierdurch
werden die Filterflächen
optimal ausgenutzt und die Standzeiten der Filterelemente erhöht.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
mindestens eines der Filterelemente der Filtereinrichtung eine im
wesentlichen konische oder kegelförmige Form aufweist. Wird ein derart
ausgebildetes Filterelement mit seiner Längsachse in Strömungsrichtung
ausgerichtet angeordnet, ergeben sich schräg zur Strömungsrichtung der Luft oder
des Gases stehende Filteroberflächen,
so dass im Gegensatz zu einer senkrecht zur Strömung liegenden Filterfläche deren
wirksame Oberfläche vergrößert und
weiterhin der Laufweg der Luft- oder Gasströmung durch
das Filtermaterial im Vergleich zu einem senkrechten Durchtritt
verlängert
und damit die Effizienz der Reinigung erhöht wird.
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Vorzugsweise
ist dabei das mindestens eine Partikelfilterelement bezüglich der
Strömungsrichtung
der Luft oder des Gases im montierten Zustand einer Gebläseeinrichtung
eines die erfindungsgemäße Filtereinrichtung
verwendeten Luft- oder
Gasreinigungsgeräts
vorgelagert und das mindestens eine Gasfilterelement bezüglich dieser
Strömungseinrichtung
der Gebläseeinrichtung
nachgelagert. Durch der Gebläseeinrichtung
vorgelagerte Partikelfilter ist es in vorteilhafter Art und Weise
möglich,
im Luft- oder Gasstrom befindliche Feststoffpartikel vor Erreichen der
Gebläseeinrichtung
weitgehend aus der Luft oder dem Gas zu entfernen und somit die
Gebläseeinrichtung
vor Verschmutzung zu bewahren. Hierdurch wird die Gebläseeinrichtung
vor Beschädigung
bzw. Zerstörung
geschützt
und somit ihre Lebensdauer wesentlich erhöht.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, das nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben wird.
Hierbei zeigt:
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1:
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Luftreinigungsgeräts
mit einer Filtereinrichtung.
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1 zeigt
ein allgemein mit Bezugsziffer 1 bezeichnetes Ausführungsbeispiel
eines Luft- oder Gasreinigungsgeräts. Der einfacheren Beschreibung halber
wird im folgenden verkürzend
aber nun von einem „Luftreinigungsgerät" gesprochen. Das
Luftreinigungsgerät 1 weist
ein in diesem Ausführungsbeispiel
weitgehend zylinderförmiges,
säulenartig
ausgebildetes Gehäuse 2 mit
einer Einlassöffnung 3 auf, durch
die ein von einer Gebläseeinrichtung 4,
die hier als Ventilator 4' ausgebildet
ist, erzeugter Luftstrom in das Gehäuse 2 eintritt, dort
von einer Filtereinrichtung 5 gereinigt wird und das Gehäuse 2 durch
eine Auslassöffnung 6 wieder
verlässt.
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Die
Filtereinrichtung 5 setzt sich aus einer ersten Filtereinheit 5a und
einer zweiten Filtereinheit 5b zusammen, wobei jede Filtereinheit 5a, 5b mehrere
seriell und in Strömungsrichtung
des Luftstroms beabstandet angeordnete und nachfolgend detaillierter
geschilderte Filterelemente 7, 8, 9 und 12, 13, 14 aufweist.
Dadurch ist die Filtereinrichtung 5 durch eine geeignete
Auswahl ihrer einzelnen Filterelemente 7, 8, 9 und 12, 13, 14 an
die jeweiligen Arten der Verunreinigungen der Luft und die gegebenen
Einsatzbedingungen anpassbar. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass
mindestens ein Filterelement 7, 8, 9 und 12, 13, 14 auswechselbar
in der Filtereinrichtung 5 angeordnet ist, wodurch in vorteilhafter
Art und Weise ein Auswechseln von lediglich einzelnen Filterelementen 7, 8, 9 und 12, 13, 14 anstelle
einer gesamten Filtereinrichtung möglich ist.
