DE3413214A1 - Vorrichtung zum filtern von feststoffteilchen aus gasfoermigen medien - Google Patents

Vorrichtung zum filtern von feststoffteilchen aus gasfoermigen medien

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Description

  • T i t e 1 : Vorrichtung zum Filtern von Feststoffteilchen
  • aus gasförmigen Medien Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Filtern von Feststoffteilchen aus gasförmigen Medien, insbesondere atmosphärische Luft verbrauchende Anlagen, wie Brennkraftmaschinen, Fahrgastkabinen von Fahrzeugen, Klimaanlagen, Staubsaugern u.a.
  • Aus der DE-OS 28 07 159 ist ein gesintertes Filterelement aus Kunststoff für atmosphärische Luft bekannt. Das Filterelement ist formstabil und kann entsprechend den Einsatzbedingungen mit einem darauf abgestimmten Öffnungsquerschnitt seiner filtrierenden Wände eine äußere9 besonders geeignete Filterform aufweisen.
  • Aus der GB- PS 746 380 ist ebenfalls ein formstabiler, elastischer und poröser Filter aus Kunststoff für atmosphärische Luft bekannt. Als Filter sind mehrere Filterkerzen vorgesehen, die in einem Gehäuse befestigt sind und die Offnungen der Filterkerzen liegen an der Absaugseite, während die filtrierenden Wände der Kerzen der Ansaugseite zugewandt sind.
  • Zur Reinigung der Filterkerzen kann ein Luftstrom in der entgegengesetzten Richtung dienen. Nachteilig ist jedoch bei diesem Filter, daß mit zunehmender Nutzungsdauer ein Teil der Stäube sich im Filtermedium stark verspreizt und nicht ausgeblasen werden kann. Damit nimmt der Filterwiderstand zu, so daß weniger Luft pro Zeiteinheit aus dem Filter entnommen werden kann.
  • Aus der DE-AS 19 16 099 ist eine Vorrichtung zum Reinigen eines in der Ansauganlage eines Verbrennungsmotors angeordneten Filters bekannt. Ein in einem Gehäuse angeordneter Ringpapier filter wird sowohl von seiner Innenseite her als auch auf die, die Schadstoffe ablagernde Außenseite mit Druckluft aus Ausblasöffnungen beaufschlagt. Der hierzu notwendige konstruktive Aufwand ist relativ hoch und bei einem gefalteten Papierfilter aufgrund der Spaltentiefe des Filters wenig effektiv.
  • Aufgabe der Erfindung, ist es, für die eingangs genannten Anwendungsgebiete voll regenerierbare Filterelemente und eine schnell wirksame und einfache Vorrichtung zur Reinigung eines verschmutzten Filters im Gegenstromverfahren vorzuschlagen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 zu entnehmen.
  • Maßgebend für die Erfindung ist, daß für eine einfache und wirksame Reinigung eines Filters dieser als Oberflächenfilter ausgebildet ist, und eine zur Filtrationsrichtung gegenläufige Oberdruckströmung mittels eines kurzzeitigen Druckluftimpulses ausreicht. Die zuvor von Feststoffteilchen nahezu vollständig bedeckte Filteroberfläche ist von diesen vollständig befreit.
  • Wesentlich für die Erfindung ist auch das gegenüber dem Stand der Technik andere Filterprinzip. Die bekannten Filterelemente nach dem Stand der Technik arbeiten nach dem Prizip der Tiefenfiltration, bei dem die gesamte Dicke - in Strömungsrichtung gesehen - der Filterwand filternd wirkt. Demgegenüber liegt nach der Erfindung das Prinzip der Oberflächenfiltration vor. Dadurch werden sowohl trockene als auch feuchte bzw. ölige Staubpartikel an der Filteroberfläche abgeschleden und sind durch Abblasen im Gegenstromverfahren oder oberflächiges Abwischen bzw. Abrütteln vollständig entfernbar. Das Abreinigen im Gegenstromverfahren wird begünstigt durch ein gewisses Aufblähen des Formkörpers durch den Gegenstrom. Die Filteroberfläche wird elastisch gestreckt bzw.
  • vergrößert. Dadurch kann der Gegenstrom die Feststoffteilchen, insbesondere die in Oberflächenporen eingenesteten Teilchen ohne weiteres ablösen. Die Rißbildung am Formkörper und an der Schicht ist aufgrund der hochelastischen Werkstoffe und ihrer Verbindung sicher vermieden.
  • Das Filterelement ist aufgrund der sehr niedrigen Versprö dungstemperatur der Schicht als auch des Formkörpers in einem Temperaturbereich von ca. - 700C bis + 85 0C einsatzfähig. Dadurch ist das Filterelement allgemein in der Filtrationstechnik für atmosphärische Luft anwendbar.
