DE3106614C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreiniger mit einem kegelstumpfförmigen Papierfaltenfilter, der in einem rohrförmigen Gehäuse montiert ist, welches eine erste axiale Öffnung aufweist, die mit der Innenseite des Filterelementes am relativ breiten Ende des Kegelstumpfes verbunden ist und eine zweite Öffnung in der Zylinderwand des Gehäuses, die mit der Außenseite des Filterelementes in der Nähe des verhältnismäßig schmalen Endes verbunden ist, so daß Luft, die von der Einlaßöffnung zu der Auslaßöffnung strömt, gezwungen wird, durch die rohrförmige Wand des Filterelementes hindurchzuströmen.

Das Filterelement in Form eines gefalteten Papierfilters ist üblicherweise austauschbar und dieser Austausch erfolgt entweder in regelmäßigen Zeitabständen oder immer dann, wenn durch Verschmutzung, die aus der Luft ausgefiltert wurde, das Filterelement verstopft wurde. Um die Einsatzzeit eines Filterelementes maximal vergrößern zu können, sollte die Wand des Filterelementes eine größtmögliche Nutzfläche aufweisen, um Verschmutzungen aufzunehmen, ohne daß in unnötiger Weise der Einlaß oder Auslaß beeinträchtigt wird, wobei gewährleistet sein muß, daß die Strömung der verschmutzten Luft gleichförmig über diese Oberfläche verteilt wird. Das erste Erfordernis kann dadurch teilweise erfüllt werden, daß die Außenseite des Filterelementes der verschmutzten Luft ausgesetzt wird, für eine gewisse Gehäusegröße begrenzt jedoch das zweite Erfordernis den maximal möglichen Durchmesser des Filterelementes. In nachteiliger Weise wird die Größe des Gehäuses ebenfalls sehr oft durch den zur Verfügung stehenden Raum, in dem das Filterelement untergebracht werden soll, begrenzt, und dies ist ein Faktor, der außerhalb der Möglichkeiten eines Herstellers von Luftreinigern liegt, beispielsweise eines Herstellers für Luftreiniger von Kraftfahrzeugen.

Die Erhöhung der Filterelementdicke radial nach innen kann zu einer nützlichen Vergrößerung der Oberfläche führen, hinsichtlich der begrenzten Größe des Gehäuses kann dies aber auch dazu führen, daß wenigstens teilweise der Auslaß versperrt wird, und dies kann ebenfalls zu einem übermäßig großen Druckabfall am Filterelement führen.

Bei Papierfaltenfiltern treten weitere Schwierigkeiten auf. Die Scheitel und Mulden der Falten erstrecken sich üblicherweise axial zum Element und die Tiefe der Falten bestimmen die radiale Dicke des Filterelementes. Der Abstand der Falten und deren Tiefe beeinflussen ganz erheblich die gesamte nutzbare Oberfläche des Papierfilters im Luftreiniger. Ein viel wesentlicherer praktischer Gesichtspunkt ist jedoch die Leichtigkeit, mit der Schmutzteilchen in die Falten eintreten können. Zu geringe Faltenabstände und/oder zu tiefe Falten führen zu einer großen Oberfläche, jedoch zu einer, die nur unzureichend ausgenützt wird, da die Faltenwandungen, insbesondere in ihren radial inneren Abschnitten zu dicht beeinander liegen.

Vermindert man für einen gegebenen Durchsatz den Durchmesser des Luftreinigergehäuses, so treten Probleme eines erhöhten Druckabfalles und übermäßig großer Luftgeschwindigkeit um das Filterelement herum auf, die verbunden mit einer asymmetrischen Staubverteilung über das Element sehr nachteilig sind. Die Erhöhung des Druckabfalls ist das schwerwiegendste Problem, und zwar insbesondere dann, wenn die erste Öffnung im Gehäuse tangential gerichtet ist.

