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Die
Erfindung betrifft ein mechanisches Abscheidegitter mit mehreren
parallel zueinander verlaufenden Einström- und Abscheideprofilen, wobei zwei
benachbarte Profile jeweils einen Strömungsspalt für ein gasförmiges Medium
bilden und sich einer ersten Profilebene, die aus geschlossenen,
im wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen gebildet ist, wenigstens
zwei weitere in Strömungsrichtung
dahinterliegende Profilebenen anschließen, die aus zur Strömungsrichtung
hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen gebildet
sind, und jedes Abscheideprofil hinter einem Strömungsspalt der davor liegenden
Profilebene positioniert ist.
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Das
mechanische Abscheidegitter, das vorzugsweise als Staub- und Wasserabsorptionsmodul ausgebildet
ist, reinigt Luftströme
von Staubpartikeln, Flüssigkeitströpfchen,
Insekten und Schnee. Es sind verschiedene Profilformen für mechanische
Abscheidegitter bekannt, wobei eine sehr einfache Profilgeometrie
winkelförmig
ausgebildet ist. Sowohl die Einströmprofile wie auch die Abscheideprofile
weisen eine winkelförmige
Profilgeometrie auf, wobei die Eintrittsprofile mit dem Winkelknie
zur Strömungsrichtung
zeigen, und die Abscheideprofile entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
jeweils hinter einem Strömungsspalt
der davor liegenden Einströmprofile angeordnet
sind.
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Eine
erste Weiterentwicklung dieser sehr einfachen Profilgeometrie ist
aus der
FR 1 210 379 bekannt.
Diese französische
Druckschrift aus dem Jahre 1960 zeigt ein Abscheidegitter, das in
vier Profilebenen angeordnete, einheitlich ausgebildete Abscheideprofile
aufweist. Die Abscheideprofile bestehen dort aus jeweils zwei in
einem Winkel zueinander angestellten, jeweils gekanteten Schenkelblechen, die
von längs
zur Strömungsrichtung
angeordneten Stegblechen getragen werden. Die Abscheideprofile weisen
somit keine Abrunden auf, so daß die
Aerodynamik im Hinblick auf den Druckverlust und den Abscheidegrad
leidet.
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Die
Nutzung von Ergebnissen der Grundlagenforschung und die computergestützte Strömungsoptimierung
der Gitterkontur führten
zur Entwicklung neuartiger Abscheidegitter, die abgerundete Profilgeometrien
aufweisen. Durch eine starke Beschleunigung und die Stauumlenkung
vor einem strömungstoten
Raum wirken starke Fliehkräfte
auf im Luftstrom geförderte
Partikel, die bei den neuartigen Abscheidegittern zu hohen Abscheidegraden
für Staub
und Flüssigkeit
führen.
Die ablösefreie
Gestaltung der Gitterkontur gewährleistet
niedrige Gesamtdruckverlustbeiwerte und eine geringe aerodynamische
Geräuschentwicklung.
Modelluntersuchungen zu Abscheidegraden, Gesamtdruckverlusten und Schalldruckpegeln
bei Gerad- und Schräganströmung wurden
zum Vergleich an konventionellen Abscheidegittern durchgeführt. Untersuchungen
an Originalansaugkästen
von Triebfahrzeugen im Großwindkanal
und umfassende Betriebserprobungen führten schließlich zu
immer aerodynamischeren Gitterprofilgeometrien. Dem aerodynamischen
Strömungsverhalten
angepaßte
Gitterprofilgeometrien sind beispielsweise aus der WO 99/28011A1
bekannt. Ein weiteres Abscheideprofil wird in der
DE 196 03 689 A1 beschrieben.
Diese Druckschrift beschreibt ein Abscheidegitter mit zwei Profilebenen, deren
Strömungsprofile
alle offen ausgebildet sind und innenseitig und entlang ihrer Scheitellinien
jeweils einen sich in Richtung ihrer Profilöffnung erstreckenden Vorsprung
aufweisen.