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Der
vom Ventilator 4' der
Gebläseeinrichtung 4 erzeugte
Luftstrom L durchläuft
zu seiner Reinigung nach Passieren der Einlassöffnung 3 zunächst ein
erstes Partikelfilterelement 7, weiches hier als ein halbkugelförmiges Drahtgeflecht
ausgebildet ist und dazu dient, das Luftreinigungsgerät 1 vor
groben Festkörpern
zu schützen.
Durch ein zweites Partikelfilterelement 8, das dazu dient
Grobstäube
zu filtern, sowie ein drittes Partikelfilterelement 9,
das dafür ausgelegt
ist, Feinstäube
zu filtern, die das zweite Partikelfilterelement 8 passiert
haben, wird der zu reinigende Luftstrom L dann nahezu von sämtlichen festen
Partikelbestandteilen befreit. Hierbei ist vorgesehen, dass das
zweite Partikelfilterelement 8 an seiner der Luftströmung L entgegengerichteten
Oberfläche
ein Gewebe 10 aufweist, das in diesem Ausführungsbeispiel
als Polyamidgewebe wie beispielsweise Nylon (PA6.6) oder Perlon
(PA6) mit einer bevorzugten Maschenweite von bis zu 1 μm ausgebildet ist.
Zahlreiche weitere Materialien wie Polyester beispielsweise in Form
von Polyethylenterephthalat (PET) sowie Polypropylen (PP), Flourkunststoffe
wie beispielsweise Polytetraflourethylen (PTFE), Polyetherketone
wie Polyetheretherketon (PEEK) oder Metallgewebe sind jedoch ebenfalls
möglich.
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Sowohl
das zweite Partikelfilterelement 8 als auch das dritte
Partikelfilterelement 9 sind im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet.
Die beiden Partikelfilterelemente 8 und 9 sind
im Gehäuse 2 des Luftreinigungsgeräts 1 – wie aus 1 ersichtlich – gegensinnig
orientiert angeordnet, so dass sich ihre verjüngenden Enden 8c, 9c benachbart
gegenüberliegen
und weisen zum Durchtritt des Luftstroms L jeweils eine Öffnung 8a bzw. 9a in
ihrer Grundfläche auf.
An den Mantelflächen
sind jeweils schräg
zur Strömungsrichtung
des Luftstroms L stehende Filterbereiche 8b bzw. 9b ausgebildet
sind, so dass die wirksamen Oberflächen der Filterbereiche 8b und 9b im
Vergleich zu einer senkrecht zur Strömungsrichtung stehenden Fläche vergrößert sind.
An ihrem jeweiligen sich verjüngenden
Ende 8c, 9c weisen die Partikelfilterelemente 8 und 9 jeweils
eine geschlossene Deckfläche 8c' und 9c' auf, an denen
diese hier gegensinnig angeordneten Filterelemente 8, 9 aneinander
stoßen
und zur Erhöhung
ihrer Stabilität
vorzugsweise aneinander befestigt sind. Der Luftstrom L wird durch
die geschlossene Deckfläche 8c' umgelenkt und
tritt daher durch den Filterbereich 8b aus dem zweiten
Partikelfilterelement 8 aus und durch den Filterbereich 9b in
das dritte Partikelfilterelement 9 ein, wobei sich infolge
eines nicht-senkrechten Durchtritts des Luftstroms L durch das Filtermaterial der
Filterbereiche 8b und 9b der Weg des Luftstroms L durch
dieses Filtermaterial verlängert,
so dass eine erhöhte
Reinigungswirkung gegeben ist.
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Diese
gegensinnige Anordnung der Partikelfilterelemente 8, 9 ist
selbstverständlich
nicht zwingend notwendig. Es ist auch eine gleichsinnige Anordnung
der Partikelfilterelemente 8, 9 möglich, wie sie
zum Beispiel bei den unten beschriebenen Gasfilterelementen 12–14 der
zweiten Filtereinheit 5b verwirklicht ist. Ebenso wie generell
anstelle von konischen Filterelementen auch andere Ausbildungsformen
gewählt
werden können.