  • Die gegensätzlichen, mechanischen Beanspruchungen durch Walkarbeit des Formkörpers während der Arbeits- bzw. Filter phase und der Reinigungsphase führen zu keiner Materialermüdung bei Polyäthylen als Formkörperwerkstoff und bei Polytetrafluoräthylen als Schichtwerkstoff. Die vorgenannten Werkstoffe quellen bei einwirkenden Flüssigkeiten, wie Wasser, aufgrund ihrer Nichtbenetzbarkeit nicht auf. Polytetrafluoräthylen weist bezüglich Feststoffteilchen überhaupt keine Adhäsion auf, was die vollständige Reinigung des Filterelementes unterstützt.
  • Die mittlere Korngröße des Polytetrafluoräthylens von 3-6pm, das in bekannter Weise durch Kleben oder Schweißen bzw. Sintern auf das Polyäthylen aufgebracht ist, ermöglicht die Separation von Fein stäuben > 2 pm. Der genannte Schichtwerkstoff verkleinert die Poren des Polyäthylen etwa um den Faktor 10.
  • Die Mischung aus nieder- und hochmolekularem Polyäthylen gewährleistet ein Filterelement hoher mechanischer Stabilität bzw. Druck- und Zugfestigkeit ohne Rißanfälligkeit.
  • Der hochmolekulare Anteil ist maßgebend für Rißfreiheit und Stabilität. Der niedermolekulare Anteil garantiert die hochfeste Verbindung der Körner untereinander, da die Körner des niedermolekularen Anteils bezüglich des Sintervorgangs schneller schmelzen als die Körner des hochmolekularen Anteils.
  • Eine relativ hohe Strömungsunter- bzw. Uberdruckbeanspruchung bei großen, etwa gleichbleibenden inneren Strömungsquerschnitten für die gefilterten Medien ist durch die Unterteilung des Filters in verformbare und abstützende Abschnitte gewährleistet.
  • Ein hoher Filter-Wirkungsgrad und eine verhältnismäßig große Filterfläche bei kleinem Filtergewicht liegt durch das balgförmige Filterelement vor. Die Balgform bleibt bei allen Beanspruchungsarten stabil, so daß jeder Wandabschnitt am Filtervorgang teilnimmt. Die schadstoffseitigen Filterflächen legen sich auch bei hohem Unterdruck nicht aneinander.
  • Nachdem die Schicht die gesamten anströmseitigen Außenseiten des Filter element es bedeckt, haben auch der Boden und strömungsrelevante Teile des Sockels einen filterwirksamen Anteil.
  • Entsprechend den Ansprüchen 8 - 12 werden konstruktiv einfache Maßnahmen für Reinigungszyklen vorgeschlagen.
  • Nach dem Anspruch 8 ist in dem Filtergehäuse ein Druckspeicher integriert. Dieser Druckspeicher wirid über externe Druckluft aufgefüllt.
  • Nach dem Anspruch 9 liegt eine, von externer Druckluft unabhängige Ventilsteuerung vor Der Fahrtwind von relativ rasch fahrenden Fahrzeugen erzeugt einen Staudruck der für den Reinigungsprozeß ausgenützt wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und es zeigt: Fig. 1 einen Filtertopf im Querschnitt, Fig. 2 den Filtertopf nach Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie II-II, Fig. 3 einen weiteren Filtertopf, Fig. 4 den Filtertopf nach Fig. 3 entsprechend der Schnittlinie IV-IV, Fig. 5 ein Filterelement gemäß den Fig. 1-4, Fig. 6 einen Querschnitt VI-VI nach Fig. 5, Fig. 7 einen Filtertopf im Teilschnitt.
  • Nach den Fig. 1 und 2 sind als Hohlkörper ausgebildete Filter~ elemente 1 gegen eine dichtende Zwischenwand 2 eines zweiteiligen Gehäuses 3, 4 eines Filtertopfes 5 v#rschraubt. Die Filterelemente 1 sind bis auf absaugseitige Oeffnungen 6 allseitig geschlossen. Die Zwischenplatte weist entsprechend den Uffnungen 6 Löcher 7 auf.
  • Ein Oberdruckspeicher 10 mit einem Ventilrohr 11, und ein Membranventil 12 mit Bohrung 43 und Magnetventil 44 für die Gegenluftströmung 13 ist in dem Gehäuse 3 angeordnet. In den Druckspeicher 10 mündet eine Druckleitung 14 einer externen, nicht gezeichneten Druckluftquelle.
  • Das Membranventil 12 besteht aus einem Deckel 15 mit Uffnung 26, einer elastischen Membrane 27 mit daran angeordneter Ventilplatte 28 und einer die Membrane 27 vorspannende Feder 29.