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Die
Baulängen
dieser aerodynamischen Gitterprofile sind jedoch aufgrund von Steifigkeitsproblemen
begrenzt. Wenn die Profile zu lang ausgeführt sind, treten aufgrund der
geringeren Steifigkeit Schwingungsprobleme auf, die geringere Abscheidegrade
und eine geringere Lebensdauer des Abscheidegitters nach sich ziehen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Abscheidegitter
der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, das neben einer optimierten
aerodynamischen Gitterprofilgeometrie eine Ausführung mit größeren Profillängen erlaubt,
ohne das Schwingungsprobleme auftreten.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe erfolgt mit einem mechanischen Abscheidegitter mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Erfindungsgemäß sind die
Einströmprofile mit
den in Strömungsrichtung
dahinter liegenden Abscheidprofilen der dritten Profilebene mit
einem Steg miteinander verbunden. Die Vorteile dieser Ausbildung
liegen darin, daß durch
das Verbinden hintereinander liegender Profile eine höhere Steifigkeit
des Profilgitters erreicht wird, ohne daß nennenswerte Abscheidegradverluste
entstehen. Teilweise werden sogar bessere Werte ermittelt. Die Abscheideprofile der
zweiten Profilebene weisen innenseitig und entlang ihrer Scheitellinien
jeweils einen sich in Richtung der Profilöffnung erstreckenden Vorsprung
auf. Diese Ausgestaltung dient der Abscheidegradverbesserung.
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Der
Profilverlauf jedes Einströmprofils
ist an seiner Eintrittsseite konvex ausgebildet, weist in den Schnittpunkten
mit der Ebene der engster Einströmspaltquerschnitte
eine Profilkante mit einem Winkel von etwa 80° auf und wird von dort durch
zwei konkav verlaufende Profilflanken gebildet, die sich im Punkt tangentialer
Berührung
in dem senkrecht zu den Profilebenen verlaufenden Steg fortsetzen.
Die Abscheideprofile der zweiten Ebene, wie auch der dritten Ebene
sind bezüglich
ihrer in Strömungsrichtung
liegenden Achsen symmetrisch und bilden jeweils zwei Schenkel, deren
freie Schenkelenden einen Abscheidespalt bilden. Die Stege führen durch
die Abscheidespalten der Abscheideprofile der dritten Profilebene
hindurch und verbinden sich mit diesen in ihren Scheitellinien.
Durch eine derartige Ausgestaltung werden die aerodynamischen Druckverluste
durch den in Strömungsrichtung
liegenden Steg nur wenig beeinflußt.
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Die
Abscheideprofile der dritten Profilebene entsprechen im wesentlichen
Kreissegmenten, die einen Winkel von etwa 135° aufweisen. Die Schenkelenden
der Abscheideprofile der dritten Profilebene knicken in einem Winkel
von 80° nach
innen ab und bilden so einen Winkel von etwa 45° zur Strömungsrichtung.
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Außerdem weisen
die abgeknickten Schenkelenden der Abscheideprofile der dritten
Profilebene einen parallelen Verlauf zu den gegenüberliegenden Schenkeln
der Abscheideprofile der zweiten Profilebene auf, die auch aus Kreissegmenten
gebildet sind und einen Winkel von etwa 290° aufweisen. Die Schenkelenden
der zweiten Profilebene sind nach innen hin verdickt, was den Abscheidegrad
weiter verbessert.
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Die
Außenkonturen
der Schenkel der Abscheideprofile der zweiten Profilebene sind im
wesentlichen kreisförmig
und entsprechen zu ihren Scheitellinien hin tangentialen Geraden,
so daß die Außenkontur
jeweils eines Abscheideprofils auf der strömungsabgewandten Seite einen
Winkel von etwa 120° bildet.
Vorzugsweise ist die Winkelspitze leicht abgerundet. Durch eine
derartige tropfenförmige Ausgestaltung
verkleinert sich der Strömungsablösebereich,
auch Totwasserbereich genannt, mit seinen Verwirbelungen, wodurch
die Druckverluste verringert werden.
