DE1080349B - Elektrostatische Filterapparatur zur Abscheidung von festen und fluessigen Partikelnaus der Ansaugluft und aus den Abgasen einer Brennkraft-maschine - Google Patents
Elektrostatische Filterapparatur zur Abscheidung von festen und fluessigen Partikelnaus der Ansaugluft und aus den Abgasen einer Brennkraft-maschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Filterapparatur zur Abscheidung von festen und flüssigen
Partikeln aus der Ansaugluft und aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine.
Für Brennkraftmaschinen sind bereits Filter für die Zuluftreinigung bekannt, die als trockene oder nasse
mechanische Filter mit Einsätzen aus Textilien oder porösen Materialien ausgeführt sind. Wegen des
großen Luftwiderstandes derartiger mechanischer Filter können dieselben nicht beliebig dicht gemacht werden
und besitzen dementsprechend auch nur eine sehr beschränkte Abscheidungswirkung, insbesondere für
feine in der Zuluft befindliche Fremdpartikeln. Demgegenüber weisen die elektrostatischen Filter einen
praktisch vernachlässigbar kleinen Luftwiderstand auf und sind in ihren Ausmaßen nur durch die Raumverhältnisse
der jeweiligen Brennkraftmaschine begrenzt, so daß eine sehr gute Abscheidungswirkung auch bezüglich
feinster Fremdpartikeln erzielt werden kann. Die Anwendung solcher elektrostatischer Filter für die
Zuluft von Brennkraftmaschinen war jedoch bisher nicht möglich, da die bei solchen Filtern meist übliche
Sprühionisation sowohl Ozon wie auch nitrose Gase erzeugt, welche der durch das Filter strömenden Frischluft
beigemengt werden, wodurch beim Verbrennungsprozeß in der Maschine unzulässige Nachteile entstehen.
Die Abgase von Brennkraftmaschinen wurden bisher praktisch nicht gefiltert, weil die gebräuchlichen
mechanischen Filter mit Materialien ausgestattet sind, die den hohen Abgastemperaturen nicht widerstehen
können.
Demgegenüber treten bei der erfindungsgemäßen Filterapparatur die genannten Nachteile nicht auf,
weshalb sie sich sowohl für die Zuluftreinigung als auch für die Abgasreinigung in Brennkraftmaschinen
eignet. Erfindungsgemäß ist die Filterapparatur dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Abscheideelektrodensystems
ein an sich bekannter radioaktiver Ionisator vorgesehen ist und daß der Gasführungskanal
sich zwischen einer vor dem Ionisator liegenden Stelle und dem Abscheideelektrodensystem von
einem kleineren auf einen erheblich größeren Querschnitt erweitert, um sich nach dem Elektrodensystem
wieder zu verengen.
Eine solche Filterapparatur ist frei von irgendwelcher Gasbildung, wirkt nur auf die vom Gasstrom
mitgeführten Fremdpartikeln und läßt bei der Zuluftreinigung die durchgeleitete Frischluft selbst völlig
unverändert. Die Filterapparatur gemäß der Erfindung ist ohne Schwierigkeiten auch für die Abgasreinigung
verwendbar, da sie aus hitzebeständigen Werkstoffen aufgebaut werden kann. Die Abgasfilterapparatur läßt
sich vorteilhafterweise mit dem üblichen schalldämp-Elektrostatische
Filterapparatur
zur Abscheidung von festen und flüssigen
zur Abscheidung von festen und flüssigen
Partikeln aus der Ansaugluft
und aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine
und aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine
Anmelder:
Societe financiere d'Expansion
Commerciale et Industrielle S.A.
»SFINDEX«, Samen (Schweiz)
Vertreter: Dr.-Ing. Dr. jux. Fr. Lehmann, Patentanwalt,
München 5, Papa-Schmid-Str. 1
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 10. Januar 1951
Schweiz vom 10. Januar 1951
Dipl.-Ing. Julius Maas, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
f enden Auspufftopf baulich vereinigen und bringt dann keinen bedeutenden Mehraufwand an Gewicht und
Platzbedarf.
Die erfindungsgemäße Filterapparatur für Zuluft- und Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen ist in
der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 eine beispielsweise Ausführung, der gesamten
Filterapparatur im Prinzip,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Zuluftfilter,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Zuluftfilter,
Fig. 3, 4 und 5 verschiedene beispielsweise Ausführungen des Ionisators,
Fig. 6 bis 15 verschiedene beispielsweise Bauformen - des elektrostatischen Ionisators,
4-5 Fig. 16 bzw. 17 eine beispielsweise Ausführung des
Abgasfilters im Längsschnitt bzw. in Aufsicht,
Fig. 18 das Prinzipschema eines von einer Batteriezündanlage gespeisten Stromversorgungsgerätes.
