DE2421358A1 - Luftfilteranordnung - Google Patents

Luftfilteranordnung

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Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNKM 9 421358
FRIEDRICHSHAPEN CiMBh
Friedrichshafen
Luftfilteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftfilteranordnung mit zweistufiger Staubabscheidung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine .
Eine solche Luftfilteranordnung hat den Zweck, den Betrieb einer Brennkraftmaschine in staubreicher Umgebung ohne Minderung der Lebensdauer zu ermöglichen.
Es sind verschiedene zweistufige Luftfilteranordnungen bekannt, die zum Erhalt ihrer Wirksamkeit in bestimmten Zeitabständen vom ausgeschiedenen Staub gereinigt werden müssen. Die durch die Wartungsarbeiten erforderlichen Betriebsunterbrechungen und die durch die Wartungsarbeiten selber verursachten Kosten beeinflussen die Wirtschaftlichkeit einer Brennkraftmaschine nachteilig. Außerdem kann eine Betriebsgefährdung der Brennkraftmaschine entstehen, wenn durch fehlerhaft ausgeführte Wartungsarbeiten die Wirksamkeit der Luftfilteranlage gemindert ist. Ein weiterer wesentlicher Nachteil bekannter Luftfilteranordnungen ist ihr großes Bauvolumen, das oftmals Einbauschwierigkeiten verursacht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine weitgehend wartungsfreie zweistufige Luftfilteranordnung mit geringem Bauraum zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Vorabscheider ein erster Fliehkraft-Staubabscheider auf der
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erri-se ·/
Saugseite und als Peinfilter ein zweiter Fliehkraft-Staubabscheider auf der Druckseite des Aufladegebläses angeordnet ist.
Bei einem druckseitig angeordneten Fliehkraft-Staubabscheider ist ein hoher Druckverlust zulässig. Infolgedessen ist nach der Erfindung die Filterfläche des zweiten Fliehkraft-Staubabscheiders wesentlich kleiner als bei saugseitiger Anordnung ausführbar. Durch die damit verbundene Verringerung des Bauvolumens ist es erfindungsgemäß bei einer Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühler möglich, den zweiten Fliehkraft-Staubabscheider mit dem Ladeluftkühler zu einer Baueinheit zusammenzufassen.
Erfindungsgemäß ist der Vorabscheider ein sogenannter Vielzellen-Durchgangszyklon. Diese Bauart ist wegen des bauartbedingten geringen Druckverlustes bei großer Durchflußmenge für die saugseitige Anordnung besonders geeignet.
Für das Feinfilter wird erfindungsgemäß ein sogenannter Vielzellen-Umlenkzyklon gewählt. Diese Bauart hat einen besonders guten Abscheidegrad,mit dem die geforderte Reinheit der Verbrennungsluft erreicht wird.
Nach der Erfindung ist am Vorabscheider ein Gebläse zum Austragen des ausgeschiedenen Staubes angeordnet.
Der vom zweiten Fliehkraft-Staubabscheider ausgeschiedene Staub wird gemäß der Erfindung mit Hilfe des durch die verdichtete Ladeluft zur Umgebung gegebenen Druckgefälles ausgetragen.
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Zum Schütze der Brennkraftmaschine gegen Versagen der Fliehkraft-Staubabscheider ist nach einem Merkmal der Erfindung zwischen, zweitem Fliehkraft-Staubabscheider und Ladeluftleitung eine an sich wartungsfreie Sicherheits-Filtervorrichtung angeordnet, wobei diese Filtervorrichtung für Staubpartikel durchlässig ist, die den zweiten Fliehkraft-Staubabscheider im Normalbetrieb noch passieren.