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Die
den Einströmspalt
bildende Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen ist kleiner als die
den Abscheidespalt bildende Öffnungsweite
der dahinterliegenden Abscheideprofile. Dadurch sollen Partikelteilchen
deren Eintrittswinkel in das Profilgitter von der senkrechten Eintrittsrichtung
geringfügig abweichen
trotzdem noch von den Abscheideprofilen der zweiten Profilebene
erfaßt
werden. Vorzugsweise beträgt
die Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen etwa 2/3 der Öffnungsweite
der dahinterliegenden Abscheideprofile. Die Weite der Abscheideprofile
der dritten Profilebene weist vorzugsweise ebenso 2/3 der Weite
der Einströmprofile
auf. Denkbar sind jedoch auch andere Größenverhältnisse der Abscheideprofile
zu den Einströmprofilen
und der Strömungsspalten
zu den Profilöffnungen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer in der Zeichnung dargestellten bevorzugten
Ausführungsform
weiter erläutert.
Die Darstellung zeigt in:
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1 einen
Profilschnitt des erfindungsgemäßen mechanischen
Abscheidegitters.
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Der
in 1 dargestellte Profilschnitt eines Abscheidegitters
setzt sich aus drei Profilebenen zusammen. Die erste Profilebene
besteht aus geschlossenen, im wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen 1,
die zweite, dahinter liegende Profilebene besteht aus zur Strömungsrichtung
hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen 2 und
die dritte, hinter der zweiten Profilebene liegende Profilebene
besteht ebenfalls aus zur Strömungsrichtung
hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen 3.
Die Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene sind jeweils
mittig hinter einem Strömungsspalt 24 der
davor liegenden Ebene positioniert. Die Abscheideprofile 3 der
dritten Profilebene sind in Strömungsrichtung 30 hinter
den Einströmprofilen 1 angeordnet.
Die Einströmprofile 1 sind über Stege 8 mit
den Abscheideprofilen 3 der dritten Profilebene miteinander
verbunden. Der Profilverlauf jedes Einströmprofils 1 ist an
seiner Eintrittsseite 4 konvex ausgebildet, weist in den
Schnittpunkten mit der Ebene der engsten Einströmquerschnitte eine Profilkante 5 mit
einem Winkel von etwa 80° auf
und wird von dort durch zwei konkav verlaufende Profilflanken 6 gebildet,
die sich im Punkt 7 tangentialer Berührung in dem senkrecht zu den
Profilebenen verlaufenden Steg 8 fortsetzen.
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Die
Abscheideprofile 2 und 3 bilden jeweils zwei Schenkel 11 bzw. 17,
deren freie Schenkelenden 14 und 18 die Abscheidespalten 25, 26 bilden.
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Die
Stege 8 führen
durch den Abscheidespalt 26 der Abscheideprofile 3 der
dritten Profilebene und sind in den Scheitellinien im Punkt 9 mit
diesen verbunden. Dabei weisen die Verbindungen jeweils zwei Radien 10 auf,
deren Maß in
etwa dem der Stegdicke entspricht. Die ein Paar bildenden Schenkel 11 der
Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene ergeben Kreissegmente,
die einen Winkel von etwa 135° aufweisen.
Die zwei Schenkel 11 der Abscheideprofile 3 der
dritten Profilebene weisen jeweils eine Profilkante 12 auf,
die einen Winkel von etwa 80° bildet
und dem sich ein Schenkelende 14 anschließt, welches
in einem Winkel von etwa 45° zur
Strömungsrichtung 30 liegt.
Die ein Paar bildenden Schenkel 17 der Abscheideprofile 2 der
zweiten Profilebene ergeben Kreissegmente, die einen Winkel von
etwa 290° aufweisen.
Die Schenkel 17 der Abscheideprofile 2 der zweiten
Profilebene weisen an ihren Schenkelenden 18 nach innen
gerichtete Verdickungen auf, die etwa in einer Ebene mit den Punkten 7 tangentialer
Berührung
liegen. Außerdem
weisen die Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene innenseitig
und entlang ihrer Scheitellinien jeweils einen sich in Richtung
der Profilöffnung 25 erstreckenden
Vorsprung 19 auf. Dieser Vorsprung ist vorzugsweise parabelförmig ausgebildet
und weist an seiner Verbindung zwei Radien 20 auf, deren
Maß in
etwa der halben Stegdicke entspricht.