Das Prinzip der Filterapparatur ist für einebeispielsweise
Ausführung zu einem Benzinmotor schematisch in Fig. 1 dargestellt. Der Benzinmotor 1 mit Vergaser
2 saugt aus der Umgebung vor dem Sieb 3 in Richtung der Pfeile 4 Frischluft an, die durch den Ionisator
5, den Luftverteiler 6, den elektrostatischen Ab-
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scheider 7, den Luftverteiler 8 über den Rohrstutzen 9
in den Vergaser 2 des Motors eintritt. Der elektrostatische Abscheider 7 ist über die Leitung 10 am Hochspannungsgerät
11 angeschlossen, das seinerseits über die Leitung 12 von der elektrischen Zündeinrichtung
13 gespeist wird. Die vom Benzinmotor 1 erzeugten Abgase verlassen diesen durch die Rohrleitung
14, durchströmen das Schalldämpf- und Druckausgleichsgefäß 15 und gelangen über den Ionisator 16,
den Gasverteiler 17, den elektrostatischen Abscheider 18 und einen weiteren Gasverteiler 19 zum Auspuffrohr
20. Der elektrostatische Abscheider 18 liegt über die Leitung 21 am gemeinsamen Stromversorgungsgerät 11.
Das Frischluftfilter ist in einer beispielsweisen Ausführung in Fig. 2 im Schnitt dargestellt. Es ist in
einer rohrförmigen, absatzweise sich verjüngenden und erweiternden, gasdichten Ummantelung 22 zusammengebaut.
Durch die Eintrittsöffnung 23, hier beispielsweise als runder Stutzen dargestellt, wird in Pfeilrichtung
die Frischluft aus der Umgebung angesaugt und durch ein grobmaschiges mechanisches Filter 24
geleitet, das grobe Verunreinigungen zurückhält und auswechselbar angeordnet ist. Hinter dem Grobfilter
24 tritt die Luft in den hier rohrförmigen Ionisatorstutzen 5, der auf seiner, Innenwandung einen
ringförmigen Belag 25 trägt aus gasdicht gekapselten radioaktiven Substanzen mit vorwiegender
Alpha-Emission, in Richtung auf den von der Luft durchströmten Innenraum. Hinter dem Ionisatorstutzen
5 weitet sich die Ummantelung 22 kegelförmig auf den Durchmesser des elektrostatischen Abscheiders 7.
Um eine gleichmäßige Verteilung der aus dem Ionisator austretenden Luft über den ganzen wirksamen
Querschnitt des elektrostatischen Abscheiders 7 zu erzielen, befindet sich unmittelbar hinter dem Ionisatorstutzen
5 in der kegelförmigen Aufweitung der Ummantelung 22 ein Luftverteiler, beispielsweise bestehend
aus den konzentrisch angeordneten rohr- bzw. trichterförmigen Führungswänden 26 und 27. Die in
Pfeilrichtung den Luftverteiler durchströmende Luft gelangt in den elektrostatischen Abscheider 7, dessen
Bauart weiter unten genauer beschrieben ist, verläßt denselben am anderen Ende und gelangt über eine
kegelförmige Verjüngung der Ummantelung 22 zum Rohrstutzen 9, der die von festen und flüssigen Fremdpartikeln
befreite Luft zur Ansaugöffnung des Vergasers (in Fig. 1 mit 2 bezeichnet) leitet.
