DE3433622A1 - Filtereinsatz fuer in staubreichem betrieb eingesetzte luftfilter fuer brennkraftmaschinen, kompressoren und sonstigen luftansaugenden maschinen - Google Patents
Filtereinsatz fuer in staubreichem betrieb eingesetzte luftfilter fuer brennkraftmaschinen, kompressoren und sonstigen luftansaugenden maschinenInfo
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Description
11 . September 1984
Anmelderin: FILTERWERK MANN & HUMMEL GMBH
Hindenburgstr. 37-45, 7140 Ludwigsburg
Filtereinsatz für in staubreichem Betrieb eingesetzte Luftfilter von Brennkraftmaschinen,
Kompressoren und sonstigen luftansaugenden Maschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Filtereinsatz für in staubreichem Betrieb eingesetzte Luftfilter von Brennkraftmaschinen,
Kompressoren und sonstigen luftansaugenden Maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein soleher
staubreicher Betrieb tritt beispielsweise beim Einsatz an Nutzfahrzeugen, Landmaschinen, Baumaschinen und
dergl. Geräten auf.
Von derartigen Luftfiltereinsätzen erwartet man einen guten Abscheidungsgrad über die gesamte Anwendungszeit
sowie ein großes Staubaufnahmevermögen und dementsprechend eine lange Standzeit. Hinzu kommt die Forderung nach möglichst
kleinem Durchflußwiderstand, der sich mit zunehmender Verschmutzung erhöht und schließlich bei Erreichen
einer vorgegebenen Grenze den Austausch des Filtereinsatzes erfordert.
Zur Filterung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen verwendet man in großem Umfang Filtereinsätze, bei denen das
eigentliche Filtermittel aus zickzackförmig gefaltetem
—3 —
Akte 2019 ο / ο ο C O O
Filterpapier besteht. Dieser Aufbau des Filtereinsatzes läßt die Anordnung verhältnismäßig großer Filterflächen
auf kleinem Raum zu. In der Praxis sind für staubreichen Betrieb Filterpapiere üblich, die bei einer Dicke von 0,3
bis 0,5 mm und einer Dichte von 0,2 bis 0,3 g/cm3 mit einer Fläche von ungefähr 4.000 bis 6.000 cm2 je m3/min angesaugter
Luft eingesetzt werden. Für staubarmen Betrieb, beispielsweise für in aller Regel auf befestigten Straßen fahrende
Personenkraftwagen, sieht man demgegenüber nur eine Papierfilterfläche
in der Größenordnung von 1.500 cm2 je m^/min
angesaugter Luft vor.
Um möglichst viel Filterpapier unterzubringen, sind bei einem Filtereinsatz der US-PS 33 97 793 zwei Filterringe gleicher
radialer Tiefe aus zickzackförmig gefaltetem Filterpapier konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Innendurchmesser
des äußeren Filterrings doppelt so groß ist wie der Innendurchmesser des inneren Filterrings. Bei beiden Filterringen
kann der Mindestabstand der Falten am Innenumfang gleich groß bemessen sein, so daß der äußere Filterring das
Hineinpacken der doppelten Faltenzahl erlaubt. Es ergibt sich dabei für den Filtereinsatz insgesamt eine um 50% vergrößerte
Filterfläche gegenüber einem Filtereinsatz mit nur einem einzigen, die doppelte radiale Tiefe aufweisenden FiI-terring.
Zusätzlich wird in der genannten US-PS empfohlen, das Filterpapier des inneren Filterrings mit erheblich
kleineren Poren auszustatten, um so eine Stufenfilterung zu erreichen. Nähere Angaben über die Dichte und Dicke der zu
verwendenden Filterpapiere werden nicht gemacht, wie auch nichts über das nachfolgend erwähnte Problem des Anfangsabscheidungsgrads
ausgeführt ist.
An sich sollten Filtereinsätze mit nur einer Stufe aus zickzackförmig
gefaltetem Filterpapier zur Erzielung eines ausreichend guten Anfangsabscheidungsgrades eine verhältnis-
L - -J
Akte 2019
mäßig große Dichte oder dementsprechend eine kleine Porengröße aufweisen, wodurch aber die Standzeit ungünstig beeinflußt
würde. Filterpapiere mit kleinerer Dichte bzw. größeren Poren, wie sie üblicherweise für die Filterung
der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen in staubreichem Betrieb verwendet werden, haben eine ausreichend lange
Standzeit, dafür aber einen nicht so guten Anfangsabscheidungsgrad. Zwar verbessert sich dieser allmählich
durch Bildung eines Filterkuchens, jedoch besteht natürlieh der Wunsch, sofort beim Einsatzbeginn einen guten Abscheidungsgrad
zur Verfügung zu haben.