Bei einer Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühler ist es nach der Erfindung besonders vorteilhaft, diese Sicherheits-Filtervorrichtung dem Ladeluftkühler nachzuschalten. Das Filtermaterial ist dann nicht mehr der hohen Lufttemperatur, die vor dem Ladeluftkühler bis ca. 200 C betragen kann, ausgesetzt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen zweitem Fliehkraft-Staubabscheider und Ladeluftleitung eine Überwachungseinrichtung angeordnet, die bei Versagen der Fliehkraft-Staubabscheider eine Leistungsreduktion oder gegebenenfalls ein Stillsetzen der Brennkraftmaschine bewirkt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die angestrebte Wartungsfreiheit und Verkleinerung des Bauraumes erreicht werden konnte, daß der zweite Fliehkraft-Staubabscheider infolge des hohen zulässigen Druckverlustes in einem Betriebsbereich arbeitet, in dem der Abscheidegrad bei Durchflußschwankungen nahezu konstant bleibt, daß die gewählte Bauart der Luftfilteranordnung Wartungsfehler nahezu ausschließt, daß die geringfügigen Wartungsarbeiten in solchen langen Intervallen durchzuführen sind, wie es für andere Baugruppen von Brennkraftmaschinen üblich ist,.daß durch
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Wegfall von Stillstandszeiten für "Wartungsarbeiten die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine sich erheblich steigert und daß sich bei gegebenem Einbauraum die Platzersparnis bei dieser Luftfilteranordnung durch den Einbau einer größeren und damit leistungsfähigeren Brennkraftmaschine ausnutzen läßt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Eine Luftfilteranlage für eine mit einem Zylinder angedeutete Brennkraftmaschine 14 mit zweistufiger Staubabscheidung besteht aus einem ersten Fliehkraft-Staubabscheider 11 als Vorabscheider auf der Saugseite eines Aufladegebläses 13 und einem zweiten Fliehkraft-Staubabscheider 12 als Feinfilter auf der Druckseite des Aufladegebläses 13·
Der Abscheidegrad des Vorabscheiders gewährleistet die Lebensdauer des Aufladegebläses 13* das von einer Abgasturbine 21 angetrieben wird, während mit der zweiten Abscheidestufe die für den sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine 14 erforderliche Reinheit der Verbrennungsluft erreicht wird.
Bei einem druckseitig angeordneten Fliehkraft-Staubabscheider ist ein hoher Druckverlust zulässig, infolgedessen die Filterfläche des zweiten Fliehkraft-Staubabscheiders 12 wesentlich kleiner als bei saugseitiger Anordnung ausführbar ist. Außerdem arbeitet der zweite Fliehkraft-Staubabscheider 12 bei diesem hohen Druckverlust in einem Betriebsbereich, in dem der Abscheidegrad bei Schwankungen der Durchflußmenge nahezu konstant bleibt.
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Durch die mit Verkleinerung der Filterfläche verbundene Verringerung des Bauvolumens ist es bei einer Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühler möglich, den zweiten Fliehkraft-Staubabscheider 12 mit dem Ladeluftkühler 15 zu einer Baueinheit zusammenzufassen.
Diese Platzersparnis läßt sich bei gegebenem Einbauraum für die Verwendung einer großen und damit leistungsfähigeren Brennkraftmaschine ausnutzen.
Der Vorabscheider besteht aus einer Vielzahl einzelner, sogenannter Durchgangszyklonzellen. Diese Bauart ist wegen des bauartbedingten geringen Druckverlustes bei großer Durchflußmenge für die saugseitige Anordnung besonders- geeignet. Für die zweite Abscheidestufe wird ein Fliehkraft-Staubabscheider verwendet, der aus einer Vielzahl einzelner sogenannter Umlenkzyklonzellen besteht. Diese Bauart hat einen besonders guten Abscheidegrad,mit dem die geforderte Reinheit der Verbrennungsluft erreicht wird.
Die weitgehende Wartungsfreiheit der Luftfilteranlage wird durch die automatische Austragung des abgeschiedenen Staubes aus dem Filtergehäuse gewährleistet. Beim ersten Fliehkraft-Staubabscheider 11 ist für diesen Zweck ein Sauggebläse 19 angeordnet, während der im zweiten Fliehkraft-Staubabscheider 12 ausgeschiedene Staub mit Hilfe des durch die verdichtete Ladeluft zur Umgebung gegebenen Druckgefälles bei 20 ausgetragen wird.
Die bei dieser Luftfilteranordnung noch verbleibenden Wartungsarbeiten beschränken sich auf eine gelegentliche Kon-
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trolle der Staubsammelräume auf hängengebliebene Staubreste. Damit ergeben sich Wartungsintervalle, wie sie für andere Baugruppen von Brennkraftmaschinen üblich sind. Die Brennkraftmaschine muß zur Überprüfung der Luftfilter nicht gesondert stillgesetzt werden, so daß die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine erheblich steigt.