Aus der GB-PS 15 07 824 ist ein Luftreiniger bekannt, bei welchem in einem Gehäuse ein kegelstumpfförmiges Filterelement aus Papierfalten mit zur Gehäuseachse koaxialer Achse angeordnet ist. Bei einem derartigen kegelstumpfförmigen Filterelement liegt keine gleichförmige Faltentrennung über dessen Höhe vor. Am breiteren Ende des Filterelementes weisen die Falten relativ große Abstände untereinander auf, während sie am Ende mit dem kleineren Durchmesser enger nebeneinander liegen. Dies resultiert in einer Verringerung der Leistungsfähigkeit des Filterelementes, da in dem Bereich, in dem die Papierfalten eng nebeneinander liegen, diese schnell zugesetzt werden und die Luft dort nicht den freien Zutritt erhält, der in dem Bereich großen oder größeren Faltenabstandes vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Luftreiniger derart auszugestalten, daß bei möglichst kleinem Gehäuse eine optimale Leistungsfähigkeit des Filterelementes erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Achse des Filterelementes relativ zur Achse des Luftreinigergehäuses von der zweiten Öffnung fortgekippt ist, so daß der radiale freie Raum zwischen dem Filterelement und dieser Öffnung für ein gegebenes Filterelement vergrößert wird, ohne die Abmessung des Gehäuses zu vergrößern.

Vorzugsweise wird die zweite Öffnung als Einlaß des Luft­ reinigers verwendet und der Auslaß ist die axiale Öffnung, die mit der Innenseite des Filterelementes in Verbindung steht. Diese Anordnung führt zu einer besseren Ausnutzung der Gesamtoberfläche des Papierfaltenfilters, aus dem das Filterelement besteht, da die äußere Oberfläche die­ ses Elementes für den Staub besser zugänglich ist, und zwar insbesondere, wenn man die Bodenbereiche der Falten betrachtet.

Es wurde gefunden, daß durch die Erfindung ein erheb­ lich herabgesetzter Druckabfall durch das Filterelement erzielt wird. Es erfolgt auch eine bessere, gleichförmi­ gere Verteilung des Staubes über die Gesamtoberfläche des Papiers, zusammen mit verminderten Luftströmungsge­ schwindigkeiten, um das Filterelement herum. Die beiden zuletzt genannten Wirkungen sind jedoch von etwas ge­ ringerer Bedeutung. Für ein gegebenes Filterelement und eine gegebene Gehäuseabmessung (Länge und Durchmesser) und für einen üblichen Volumendurchsatz ergibt sich eine Erhöhung der Betriebslebensdauer des Filterelementes. Dies ist von erheblicher Bedeutung in den Fällen, in denen aus irgendwelchen Gründen die Verwendung von größeren Durch­ messern für das Gehäuse ausgeschlossen wird. Es kann aber auch ein größerer Durchsatz für die gleiche Betriebs­ lebensdauer des Filterelementes erzielt werden.

Die gewünschte Kippung oder Neigung der Filterelementachse kann zumindest auf zweierlei Weise erzielt werden. Zuerst können die gegenüberliegenden Enden des Filterelementes derart ausgebildet sein, daß sie in parallelen Ebenen liegen, die unter einem Winkel zur Normalen zur Achse des Filterelementes verlaufen. Zweitens können die Stirn­ wandungen des Gehäuses selbst derart ausgebildet sein, daß sie ein normales symmetrisches Element in einer ge­ neigten Achsstellung aufnehmen und anordnen. Dies ist bevorzugt, da hierdurch ganz erheblich die Herstellung des Filterelementes vereinfacht wird.