Stufenfiltereinsätze, bei denen einem grobporigen Filterpapier
ein feinporiges Filterpapier mit entsprechend größerer Dichte nachgeschaltet ist, weisen gleichfalls Mangel in der
Standzeit auf. Denn die kleinen Poren des nachgeschalteten dichteren Filterpapiers verstopfen gerade durch die feinen
Staubpartikel, die der erste Filtereinsatz durchgelassen hat, besonders rasch.
Aus den üS-PSen 43 04 580 und 43 14 832 ist es bekannt, einem Hauptfiltereinsatz aus zickzackförmig gefaltetem Filterpapier
einen zweiten ähnlich aufgebauten und als separates Teil getrennt auswechselbaren Filtereinsatz nachzuschalten,
der eine geringere Faltentiefe aufweist und als Sicherheitselement dient. Dadurch soll verhütet werden, daß bei einer
Beschädigung des Hauptfiltereinsatzes Schmutz in das Luftansaugrohr
der Brennkraftmaschine gelangt. Angaben über die in den Filtereinsätzen verwendeten Faltenzahlen und somit
über die Papierflächen wie auch über das Papier selbst fehlen. Eine Verbesserung des Anfangsabscheidungsgrades ist
nicht angesprochen.
Akte 2019
ι — 5 — I
Die vorliegende Erfindung geht von dem eingangs aufgezeigten, der US-PS 33 97 793 entnommenen Stand der Technik aus
und hat sich die Aufgabe gestellt, mit einfachen Mitteln den Anfangsabscheidungsgrad eines derartigen Filtereinsatzes
zu verbessern. Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch
gelöst, daß der innere Filterring im Vergleich zum äußeren Filterring bei höchstens gleicher Dichte und mindestens
gleicher Dicke des Filterpapiers eine Papierfläche aufweist, die nur 8-24% der Papierfläche des äußeren Filterrings
beträgt.
Versuche haben überraschend ergeben, daß die feinen Staubpartikel,
die ein für die Filterung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen in staubreichem Betrieb übliches FiI-terpapier
vor der Bildung eines Filterkuchens passieren, von einem nachgeschalteten Filterpapier der angegebenen Abmessungen
und damit bei um das mehrfache erhöhter Strömungsgeschwindigkeit abgeschieden werden. Dies liegt offenbar
daran, daß die feineren Staubpartikel bei der durch die kleinere Papierfläche verursachten größeren Strömungsgeschwindigkeit
die Fasern des Filterpapiers weniger leicht umgehen als bei kleinerer Strömungsgeschwindigkeit. Sie
werden auf diese Weise eher von den Fasern eingefangen. Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb der angegebenen Grenzen
würden den Durchflußwiderstand schon im Neuzustand und erst
recht mit zunehmender Verschmutzung untragbar erhöhen.
Besonders gute Werte des Anfangsabscheidungsgrades haben
sich nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch ergeben, daß das Filterpapier des inneren Filterrings 70% 90%
der Dichte und 100% - 200% der Dicke des Filterpapiers des äußeren Filterrings aufweist.
L -6- _J
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Ein platzsparender Aufbau des Filtereinsatzes ergibt sich dadurch, daß die radiale Tiefe des inneren Filterrings 10 25%
der radialen Tiefe des äußeren Filterrings beträgt, wie dies für getrennt auswechselbare Sicherheitselemente an sich
bekannt ist.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Filtereinsatz der Erfindung, teilweise im Achsschnitt, teilweise in Seitenansicht
und
Figur 2 den Filtereinsatz der Figur 1, teilweise in Draufsicht, teilweise im Querschnitt.