Bei der in Fig. 2 dargestellten beispielsweisen Ausführung
ist als Ionisator ein Rohrstutzen 5 verwendet. Dabei wird die volle ionisierende Wirkung der im Belag
25 enthaltenen radioaktiven Substanz dann nicht ausgenützt, wenn der Durchmesser dieses Rohrstutzens
kleiner ist als die Reichweite der von der radioaktiven Strahlungsquelle emittierten Alphateilchen in
Luft. Bei Radium beträgt diese Grenzreichweite in Luft beispielsweise etwa 7,5 cm für die energiereichste
Komponente der Alpha-Emission. Eine Ausnützung der vollen ionisierenden Wirkung der verwendeten
radioaktiven Strahlungsquelle wird auch ermöglicht durch eine Ausführung des Ionisators nach Fig. 3, die
eine schematische Ansicht des Frischluftfilters von vorn zeigt, wobei das mechanische Grobfilter entfernt
ist. Hierin bezeichnet 22 den kegelförmigen Teil der Ummantelung, der die Verbindung zwischen dem runden
Abscheider und dem hier rechteckigen Ionisator-Stutzen 28 herstellt. Die Luft wird durch die runde
öffnung 23 eingesaugt (in Fig. 3 senkrecht zur Zeichnungsebene) und im Ionisatorstutzen 28 längs ihres
Weges nach hinten ionisiert durch die von den radioaktiven Belägen 29 und 30 in Richtung auf den Inneuraum
ausgehende Strahlung, vorwiegend durch die emittierten Alphateilchen. Der gegenseitige Abstand
der Beläge 29 und 30 darf hierbei nicht größer als die zweifache Maximalreichweite der Alphateilchen in
Luft sein, während die Breite des Ionisatorstutzens 28 so dimensioniert ist, daß auch das maximal eingesaugte
Luftvolumen im Ionisator noch ausreichend ionisiert wird. Auch bei dieser Bauart des Ionisatorstutzens ist
ίο ein Luftverteiler vor dem eigentlichen Abscheider vorgesehen.
Zwei weitere beispielsweise Ausführungen des radioaktiven Ionisators mit einem dem radioaktiven bestrahlten
Raumteil überlagerten elektrischen Feld zeigen die Fig. 4 und 5 in einer schematischen Ansicht
von vorn. Dabei entspricht der Ionisator von Fig. 4 der rohrförmigen Bauart, die in Fig. 2 ebenfalls dargestellt
wurde, wobei hier wiederum wie dort mit 22 die rohrförmige Ummantelung und mit 25 der ringförmige
radioaktive Belag bezeichnet ist. Zusätzlich weist aber der Ionisator hier eine axial und von den
anderen Bauteilen isoliert angebrachte metallische Innenelektrode 31 auf, die mit einem Pol der als Batterie
32 angedeuteten Gleichspannungsquelle verbunden ist. Der radioaktive Belag 25 ist in vorliegender
Ausführung auf einem metallischen Träger gasdicht aufgebracht, der mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 32 verbunden ist. Es entsteht somit ein radial
gerichtetes Feld im Ionisatorraum, das die durch radioaktive Bestrahlung gebildeten ionisierten Luftmoleküle
zwingt, in radialer Richtung sich zu bewegen, so daß ein Ionenstrom den ganzen Innenraum des Ionisators
erfüllt und die elektrische Aufladung der vom Luftstrom mitgeführten festen und flüssigen Frempartikeln
fördert.
Der in Fig. 5 dargestellte rechteckige Ionisator, ähnlich dem in Fig. 3 angegebenen, besitzt hier zwei Seitenwände
33 bzw. 34 aus Isoliermaterial, aber metallische Schmalseiten mit je einem radioaktiven Belag 29
bzw. 30. Den rechteckigen Ionisatorraum halbierend tragen die isolierenden Wände 33 und 34 eine metallische
Elektrodenfläche 35, die sich über die ganze Tiefenausdehnung des Ionisators erstreckt, also dieselbe
Ausdehnung aufweist wie die radioaktiven S trahlungsquellen 29 bzw. 30. Zwischen den metallischen Trägern
der radioaktiven Beläge 29 und 30 einerseits und der Mittelelektrode 35 andererseits liegt eine durch die
Batterie 32 angedeutete elektrische Spannung, so daß in beiden Hälften des rechteckigen Ionisatorstutzens
dem radioaktiv bestrahlten Raum ein elektrisches Feld überlagert ist. Die hierdurch auftretenden Ionenströme
in beiden Ionisatorhälften unterstützten die aufladende
Wirkung der Ionen in bezug auf die vom Luftstrom mitgeführten festen und flüssigen Fremdpartikeln.
Bei den in Fig. 4 und 5 angegebenen beispielsweisen Ionisatorausführungen wird die gleiche Wirkung erzielt,
wenn die radioaktiven Strahlungsquellen nicht auf den Außenelektroden, sondern auf den Innenelektroden
angebracht werden, falls gewährleistet ist, daß die gleiche Zahl von Luftionen im Ionisatorraum erzeugt
wird. Weder bei dieser noch bei der in Fig. 4 und 5 angegebenen Anordnung ist die Polarität der
zwischen Außen- und Innenelektroden liegenden Gleichspannung von wesentlichem Einfluß. Als Spannungsquelle
wird die für den elektrostatischen Abscheider vorhandene (in Fig. 1 mit 11 bezeichnet)
oder auch eine getrennte benützt.