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Zum
Austausch der Partikelfilterelemente 7, 8 und 9 werden
diese nach Entfernen eines am oberen Ende des Gehäuses 2 angeordneten
Deckels 11 aus dem Gehäuse 2 entnommen
und durch neue Filterelemente ersetzt, wobei es möglich ist,
jedes dieser Filterelemente einzeln bzw. im Hinblick auf das zweite
Partikelfilterelement 8 und/oder das dritte Partikelfilterelement 9 auch
nur dessen an der Oberfläche
des Filterbereiches 8b bzw. 9b angeordnetes Gewebe 10 auszutauschen.
Da es somit nicht mehr nötig
ist, komplette Filtereinrichtungen auszutauschen, sondern lediglich
einzelne Filterelemente bzw. Bestandteile davon, werden die Standzeiten
der verbleibenden Filterelemente wesentlich erhöht und dadurch Wartungsaufwand
und Kosten vermindert.
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In
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind die Partikelfilterelemente 7, 8, 9 der
ersten Filtereinheit 5a bezüglich der Strömungsrichtung
des Luftstroms L dem Ventilator 4' und somit der Gebläseeinheit 4 vorgelagert.
Dies schützt
die Gebläseeinrichtung 4 und
insbesondere den Ventilator 4' vor Verschmutzung und dadurch
vor Beschädigung
bzw. Zerstörung
durch in der Luft befindliche Partikel, so dass seine Lebensdauer
entscheidend erhöht
wird.
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Der
den Luftstrom L erzeugende Ventilator 4' ist dabei als ein Radialventilator
ausgebildet und infolge seines seitlichen Luftaustrittes an einem
verbreiterten Gehäusebereich 2a des
Gehäuses 2 angeordnet.
Dieser Ventilatortyp sowie der ver breiterte Gehäusebereich 2a sind
selbstverständlich
nicht zwingend erforderlich. Ebenso kann ein Axialventilator verwendet
werden.
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Drei
Gasfilterelemente 12, 13 und 14 der zweiten
Filtereinheit 5b der Filtereinrichtung 5 sind wiederum
hintereinander und in Strömungsrichtung des
Luftstroms L beabstandet angeordnet. Sie weisen vorzugsweise ebenfalls
die für
das zweite Partikelfilterelement 8 und das dritte Partikelfilterelement 9 beschriebene
kegelstumpfförmige
Form auf und besitzen Öffnungen 12a–14a in
ihren Grundflächen, durch
Mantelflächen
gebildete Filterbereiche 12b bis 14b und geschlossene
Deckflächen 12c' bis 14c' an ihren sich
verjüngenden
Enden 12c bis 14c. Die durch die vorgenannten
Filterelemente 12–14 gebildete
zweite Filtereinheit 5b ist in diesem Ausführungsbeispiel
dem Ventilator 4' bezüglich der
Strömungsrichtung
des Luftstroms L nachgelagert. Diese Anordnung auf der Druckseite
des Ventilators 4 sorgt für den Aufbau eines Luftdrucks
vor deren Filterbereichen 12b, 13b und 14b,
die dadurch gleichmäßig beaufschlagt
und gleichmäßig durch
den Luftstrom durchsetzt werden. Es ist aber ebenfalls möglich, die Gasfilterelemente 12–14 saugseitig,
also vor der Gebläseeinrichtung 4 anzuordnen.
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Der
an der Gebläseeinrichtung 4 austretende
Luftstrom L tritt durch den Filterbereich 12b in das Innere 12' des ersten
Gasfilterelements 12 ein, wird durch die geschlossene Deckfläche 13c' des zweiten Gasfüterelements 13 abgelenkt,
strömt
durch den Filterbereich 13b des zweiten Gasfilterelements 13 und tritt
durch diesen in den Innenraum 13' des zweiten Gasfilterelements 13 ein.
In entsprechender Art und Weise gelangt der Luftstrom L – nachdem
er von der geschlossenen Deckfläche 14c' des dritten
Gasfilterelements 14 abgelenkt wurde – durch den Filterbereich 14b in
das Innere 14' des
dritten Gasfilterelements 14 ein und verlässt dann
die zweite Filtereinrichtung 5b des Luftreinigungsgeräts 1 durch
die Öffnung 14a.