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Die
im wesentlichen kreisförmig
ausgebildeten Außenkonturen
der Schenkel 17 der Abscheideprofile 2 der zweiten
Profilebene bilden sich zu ihren Scheitellinien hin entsprechend
tagentialen Geraden 22 aus, so daß die Außenkontur jeweils eines Abscheideprofils 2 auf
der strömungsabgewandten
Seite einen Winkel von etwa 120° bildet.
Die Winkelspitze 21 ist leicht abgerundet. Vorzugsweise
beträgt
ihr Radius in etwa das Maß der
1,5-fachen Stegdicke. Die den Einströmspalt 24 bildende
Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen 1 beträgt etwa
2/3 der den Abscheidespalt 25 bildenden Öffnungsweite
der dahinter liegenden Abscheideprofile 2, und die Weite der
Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene weisen etwa
2/3 der Weite der Einströmprofile 1 auf.
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Der
Strömungsspaltquerschnitt 27, 28, 29 zu beiden
Seiten des Abscheideprofils 2 der zweiten Profilebene ist
eintrittsseitig zwischen den Schenkelenden 18 und den Profilflanken 6 im
Punkt 27 am größten und
verjüngt
sich in Strömungsrichtung
kontinuierlich. In der Ebene der maximalen Weite der Abscheideprofile 2 der
zweiten Profilebene erreicht der Strömungsspaltquerschnitt im Punkt 28 seinen kleinsten Wert.
Von dieser Ebene an erweitert sich der Strömungsspaltquerschnitt kontinuierlich
gemeinsam mit dem hier beginnenden Querschnitt des Abscheidespaltes 26.
An der Spitze 15 der Schenkelenden 14 trennt sich
der Strömungsspaltquerschnitt
wieder von dem an dieser Stelle seine maximale Weite einnehmenden
Strömungsspalt 26 und vergrößert sich
kontinuierlich bis er austrittsseitig an der Stelle zwischen der
Profilkante 12 und der gegenüberliegenden tangentialen Gerade 22 seinen
maximalen Wert annimmt.
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Das
Wirkprinzip des mechanischen Abscheidegitters wird im folgenden
beschrieben:
Die partikelbehaftete Luft strömt in Strömungsrichtung 30 in
die Einströmspalten 24,
wird vor den strömungstoten
Räumen 23 der
Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene stauumgelenkt
und tritt zu beiden Seiten des Abscheideprofils 2 der zweiten
Profilebene in die Strömungsspalten
im Punkt 27 ein. Dort wird die partikelbehaftete Luft durch
Strömungsspaltverengung
in dem bogenförmigen
Strömungsspalt beschleunigt,
so daß im
Punkt 28 die maximale Geschwindigkeit erreicht ist und
damit die größte Fliehkraft
auf die Partikelteilchen wirkt. Von dem Punkt 28 an verläßt die Außenkontur
des Strömungsspaltquerschnittes
seine bogenförmige
Bahn auf einer tangentialen Geraden, die durch den Steg 8 gebildet
wird. Zum zweiten Mal wird die inzwischen weniger partikelbehaftete
Luft vor einem strömungstoten
Raum 16 der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene
stauumgelenkt und tritt in den Strömungsspaltbereich 29 ein,
verläßt diesen
an der Stelle zwischen den Profilkanten 12 und den gegenüberliegenden
tangentialen Geraden 22 der Abscheideprofile 2 der
zweiten Profilebene und verläßt schließlich in
gereinigtem Zustand das Profilgitter im Bereich der dritten Profilebene.
Die Fliehkraft der Partikelteilchen bewirkt, daß diese nicht der stauumgelenkten
Luftströmung
folgen können,
sondern geschossartig in die strömungstoten
Räume 16, 23 fliegen
und daß sie
dort durch mehrmaliges Aufprallen an den Innenwänden ihre kinetische Energie
verlieren, aufgrund der Schwerkraft in den strömungstoten Räumen 16, 23 nach
unten fallen und somit aus der Luft ausgeschieden werden.