Für den elektrostatischen Abscheider (in Fig. 1 und 2 mit 7 bezeichnet) sind nachstehend verschiedene Konstruktionen
angegeben.
Eine beispielsweise Ausführung mit ebenen Elektrodenplatten für den elektrostatischen Abscheider
zeigt Fig. 6 in Vorderansicht und Fig. 7 im Querschnitt nach Linie I-I in Fig. 6. Der Abscheider besitzt
zwecks möglichst weitgehender Herabsetzung der notwendigen Betriebsspannung trotz relativ hoher elektrischer
Feldstärke im Elektrodenzwischenraum eine große Zahl ebener Plattenelektroden 36 bzw. 37, die
aus elektrisch leitendem Material bestehen oder zumindest beidseits eine leitende Oberfläche aufweisen
und voneinander isoliert mit kleinem Abstand, etwa 1 bis 2 mm, parallel zueinander angeordnet sind. Die
einzelnen Platten sind an ihrem oberen und unteren Rand in einem Isolierring 38 montiert. Bei der Schichtung der einzelnen Platten werden dieselben abwech-
selnd in der Tiefe etwas verschoben, so daß auf der Rückseite des Plattenpakets (s. Fig. 7) die mit 36 bezeichneten,
auf der Vorderseite die mit 37 bezeichneten Platten hervorstehen. Durch eine metallische Querverbindung
39 auf der Rückseite des Abscheiders wer-•den alle mit 36 bezeichneten Elektrodenplatten an
ihrem hervorstehenden Rand leitend untereinander und mit der Anschlußklemme 41 verbunden, ebenso wie alle
Elektrodenplatten 37 auf der Vorderseite durch die Querverbindung 40 an der Anschlußklemme 42 liegen.
Die Anschlußklemmen 41 bzw. 42 sind an einer Gleichspannungsquelle, hier durch die Batterie 42 dargestellt,
angeschlossen.
Die einzelnen Elektrodenplatten von rechteckiger Form bestehen aus beliebig dünnem Metall, das aber
genügend Steifigkeit besitzen muß, um ein mechanisch stabiles Plattenpaket zu ergeben. Falls erforderlich,
wird die Stabilität vergrößert durch flache und schmale Zwischenlagen aus Isoliermaterial, die in der Mitte
des Abscheiderquerschnittes etwa in der Ebene der ■Querverbindungen (in Fig. 6 mit 40 bezeichnet) in den
Elektrodenzwischenräumen angebracht werden.
Es ist nicht notwendig, daß die Elektrodenplatten 36 und 37 in der beispielsweisen Ausführung des Abscheiders
nach Fig. 6 bzw. 7 aus Metallblech bestehen. Vielmehr können dieselben auch aus elektrisch nichtleitendem
Material hergestellt sein und nur eine sehr dünne metallische Oberfläche aufweisen. Hierbei wird aber
der Metallbelag nicht ganz bis zu den Schmalseiten liin ausgedehnt, damit an Stelle der in Fig. 6 und 7
mit 38 bezeichneten Halterungen aus Isolierstoff solche aus Metall Verwendung finden können, die eine
höhere Stabilität für das gesamte Plattenpaket zu erreichen gestatten.
Schließlich besteht bei der Verwendung von isolierendem
Trägermaterial mit leitend gemachten Oberflächen als Elektroden die Möglichkeit, jede der Elektrodenplatten
nur einseitig mit einem leitenden Überzug zu versehen. Das elektrische Feld wirkt bekanntlich
durch das isolierende Trägermaterial hindurch, so daß eine Beeinträchtigung der Abscheider wirkung nicht
eintritt. Dagegen ist in dieser Ausführung der Elektroden die Gefahr von Kurzschlüssen bei mechanischer
Deformation des Abscheiders oder dem Eindringen größerer elektrisch leitender Partikeln in die Elektrodenzwischenräume
vermieden.