Das Filterelement kann außerdem die Form von zwei kegel­ stumpfförmigen Papierfaltenfiltern aufweisen, die teil­ weise teleskopisch ineinander angeordnet sind, wobei deren einander überlappende Enden durch einen undurchlässigen Bauteil miteinander verbunden sind, um eine Leckströmung durch den Ringraum zwischen diesen Teilen hindurch zu verhindern. Bei dieser Aus­ führungsform haben die beiden kegelstumpfförmigen Filter­ elemente eine gemeinsame Achse, die relativ zur Achse des Gehäuses, wie im vorstehenden beschrieben, gekippt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenschnittansicht einer Aus­ führungsform des Luftreinigers,

Fig. 2 eine schematische Seitenschnittansicht einer wei­ teren Ausführungsform und

Fig. 3 eine schematische Seitenschnittansicht einer ande­ ren Ausführungsform.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen werden zuerst beschrieben, da gleiche Teile in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Ein Luftreiniger weist ein zylindrisches Gehäuse mit einer radialen Öffnung 1 in der Zylinderwandung 2 und einer axialen Öffnung 3 in einer Endwand 4 auf. Das andere Ende ist mittels eines abnehmbaren Deckels 5 verschlossen, welcher einen Zugang zu einem Filterelement ermöglicht, das im Inneren des Gehäuses eingebaut ist. Die Art der Befestigung des Deckels 5 ist für die Erfindung nicht we­ sentlich und im einzelnen nicht beschrieben. Das Filterelement ist ein Papierfaltenfilter 7, der von inneren und äußeren Rohren 8, 9 getragen wird, die aus perforiertem Metall bestehen. Die Enden des Faltenfilters und der Rohre werden durch Endkappen 10, 11 abgedichtet. Die Kappe 11 trägt eine äußere Ringdichtung 12, welche eine Verbindung zwischen der Innenseite und der Außen­ seite des Faltenfilters verhindert. Die Kappe 10 weist eine mittlere Sperr- oder Verschlußscheibe 13 auf, die dem gleichen Zweck wie der Dichtungsring 12 dient.

Das in Fig. 1 gezeigte Filterelement ist im allgemeinen kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei jedoch die Enden in parallelen Ebenen liegen, die unter einem kleinen Winkel zur Normalen zur Achse des Kegelstumpfes an­ geordnet sind. Das Filterelement ist im Gehäuse derart eingebaut, daß eine Seite des Filterelementes im wesent­ lichen parallel zur Wand des Gehäuses gegenüber der radia­ len Öffnung 1 verläuft.

Dies bewirkt, daß die Achse des Filterelementes leicht gegenüber der Achse des Gehäuses gekippt ist und daß der radiale Freiraum zwischen der Öffnung 1 und dem äußeren Tragrohr 9 des Filterelementes aus perforiertem Metall dadurch vergrößert wird.

In Fig. 2 ist ein kegelstumpfförmiges Filterelement dar­ gestellt, bei welchem die Endwand 4 und der Deckel 5 in parallelen Ebenen angeordnet sind, die gegenüber der Nor­ malen zur Gehäuseachse gekippt sind. Der Effekt ist genau der gleiche wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsform, jedoch ist das Filterelement selbst symmetrisch, d. h. konventionell, wobei dessen Enden in Ebenen liegen, die im wesentlichen normal zur Achse des Konus verlaufen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß lediglich das Gehäuse abgeändert werden muß, während der in Fig. 1 dargestellte Luftreiniger ein spezielles Filterelement benötigt, welches korrekt und genau eingebaut werden muß.

Das in Fig. 2 dargestellte Filterelement wird automatisch in der richtigen Stellung eingebaut, ohne daß ein Bedie­ nungsfehler auftreten kann, wobei jedoch beim Wiederauf­ setzen des Deckels 5 mit Sorgfalt gearbeitet werden muß. Der Deckel kann am Gehäuse aufgekeilt werden, um einen richtigen Sitz sicherzustellen. Wegen der verhältnismäßig einfachen Herstellung des in Fig. 2 dargestellten Filter­ elementes wird diese Ausführungsform gegenüber der in Fig. 1 dargestellten bevorzugt. Die erste Öffnung im Gehäuse ist vorzugsweise der Einlaß des Luftreinigers, und die axiale Öffnung ist vorzugsweise der Auslaß, da bei dieser An­ ordnung die bestmögliche Ausnützung der Papierfläche im Filterelement erzielt wird.