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Dem
Fachmann ist aus der obigen Beschreibung klar ersichtlich, dass
der hier dargestellte Fall von drei kaskadenartig hintereinander
angeordneten Gasfilter elementen 12–14 nicht zwingend
erforderlich ist. Für
gewisse Einsatzzwecke kann es durchaus ausreichend sein, nur ein
oder zwei Gasfilterelemente 12, 13 einzusetzen,
wobei es ebenfalls denkbar ist, dass mehr als drei Gasfilterelemente 12–14 die
kaskadenartig ausgebildete zweite Filtereinheit 5b des
Luftreinigungsgeräts 1 ausbilden.
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Die
vorstehend beschriebene, gleichsinnige Anordnung der Gasfilterelemente 12–14 besitzt
den Vorteil, dass hierdurch eine geringe Bauhöhe der zweiten Filtereinheit 5b erzielbar
ist, da – wie
in 1 dargestellt – die einzelnen Gasfilterelemente 12–14 ineinander
geschachtelt angeordnet werden können. Es
ist aber auch möglich,
dass die Gasfilterelemente 12–14 – wie die
Partikelfilter 8, 9 der ersten Filtereinheit 5a – gegensinnig
orientiert angeordnet sind, so dass sich dann bei der zweiten Filtereinheit 5b ebenfalls
eine der ersten Filtereinheit 5a entsprechende Führung des
Luftstroms L ergibt.
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Die
Gasfilterelemente 12 bis 14 dienen dazu, in der
Luft befindliche gasförmige
Stoffe wie beispielsweise unerwünschte
Geruchsstoffe oder andere Gase herauszufiltern. Hierfür ist es
möglich,
sie jeweils speziell an die Einsatzbedingungen anzupassen, indem
sie je nach Bedarf beispielsweise als Aktivkohiefilterelemente,
als ein Montanwachs aufweisende Filterelemente oder als Kaliumpermanganat oder
Formaldehyd aufweisende Filterelemente ausgebildet sein können, wobei
sowohl eine gleichartige Ausbildung als auch eine Kombination der
vorgenannten Filtereigenschaften bei der Ausbildung der Gasfilter 12 bis 14 möglich ist.
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Ein
Beispiel eines für
die Filtereinrichtung und das beschriebene Luft- oder Gasreinigungsgerät geeigneten
Gasfilterelements ist ein in der
DE
200 15 369 der Anmelderin offenbarter Filter, der als filteraktives
Element ein Montanwachs enthält
und der durch diese Bezugnahme in die Offenbarung der vorliegenden
Erfindung einbezogen ist.
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Die
Gasfilterelemente 12, 13 und 14 sind
vorzugsweise an einem hier nicht dargestellten zentralen Befestigungselement
angebracht und können nach
Entfernen eines am unteren Ende des Gehäuses 2 angeordneten
Deckels 15 nach unten aus dem Gehäuse 2 entnommen und
bei Bedarf ausgetauscht werden. Durch das Vorsehen jeweils austauschbarer Filterelemente 12–14 ist
es hierbei wiederum möglich,
beispielsweise nur das infolge seiner dem Luftstrom L zugewandten,
exponierten Lage starker Belastung ausgesetzte erste Gasfilterelement 12 auszutauschen
und beispielsweise das weniger verschmutzende zweite Gasfilterelement 13 und
das dritte Gasfilterelement 14 weiter im Luftreinigungsgerät 1 zu
belassen.
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Um
die Reinigungsleistung des Luftreinigungsgeräts 1 zu erhöhen, ist
in diesem Ausführungsbeispiel
vorgesehen, Umfangsberührflächen 16a bis 16e zwischen
den Filterelementen 8, 9, 12–14 und
dem Gehäuse 2 mit
hier nicht dargestellten Dichtungseinrichtungen zu versehen und
so ein Vorbeiströmen
des Luftstroms an den Filterelementen 8, 9, 12–14 zu
verhindern. Hierfür
können
beispielsweise Gummidichtelemente verwendet werden, die eine sichere
Abdichtwirkung zwischen diesen Filterelementen 8, 9, 12–14 und
dem Gehäuse 2 sicherstellen
und dennoch eine einfache Entnahme der Filterelemente aus dem Gehäuse 2 ermöglichen.