Eine andere beispielsweise Ausführung des elektrostatischen Abscheiders wird erhalten mit Hilfe der in
Fig. 8 in Ansicht und Fig. 9 im Grundriß dargestellten Wickelmethode. Es wird ein vierfaches Band von
ω».«« Breite, die etwa der erforderlichen Tiefe des Abscheiders
entspricht, und sehr großer Länge, das aus einer dünnen Metallfolie 43, einer Hilfszwischenlage
44 aus einem thermisch oder chemisch oder mittels Wasser lösbaren Stoff, einer zweiten Metallfolie 45
und einer zweiten Hilfszwischenlage 46 besteht, von außen nach innen wie in Fig. 8 oder auch von innen
nach außen kreisförmig Windung um Windung aufgewickelt, so daß zuletzt ein kompakter spiraliger
Wickel entsteht. Dabei ist, wie aus Fig. 9 ersichtlich, die Breite der bandförmigen Hilfszwischenlage 44 und
46 etwas kleiner als die der Metallbänder 43 und 45,
so daß letztere aus dem fertigen Wickel auf der Vorder- und Rückseite etwas hervorstehen. Diese überstehenden
Metallränder der Folien 43 und 45 werden nun in einer Anzahl Querstangen, von denen in Fig. 8
nur die zwei mit 47 und 48 bezeichneten angegeben sind, aus elektrisch isolierendem Material zuverlässig
befestigt, wobei die Querstege, wie aus Fig. 9 ersichtlich, sowohl auf der Vorder- und Rückseite wie auch
längs der Schmalseiten angebracht sind. Aus dem so versteiften Wickel werden nunmehr die beiden Hilfszwischenlagen
44 und 4& je nach Art ihres Materials durch thermische oder chemische Behandlung oder
Auswaschen mittels Wasser herausgelöst, so daß ein stabiles, durch die isolierenden Querstege zusammengehaltenes
Elektrodensystem entsteht, gebildet aus den voneinander isolierten Metallbändern 43 und 45, die
mit geringem Luftabstand voneinander spiralig aufgewickelt sind. Die beiden Metallbänder werden mit dem
Plus- bzw. Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden, so daß in den spiraligen Luftspalten zwischen
denselben ein quergerichtetes elektrisches Feld entsteht.
Bei der Bauart des Abscheiders nach Fig. 8 bzw. 9 kann an Stelle der dünnen Metallbänder auch ein beliebiges
nichtmetallisches Band mit einseitiger oder beidseitiger Oberflächenmetallisierung verwendet werden,
das aber der notwendigen chemischen bzw. thermischen Behandlung widerstehen muß. Wird die leitende
Oberfläche nicht bis zu den beiden Rändern der Trägerbänder erstreckt und bestehen dieselben aus
isolierendem Material, so können die in Fig. 8 und 9 mit 47 bzw. 48 bezeichneten Querstege aus Metall
sein, wodurch erhöhte Stabilität des spiraligen Abscheiders erreicht wird.
Die gleiche Wirkung.wie mit dem spiralförmigen Abscheider ist erzielbar mit einem Elektrodensystem
aus dünnwandigen Metallrohren mit je um den gewünschten Luftabstand verändertem Radius, welche
umschichtig am positiven bzw. negativen Pol der Spannungsquelle liegen. Um die mechanische Stabilität
des Elektrodensystems zu erhöhen, werden einzelne radiale Isolierstege in das Elektrodensystem eingebaut
oder eventuell die beiden Elektroden-Rohrsysteme nach dem Spritzgußverfahren hergestellt. Auch hier
können nichtmetallische Trägermaterialien für die Elektroden verwendet werden, die einseitig oder beidseitig
oberflächenleitend gemacht wurden.
Ein Abscheider mit einer Vielzahl parallel geschalteter Rohrsysteme ist in einer beispielsweisen Ausführung
in Fig. 10' in Vorderansicht und in Fig. 11 in horizontalem Schnitt im Grundriß dargestellt. Der Abscheider
weist zwei getrennt montierte Elektrodengruppen auf, und zwar einen runden Körper 49 aus
elektrisch leitendem Material, der über seinen gesamten Querschnitt verteilt eine Vielzahl runder Bohrungen
50 besitzt. Auf dem siebartig durchlöcherten Körper 49 ist ein Isolierring 51 befestigt, der die zweite
Elektrodengruppe trägt (in Fig. 11 in halb aus dem Körper 49 herausgezogener Lage gezeichnet). Diese
zweite Elektrodengruppe besteht aus dünnen Metallstäben 52, die derart am metallischen horizontalen
Haltestangen 53 und damit am Ring 51 befestigt sind, daß im fertig montierten Zustand sämtliche Metall-
stäbe 52 konzentrisch und axial innerhalb je einer Bohrung 50 sich befinden, dabei von den Wandungen
der Bohrungen gleichen Abstand besitzend. Sämtliche Metallstege 53 sind untereinander leitend verbunden
und liegen am einen Pol, der leitende Körper 49 am anderen Pol einer Gleichspannungsquelle, hier als Batterie
32 dargestellt. In den einzelnen Bohrungen 50 entsteht somit zwischen den Metallstäben 52 als Innenleiter
und den Wandungen der Bohrungen 50 als Außenleiter ein elektrisches Feld, unter dessen Einfluß
die vom Luftstrom, der in Richtung der Pfeile in die parallelen Rohrsysteme eintritt, mitgeführten elektrisch
geladenen Fremdpartikeln quer zur Strömungsrichtung abgelenkt werden und sich auf den Außenoder
Innenelektroden niederschlagen. Auch bei dieser Bauform des Abscheiders kann der Körper 49 aus
nichtleitendem Material bestehen, wenn die Innenwandungen aller Bohrungen leitende Oberflächen erhalten
und untereinander sowie mit einem Pol der Spannungsquelle leitend verbunden werden.