Der Filtereinsatz 10 hat einen äußeren Filterring 11 und einen inneren Filterring 12. Der äußere Filterring 11 ist
am Außenumfang von einem gelochten Schutzmantel 13 umschlossen und liegt mit seinem Innenumfang an einem gelochten
Stützmantel 14 an. Der innere Filterring 12 stützt sich mit
seinem Innenumfang an einem gelochten Stützmantel 15 ab. Die beiden Filterringe 11 und 12, der Schutzmantel 13 und
die Stützmäntel 14 und 15 sind an den Stirnseiten über Klebstoff 16 fest mit ringförmigen Endscheiben 17, 18 verbunden,
die den Filtereinsatz stirnseitig dicht verschließen.
Beide Filterringe 11, 12 bestehen, wie aus der Figur 2 ersichtlich,
aus zickzackförmig gefaltetem Filterpapier. Beim äußeren Filterring 11 hat das Filterpapier eine Dichte von
0,25 g/cm3 und ist 0,4 mm dick. Seine Fläche wurde so ausgelegt, daß für einen Kubikmeter Luft pro Minute 4.000 cm2
Filterpapier zur Verfügung stehen. Der innere Filterring 12 besteht im wesentlichen aus den gleichen Fasern, hat jedoch
eine Dichte von nur 0,2 g/cm3 und eine Dicke von 0,6 mm.
-7-
Akte 2019 :
3A33622 |
Die radiale Tiefe des inneren Filterrings beträgt etwas mehr als 16% der radialen Tiefe des äußeren Filterrings
Nachdem für den äußeren Filterring 11 und für den inneren
Filterring 12 die gleiche Faltenzahl vorgesehen ist, beträgt die Papierfläche des inneren Filterrings 12 nur etwas
mehr als 16% der Papierfläche des äußeren Filterrings 11.
Im Betrieb wird der Filtereinsatz radial von außen nach innen durchströmt. Aufgrund der unterschiedlichen Filterflächen
ist die Luftgeschwindigkeit in dem inneren Filterring 12 ungefähr sechsmal so groß wie in dem äußeren Filterring
11. Dies führt beim Neuzustand des Filtereinsatzes
10 dazu, daß, auch schon vor Bildung eines Filterkuchens, auf dem inneren Filterring 12 kleine Partikel, die den
äußeren Filterring 11 passiert haben, zum größten Teil aufgefangen werden. Dieser Filtereffekt läßt mit zunehmender
Staubaufnahme nach, weil sich dann auf dem äußeren Filterring 11 ein Filterkuchen gebildet hat, der auch die feineren
Staubteilchen zurückhält.
Unser Zeichen:
BtZUCS ZSICH^'LISTE
Oldll X
10 | Filtereinsatz | 40 |
11 | äußerer Filterring | 41 |
12 | innerer Filterring | 42 |
13 | Schutzmantel | 43 |
14 | Stützmantel | 44 |
15 | Stützmantel | 45 |
16 | Klebstoff | 46 |
17 | Endscheibe | 47 |
18 | Endscheibe | 48 |
19 | 49 | |
20 | 50 | |
21 | 51 | |
22 | 52 | |
23 | 53 | |
24 | 54 | |
25 | ;55 | |
26 | 56 | |
27 | 57 | |
28 | 58 | |
29 | 59 | |
30 | 60 | |
31 | 61 | |
32 | 62 | |
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Claims (3)
11 . September 1984
Ansprüche
My Filtereinsatz für in staubreichem Betrieb eingesetzte
Luftfilter von Brennkraftmaschinen, Kompressoren und sonstigen luftansaugenden Maschinen mit einem äußeren
Filterring und einem dazu konzentrisch angeordneten inneren Filterring, die beide aus zickzackförmig gefaltetem
Filterpapier bestehen und durch gemeinsame stirnseitige Endscheiben zu einer ringförmigen, hintereinander
radial von außen nach innen durchströmten Austauschfilterpatrone zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der innere Filterring (12) im Vergleich zum äußeren Filterring (11) bei höchstens gleicher Dichte
und mindestens gleicher Dicke des Filterpapiers eine Papierfläche aufweist, die nur 8-24% der Papierfläche
des äußeren Filterrings (11) beträgt.
2. Filtereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterpapier des inneren Filterrings (12) 70% 90%
der Dichte und 100% - 200% der Dicke des Filterpapiers des äußeren Filterrings (11) aufweist.
3. Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die radiale Tiefe des inneren Filterrings (12) 10 - 25% der radialen Tiefe des äußeren Filterrings
(11) beträgt.
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