Ein Luftfilter der in Fig. 2 dargestellten Art wurde her­ gestellt und mit einem ähnlichen üblichen Luftfilter ver­ glichen, bei dem die Achse des Filterelementes nicht re­ lativ zur Achse des Gehäuses gekippt war. Die Luftreiniger waren in anderer Hinsicht identisch mit den folgenden Abmessungen:

Gehäuselänge47 cm Gehäusedurchmesser22 cm Länge des Filter-
elementes46 cm Anzahl der Falten160 Faltentiefe3,8 cm normale Leistung von17 Kubikmeter pro Minute

Jedes Element hatte am breiten Ende einen Außen­ durchmesser von 21 cm. Das schmale Ende hatte einen Außen­ durchmesser von 18 cm. Sowohl der Einlaß als auch der Auslaß des Gehäuses hatten einen Durchmesser von etwas weniger als 13 cm.

Ein Test beim gemessenen Durchsatz ergab, daß der Druck­ abfall am üblichen Luftreiniger etwa 12 cm Wassersäule betrug, während er beim erfindungsgemäßen Luftreiniger lediglich etwa 8 cm Wassersäule betrug. Dies ist eine sehr erhebliche Verringerung bei einer relativ geringen Änderung der Luftreinigergeometrie.

Die erste Öffnung im Gehäuse sollte einen Durchmesser haben, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Filterelementes ist, welches gegen diese Öffnung anliegt, um einen minimalen Druckab­ fall am Luftreiniger zu erhalten. In gleicher Weise sollte die zweite Öffnung wenigstens den gleichen Durchmesser haben.

Der in Fig. 3 gezeigte Luftreiniger weist ein zylindrisches Gehäuse auf, welches eine radiale Öffnung 20 in der Zylinderwandung 21 und eine axiale Öffnung 22 in einer Endwand 23 aufweist. Das gegenüberlie­ gende Ende ist mittels eines abnehmbaren Deckels 24 ver­ schlossen, der einen Zugang zu einem Filterelement ermög­ licht, welches in dem Gehäuse eingebaut ist. Einzelheiten der Befestigung des Deckels am Gehäuse sind für die Er­ findung nicht wesentlich und deshalb nicht im ein­ zelnen beschrieben. Das Filterelement weist zwei kegelstumpfförmige Papierfaltenfilter 25 und 26 auf, wo­ bei jeder Filter durch nicht dargestellte innere und äußere Rohre aus perforiertem Metall getragen wird, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Die Filterabschnitte sind teilweise teleskopartig inein­ ander angeordnet, wobei die sich überlappenden Enden mittels eines undurchlässigen Bauteils 27 verbunden sind, um eine Leckage durch den Ringraum zwischen diesen Fil­ terabschnitten hindurch zu verhindern. Die Enden der Filterabschnitte sind zusammen mit ihrem Tragrohren ab­ gedichtet in Endkappen 28, 29, 30 und 31 angeordnet. Die Kappe 28 weist einen Dichtungsring 32 auf, der sich um die axiale Öffnung 22 herum erstreckt. Die Kappe 31 weist eine mittlere Sperr- oder Verschlußscheibe 33 auf, um das Ende des Filterelementes abzuschließen. Beide Filterele­ mentabschnitte sind kegelstumpfförmig ausgebildet und haben eine gemeinsame Achse, welche relativ zur Achse des Gehäuses gekippt ist. Dies führt zu einem Aufbau, bei dem die Gehäuseendwandungen, die in parallelen Ebenen liegen, unter einem Winkel zur Normalen zur Gehäuseachse verlaufen. Dies ermöglicht, daß die Filterelemente symme­ trisch sind, wobei es sich hierbei bezüglich der Herstel­ lung um die einfachste Form handelt. Durch die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform wird nicht nur für eine ge­ gebene axiale Abmessung des Gehäuses eine große Menge Filterpapier zur Verfügung gestellt, sondern die Falten­ abstände in den einzelnen Filterelementen können optimal gestaltet werden, so daß die zur Verfügung stehende Papier­ fläche maximal ausgenutzt werden kann.

Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen einen radialen Einlaß in das Gehäuse aufweisen, sei bemerkt, daß die Erfindung auch bei einem tangentialen Einlaß angewendet werden kann. Es werden erhebliche Vorteile bei der Ver­ wendung eines tangentialen Einlasses erzielt, da durch die Erfindung ein durch den tangentialen Einlaß hervor­ gerufenes Problem ausgeschaltet oder auf ein Minimum herabgedrückt wird. Es handelt sich hierbei darum, daß die Wirbelbewegung um das Element, die durch einen tan­ gentialen Einlaß erzeugt wird, nicht in einen statischen Druck an der Außenseite des Filterelementes umgewandelt wird. Statt dessen wird diese Wirbelbewegung graduell um das Element herum aufgezehrt und dies führt zu einer Erhöhung des Druckabfalls in der Größenordnung zu 20%, üblicherweise 2 ¹/₂ cm Wassersäule. Die Neigung der Achse des Filterelementes wirkt diesem Verlust entgegen, und zwar durch eine Beschränkung der Strömung um das Element herum, und erzeugt einen Drosseleffekt für die Luftbewe­ gung.

Die Verwendung eines tangentialen Einlasses ist aus op­ tischen Gründen häufig wünschenswert und ermöglicht die Verwendung eines ansehnlicheren Leitungssystems, bei­ spielsweise längs der Rückwand einer Fahrzeugkarosserie. Durch die Erfindung kann ein tangentialer Einlaß unter den Umständen verwendet werden, in denen sonst eine unan­ nehmbare Leistung des Luftreinigers erzielt würde.

Claims (7)

1. Luftreiniger mit einem kegelstumpfförmigen Papierfalten­ filter, der in einem rohrförmigen Gehäuse montiert ist, welches eine erste axiale Öffnung aufweist, die mit der Innenseite des Filterelementes am relativ breiten Ende des Kegelstumpfes verbunden ist und eine zweite Öffnung in der Zylinderwand des Gehäuses, die mit der Außenseite des Filterelementes in der Nähe des verhältnismäßig schma­ len Endes verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achse des Elementes relativ zur Achse des Gehäuses von der zweiten Öffnung fortgekippt ist, so daß der radiale freie Raum zwischen dem Filter­ element und dieser Öffnung für ein gegebenes Filterelement vergrößert wird, ohne die Abmessung des Gehäuses zu ver­ größern.

2. Luftreiniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb die zweite Öffnung der Einlaß ist und die axiale Öffnung der Auslaß.

3. Luftreiniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die relative Kippung der Filterelementachse da­ durch erzielt wird, daß die gegenüberliegenden Enden des Elementes in parallelen Ebenen liegen, die nicht senkrecht zur Achse des Elementes verlaufen.

4. Luftreiniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die relative Kippung der Filterelementachse durch die Konfiguration der Stirnwände des Gehäuses erzielt wird, wobei diese Stirnwände in parallelen Ebenen liegen, die nicht senkrecht zur Achse des Gehäuses verlaufen, sondern senkrecht zur Achse des Filterelementes, wenn dieses im Gehäuse eingebaut ist.

5. Luftreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement zwei kegelstumpf­ förmige Abschnitte aufweist, die teilweise teleskopartig ineinandergesetzt sind, wobei deren sich überlappenden Enden mittels eines undurchlässigen Bauteiles miteinander verbunden sind, so daß eine Leckströmung durch den Ring­ raum zwischen diesen Filterabschnitten verhindert wird.

6. Luftreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung im Gehäuse einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innen­ durchmesser des Elementes, das um diese Öffnung anliegt, ist.

7. Luftreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung tangential zum Gehäuse verläuft.