  • An dem Druckspeicher 10 sind Strömungsleitbleche 18 mit Bohrungen 19 angeordnet.
  • Das obere Gehäuse 3 weist einen Absaugstutzen 20 für die gereinigte Luft (Pfeil 21) auf.
  • Am unteren Gehäuse 4 ist bodenseitig ein relativ grobmaschiges Sieb 22 vorgesehen.
  • Die Funktionsweise des Filters besteht darin, daß über die bodenseitige Offnung (Sieb 22) des Filtertopfes 5 Luft angesaugt wird. Der dazu notwendige Unterdruck liegt an dem absaugseitigen Rohrstutzen 20 an. Feststoffteilchen werden an der Oberfläche der Filterelemente 1 abgelagert. Die gefilterte Luft strömt über das Innere der Filterelemente, die #ffnun gen 6 und die Löcher 7 zum Absaugstutzen 20.
  • Der atmosphärische Ober druck im Druckspeicher 10 und im Membranventil 12 wird zwischen zwei Reinigungsintervallen nach und nach aufgebaut. Ein Reinigungsintervall wird über das Magnetventil 44 ausgelöst, in dem das Magnetventil 12 über die Uffnung 26 entlüftet. Der überdruck im Druckspeicher hebt die Ventilplatte 28 schlagartig von dem Ventilrohr 11 ab.
  • Es erfolgt über das Ventilrohr 11 ein Druckstoß (Pfeil 13), der über die Bohrungen 19 direkt auf die Filterelemente 1 einwirkt. Die an der Oberfläche abgelagerten Feststoffteilchen werden mittels der Poren der Filterelemente von der Oberfläche abgeblasen und fallen durch das Sieb 22 des Filtertopfes 5 ab. Das Auslösekriterium für die Abreinigung ist ein am Rohrstutzen 20 abzunehmender Unterdruck bestimmter Größe.
  • Zweckmäßig ist hierbei der Luftstrom am Absaugstutzen durch an sich bekannte Maßnahmen zu unterbrechen.
  • Nach den Fig. 3 und 4 weist ein Filtertopf 30 einen mit dem Filtertopf 5 nach Fig. 1 weitgehend ähnlichen Aufbau auf.
  • Ein Ventilrohr 31 ist durch eine quer verschiebbare Ventilplatte 32 verschlossen. An der Ventilplatte 32 liegt eine vorgespannte Druckfeder 33 an. Die Druckfeder 33 ist durch einen Riegel 34 eines Magnetventils 35 in vorgespanntem Zustand gehalten. Die Ventilplatte 32 trennt das Ventilrohr 31 von einem Oberdruckrohr 36 eines nicht gezeichneten externen Druckspeichers oder eines strichpunktiert gezeichneten Strömungstrichters 37. Das Ventilrohr 31 ist met dachförmig angeordneten Leitblechen 38 verbunden.
  • Eine für die Ventilplatte vorgesehene Rückstellfeder ist durch ein doppelt wirkendes Magnetventil 40 mit einer Auslöseklinke 41 und einer Rückholklinke 42 fixiert.
  • Zur Funktionsweise: Ist ein Reinigungsintervall erforderlich, so entriegelt das Magnetventil 35 die Druckfeder 33 und das Magnetventil 40 entriegelt die Klinke 41. Die Druckfeder 33 verschiebt die Ventilplatte 32 schlagartig in den Raum und hält sie dort fest. Dadurch ist das Ventilrohr 31 mit dem Oberdruckrohr 36 verbunden, so daß der anstehende Ober druck eines Druckspeichers oder der Luftstaudruck eines fahrenden Fahrzeuges über das Ventilrohr 31 auf die Filterelemente 1 einwirkt und die Feststoffteilchen von den Oberflächen der Filterelemente 1 ablöst und aus dem Filtertopf 5 austrägt.
  • Nach Fig. 5 besteht ein Filterelement aus einem Sockel 51 mit Befestigungsbohrungen 52 und einem balgförmigen Abschnitt 53.
  • Der Abschnitt 53 weist nach Fig. 1 Rippen 54, Außenflächen 55-57, Wände 58, 59, einen Boden 60, elastische und abstützende bzw. starre Abschnitte 8, 9, Stege 14 und einen tannenbaumförmigen inneren Fließquerschnitt 15 bestehend aus einzelnen Kanälen 16, 17 auf. Die Kanäle 16, 17 münden in sockelseitige Hauptkanäle 23.
  • Die Wände 58, 59 und die Rippen 54 weisen etwa gleich dicke Querschnitte 61 auf.