Eine andere beispielsweise Ausführung eines Abscheiders, ebenfalls aus zwei getrennt montierten
Elektrodengruppen bestehend, zeigt Fig. 12 in Vorderansicht und Fig. 13 in horizontalem Schnitt im
Grundriß. Ein Rohr 54 aus Isoliermaterial ist als Abstandshalterung für je einen rückwärtigen bzw. vorderseitigen
Metallring 55 bzw. 56 ausgebildet und dient gleichzeitig als äußere Ummantelung des Abscheiders.
Jeder der beiden Metallringe 55 bzw. 56 trägt eine Anzahl horizontaler Metallstege 57 bzw. 58, an welchen
in relativ kleinem gegenseitigem Abstand eine große Zahl von dünnen Metallstiften 59 bzw. 60 senkrecht
befestigt ist (in Fig. 13 ist der Ring 56 mit Querstegen 58 und Metallstiften 60 in einigem Abstand vom
Isolierrohr 54 gezeichnet). Sowohl die Metallstege57
und 58 wie auch die Metallstifte 59 und 60 sind gegeneinander versetzt, so daß im fertig montierten Zustand
die Stifte 59 von den Stiften 60 nicht berührt werden, vielmehr jeder einzelne Stift 59 (in Fig. 12 nur
als Punkt sichtbar) umgeben ist von vier parallel verlaufenden Stiften 60 in relativ geringem Abstand.
Wird, wie in Fig. 13 schematisch dargestellt, eine Gleichspannungsquelle, hier als Batterie 32 angedeutet,
mit den Metallringen 55 bzw. 56 verbunden, so ergibt sich im Innenraum des Isolierrohres 54 durch die ohne
gegenseitige Berührung ineinandergreifenden Stiftsysteme 59 bzw. 60 ein elektrisches Feld quer zur
Richtung der in Pfeilrichtung einströmenden Luft. Durch dieses Feld werden vom Luftstrom mitgeführte
elektrisch geladene Fremdpartikeln seitlich in Richtung auf eine der Stiftelektroden abgelenkt und dort
niedergeschlagen. Von Vorteil bei dieser Bauweise des Abscheiders ist die in unmittelbare Umgebung der
Elektrodenstifte ansteigende elektrische Feldstärke sowie die einfache Reinigungsmöglichkeit durch Auseinandernehmen
der beiden Elektrodengruppen.
Ein grundsätzlich anderes Elektrodensystem ist in einer beispielsweisen Ausführungsform in Fig. 14 in
Ansicht und in Fig. 15 in horizontalem Schnitt im Grundriß dargestellt. Das Elektrodensystem besteht
hier aus einer Anzahl feinmaschiger Drahtnetze 61, die mit relativ kleinem gegenseitigem Abstand isoliert
hintereinander angeordnet sind und von der Luft in Pfeilrichtung durchströmt werden. Die einzelnen
Drahtnetze 61 werden von Isolierringen 62 bzw. je einem oberen und unteren Deckring 63 gehalten und
besitzen seitliche Fortsätze 64 zwecks Zusammenschaltung mittels der Verbindungsleitungen 65 bzw. 66,
die an der Gleichspannungsquelle, hier durch die Batterie 32 angedeutet, angeschlossen sind. Die Schaltung
ist so gewählt, daß aufeinanderfolgende Drahtnetze jeweils verschiedene Polarität aufweisen, also
ein mit der Luftströmung gleich oder entgegengesetzt gerichtetes elektrisches Feld entsteht. Die vom Luftstrom
mitgeführten elektrisch aufgeladenen Fremdpartikeln haben die Tendenz, entlang den hypothetischen
elektrischen Feldlinien zu wandern, werden also je nach Polarität in Richtung auf die positiven
bzw. negativen Drahtnetze abgelenkt und dort niedergeschlagen. An Stelle von Drahtnetzen können auch
feingelochte Metallfolien oder ähnliche Elektrodenformen verwendet werden. Bei genügender Feinheit
der Maschen bzw. Löcher der Elektroden wird gleichzeitig bewirkt, daß gröbere Partikeln nicht in den
eigentlichen Elektrodenraum einzudringen vermögen, wo sie eventuell zu Kurzschlüssen führen könnten.