Um bei Versagen der Fliehkraft-Staubabscheider 11, 12 die Brennkraftmaschine 14 vor einer Überflutung mit Staub zu schützen, ist zwischen zweitem Fliehkraft-Staubabscheider und Ladeluftleitung 17 eine an sich wartungsfreie Sicherheits-Filtervorrichtung 16 angeordnet. Diese Filtervorrichtung 16 ist für Staubpartikel durchlässig, die den zweiten Fliehkraft-Staubabscheider 12 im Normalbetrieb noch passieren, sie dient aber nicht zur Verbesserung des Gesamtabscheidegrades der Luftfilteranordnung.
Bei einer Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühler ist es besonders vorteilhaft, diese Sicherheits-Filtervorrichtung dem Ladeluftkühler nachzuschalten. Das Filtermaterial ist dann nicht mehr der hohen Lufttemperatur, die vor dem Ladeluftkühler bis ca. 200 C betragen kann, ausgesetzt.
Bei einem Versagen der Fliehkraft-Staubabscheider, z.B. durch Verstopfen der Staubauslässe, ist die Ladeluft so staubbeladen, daß sich die Filtervorrichtung 16 sehr schnell zusetzt. Um in diesem Fall die Brennkraftmaschine 14 vor thermischer Überlastung zu schützen, ist zwischen zweitem Fliehkraftstaubabscheider 12 und Ladeluftleitung 17 eine Überwachungseinrichtung 18 angeordnet, die z.B. auf den Differenzdruck
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vor und nach der Filtervorrichtung 16 anspricht und eine Leistungsreduktion oder gegebenenfalls ein Stillsetzen der Brennkraftmaschine 14 bewirkt.
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Claims (1)

  1. ?Λ21358
    Patentansprüche
    1. ) Luftfilteranordnung mit zweistufiger Staubabscheidung
    für eine aufgeladene Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorabscheider ein erster Fliehkraft-Staubabscheider (11) auf der Saugseite und als Feinfilter ein zweiter Fliehkraft-Staubabscheider (12) auf der Druckseite des Aufladegebläses (1j>) angeordnet ist.
    2. Luftfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterfläche des zweiten Fliehkraft-Staubabscheiders (12) wesentlich kleiner als bei saugseitiger Anordnung ausführbar ist.
    J). Luftfilteranordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 für eine Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fliehkraft-Staubabscheider (12) und der Ladeluftkühler (15) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.
    4. Luftfilteranordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fliehkraft-Staubabscheider (11) ein sogenannter Vielzellen-Durchgangszyklon ist.
    5. Luftfilteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fliehkraft-Staubabscheider (12) ein sogenannter Vielzellen-Umlenkzyklon ist.
    ο. Luftfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Fliehkraft-Staubabscheider (11) ein
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    Gebläse (19) zum Austragen des ausgeschiedenen Staubes angeordnet ist.
    7· Luftfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom zweiten Fliehkraft-Staubabscheider (12) ausgeschiedene Staub mit Hilfe des durch die verdichtete Ladeluft zur Umgebung gegebenen Druckgefälles ausgetragen wird.
    8. Luftfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zweitem Fliehkraft-Staubabscheider (12) und Ladeluftleitung (17) eine an sich wartungsfreie Sicherheits-Filtervorrichtung (16) zum Schütze der Brennkraftmaschine (14) gegen Versagen der Fliehkraft-Staubabscheider (11, 12) angeordnet ist und diese Filtervorrichtung (16) für Staubpartikel durchlässig ist, die den zweiten Fliehkraft-Staubabscheider (12) im Normalbetrieb noch passieren.
    9. Luftfilteranordnung nach den Ansprüchen J und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheits-Filtervorrichtung (16) dem Ladeluftkühler (15) nachgeschaltet ist.
    10. Luftfilteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungseinrichtung (18) zwischen zweitem Fliehkraft-Staubabscheider (12) und Ladeluftleitung (17) angeordnet ist, die bei Versagen der Fliehkraft-Staubabscheider (11, 12) eine Leistungsreduktion oder gegebenenfalls ein Stillsetzen der Brennkraftmaschine (14) bewirkt.
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