  • Das Filterelement 1 besteht aus Polyäthylen und ist an seiner Oberfläche mit einer Schicht 24 aus Polytetrafluoräthylen versehen.
  • Nach Fig. 7 ist in einem zweiteiligen verschraubten Filtertopf 50 ein Filterelement 51 mit einer Struktur, ähnlich wie zu Fig. 6 beschrieben, auf einen Absaugstutzen 52 aufgesteckt oder auch formschlüssig arretiert.
  • Ober einen Ansaugstutzen 53 wird die verunreinigte Luft (Pfeil 54) dem Filterelement 51 zugeführt. Das Filterelement 51 arbeitet mit seiner gesamten Oberfläche, wie Umfangsfläche 55, Bodenfläche 56 und Kopffläche 57. Die genannten Flächen sind balgförmig ausgebildet und als Oberflächenfilter ausgebildet. Das Abreinigen erfolgt mittels eines Druckluftstoßes in Pfeilrichtung 60.
  • Für das Abreinigen kann ein besonderer Staubauffangbehälter vorgesehen sein.

Claims (11)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum Filtern von Feststoffteilchen aus gasförmigen Medien, insbesondere atmosphärische Luft verbrauchenden Anlagen, wie Brennkraftmaschinen, Fahrgast~ kabinen von Fahrzeugen, Klimaanlagen, Staubsaugern u.a., wobei wenigstens ein selbsttragendes Filterelement in einem Gehäuse mit Ein- und Austrittsöffnung für das Medium angeordnet ist, wie auch dieses#Gehause gegebenenfalls mit einem Auffangraum für die aus dem Medium herauszufilternden Feststoffteilchen eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Hohlkörper ausgebildete Filterelement (1) eine poröse Struktur aus körnigem Polyäthylen aufweist, dessen Körner partiell durch Sintern miteinander verbunden sind und eine dünne, feinporige Schicht (24) die außenliegenden Körner bis zu einer gewissen Filtertiefe (35) überdeckt, daß das Filterelement (1) über dessen Absaugöffnung (6) mit einer Absaugkammer (3) verbunden ist, und diese wiederum mit der Austrittsöffnung (20) des Gehäuses (3, 4) korrespondiert, wie auch diese Absaugkammer (3) im übrigen gegen den Gehäuseinnenraum (4), der das Filterelement (1) enthält, abgedichtet ist, daß die Absaugkammer an einer externen Druckversorgung anschließbar ist, und daß eine Ventilvorrichtung (12, 33, 40) zur kurzzeitigen Beaufschlagung des Filterelementes (1) im Gegenstrom am Gehäuse (3, 4) vorgesehen ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (24) elastisch ist, eine sehr glatte, gleitfähige und nicht benetzbare Oberfläche aufweist und mit dem Filterelement (1) durch Kleben oder Sintern so fest verbunden ist, daß durch reversible Formänderungen des Filterelementes (1) die feste Haftung der Schicht (24) und ihre Konsistenz nicht beeinträchtigt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (24) aus einem polymeren Fluorid, einem Plast-oder keramischen Stoff besteht.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Polytetrafluoräthylen besteht.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement aus körnigem Polyäthylen mit einem Anteil von 20 - 50 Gew-% niedermolekularen und einem Anteil von 50 - 80 Gew-% hochmolekularen Polyäthylen besteht.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) durch den Gegenstrom (60) des Reinigungszyklus der externen Druckversorgung elastisch verformbare Abschnitte und abstützende Abschnitte (8, 9) aufweist, die es dem Filterelement (1) erlauben, sich etwas aufzublähen.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) durch balgförmig ausgebildete Wände (53) mit etwa gleich dicken Querschnitten (61) eine große Filterfläche aufweist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (3, 4) ein Druckluftbehälter (10) für extern erzeugte Druckluft angeordnet, und diese Druckluft zur Filterreinigung impulsartig dem Filterelement (1) zugeführt wird.
  9. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Druckluftimpulses ein magnetventilgesteuertes Membranventil (33, 40, 44) das Ventilrohr (11) kurzzeitig öffnet bzw. das Membranventil (12) kurzzeitig entlüftet.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranventil (12) über ein Membranventil (44) und eine Oeffnung (26) in einem Ventildeckel (25) atmosphärisch belüftet ist und eine elastische Membrane (27) mit Ausgleichbohrung (43) sowie ein schwach vorgespannte Druckfeder (29) aufweist.
  11. 11. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberdruckventil als quer verschiebbare Ventilplatte (36) ausgebildet ist und ein Oberdruckrohr (36) eines externen Druckspeichers oder eines mit Druckluft beaufschlagten Strömungstrichters (35) on der absaugseitigen Kammer (3) trennt.
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