Der gleiche Effekt wird erzielt durch Ausfüllung der Zwischenräume zwischen den einzelnen Drahtnetzen
mit isolierenden Faserstoffen, wie Glaswolle, Seiden-
ao gespinst usw.
Eine beispielsweise Ausführung des Abgasfilters kombiniert mit dem Auspufftopf ist schematisch dargestellt in Fig. 16 im Längsschnitt und in Fig. 17 in
Ansicht von der Gaseintrittsseite aus. Die vom Motor erzeugten Abgase gelangen über das Rohr 67 in das
Schalldämpf- und Druckausgleichsgefäß 15, das, wie üblich, eine Umlenkung des Gasstromes durch eine
Anzahl von Querwänden 68 bewirkt und damit eine Schalldämpfung und einen teilweisen Ausgleich des
stoßartigen Gasaustritts erzielt. Dieser Ausgleichsraum ist abgeschlossen durch eine Lochblende 69 mit
kurzem Rohrstutzen 70., der das Gas einer Verteileinrichtung
zuführt, die aus mehreren konzentrisch angeordneten trichterförmigen Führungswänden 71 besteht
und den Gasstrom gleichmäßig auf den Querschnitt des nachfolgenden Ionisators verteilt. Der
Ionisator besteht aus einem ringförmigen Belag 25 auf der Innenwandung des Auspufftopfes 15, bestehend
aus gasdicht gekapselten radioaktiven Substanzen mit vorwiegender Alpha-Emission in Richtung auf den
vom Gas durchströmten Innenraum. Der Gasstrom tritt hinter dem Ionisator samt den von ihm mitgeführten,
im Ionisator elektrisch aufgeladenen festen und flüssigen Partikeln in den elektrostatischen Abscheiderraum
18 ein. Der Abscheider besteht hier beispielsweise gemäß Fig. 6 und 7 aus einem System paralleler
Elektrodenplatten 36 bzw. 37, die in einem Isolierrohr 38, hier aus hitzebeständigem Material,
befestigt sind. Das runde Elektrodensystem, bestehend aus Isolierrohr 38 und Elektrodenplatten 36 und 37.,
ist auswechselbar im Abscheiderraum 18 angeordnet und kann nach Abnehmen des Berührungsschutzdeckels
72 aus diesem herausgenommen werden. In dem runden Elektrodensystem sind, ähnlich wie in
Fig. 7 dargestellt, alle Elektrodenplatten 36 miteinander leitend verbunden, ebenso alle Elektrodenplatten
37, und an je einem Kontakt 73 bzw. 74 angeschlossen. Beim Einsetzen des Elektrodensystems in das Abscheidergehäuse
18 drücken die Kontakte 73 und 74 auf entsprechende Gegenkontakte, die untereinander
und vom Gehäuse durch hitzebeständiges Material isoliert sind und zum Anschluß an eine Gleichspannungsquelle, hier als Batterie 32 angedeutet, dienen. Durch
zwei starke federnde Halterungen 75 wird das auswechselbare Elektrodensystem im Abscheidergehäuse
18 unverrückbar und stoßsicher festgehalten. Das Gas strömt ohne merkbaren Widerstand durch das Elektrodensystem
des Abscheiders, dessen elektrisches Feld die geladenen festen und flüssigen Partikeln aus
dem Gasstrom in Richtung auf die Elektrodenplatten
ablenkt, wo dieselben niedergeschlagen werden und haftenbleiben. Das derart gereinigte Gas tritt nach
dem Verlassen des Abscheiders über das Auspuffrohr 20 ins Freie.
Der Ionisator in dem vorstehend beschriebenen Abgasfilter nach Fig. 16 kann auch in anderer Weise
ausgeführt sein, beispielsweise durch Einbau des radioaktiven Belages 25 auf der Innenwandung des
Rohrstutzens 70. Auch eine Ionisatorbauart entsprechend der Fig. 3 kann verwendet werden, wozu die
in Fig. 16 mit 69 bezeichnete Lochblende einen Längsschlitz erhält und an Stelle des runden Stutzens 70 ein
rechteckiger Schacht vorgesehen wird, der an seinen Schmalseiten je einen Belag aus radioaktiven, gasdicht
gekapselten Substanzen (in Fig. 3 mit 29 bzw. ig 30 bezeichnet) aufweist. Sowohl bei den rohrförmig
wie auch bei den schachtförmig ausgestalteten Ionisatoren muß gewährleistet sein, daß kein vom Gas
durchströmter Raumteil gänzlich frei von radioaktiver Bestrahlung ist. Schließlich kann auch hier beim Ioni- ao
sator für Abgase dem radioaktiv bestrahlten Querschnitt ein elektrisches Feld überlagert werden wie in
den beispielsweisen Ausführungen gemäß Fig. 4 und 5.
Als Elektrodensystem im elektrostatischen Abscheider eines Abgasfilters können alle Bauformen
verwendet werden, die in den Fig. 6 bis 15 in beispielsweiser
Ausführung dargestellt sind. Jedoch müssen hierbei sämtliche Teile aus hitzebeständigem
Material bestehen und bei der Konstruktion die bei höheren Abgastemperaturen eintretenden Ausdehnungen
der Bauteile berücksichtigt werden.
Für den Betrieb der Zuluft- und Abgasfilter in der Filterapparatur nach Fig. 1 ist ein Stromversorgungsgerät 11 erforderlich, das hohe Gleichspannungen von
einigen tausend Volt, aber nur sehr kleine Ströme von etwa 10 bis lOO Mikroampere liefern muß.
Eine beispielsweise Ausführung eines derartigen Stromversorgungsgerätes für eine sechszylindrige
Verbrennungskraftmaschine mit sogenannter Batteriezündungsanlage zeigt schematisch die Fig. 18. Eine
Batteriezündanlage besteht üblicherweise aus dem sogenannten Zündverteiler 76, dessen Achse 77 von der
Motorwelle mit einer Drehzahluntersetzung 2 : 1 (bei Viertaktmaschinen) angetrieben wird und eine Unterbrecherscheibe
78 sowie einen Verteilerarm 79 trägt. Die Unterbrecherscheibe besitzt sechs Nocken, deren
jede pro Achsumdrehung einmal den Kontakt 80 öffnet, und zwar genau zu dem Zeitpunkt, an welchem
der Verteilerarm 79 auf einem der sechs Schleifkontakte 81 steht. Der Kontakt 80 öffnet den aus Zündbatterie
82 und Primärspule 83 bestehenden Stromkreis kurzzeitig, wodurch in der Sekundärspule 84 als
Folge der primären Stromunterbrechung jeweils ein Spannungsstoß induziert wird, der wegen der großen
Windungszahl der Sekundärspule 84 einige tausend Volt beträgt. Diese Zündspannungsimpulse werden
vom Verteilerarm 79 über die Schleifkontakte 81 den einzelnen Zündkerzen der sechs Zylinder zugeführt.
Die an der Primärspule 83 liegende zerhackte Spannung der Batterie 82 wird im Stromversorgungsgerät
11 zur Erzeugung der Betriebsspannung für die Filterapparatur mit ausgenützt. Hierzu enthält das
Stromversorgungsgerät 11 einen Hochspannungstransformator, dessen Primärspule 85 parallel zur Primärspule
83 liegt und dessen Sekundärspule 86 über einen Gleichrichter 87 den Ladekondensator 88 auflädt. Die
am Kondensator 88 sich bildende Gleichspannung wird über den Schutzwiderstand 89 und die beiden
Klemmen 90 dem Zuluft- und Abgasfilter zugeführt. Der geringe Stromverbrauch bei den Filtern bewirkt
nur eine sehr geringe Entladung des Kondensators 88 in den Pausen zwischen zwei Spannungsstößen, so daß
auch bei stark wechselnder Unterbrecherfrequenz die Gleichspannung am Kondensator 88 nur wenig
schwankt.
An Stelle des besonderen, aus den Spulen 85 und 86 bestehenden Hochspannungstransformators kann auch
die Sekundärspule 84 verwendet werden und der Gleichrichter 87 an der zum Verteilerarm 79 führenden
Leitung angeschlossen werden, wobei dann der Kondensator 88 einpolig an Masse liegt. Diese Schaltung
empfiehlt sich aber nur, wenn die erforderliche Betriebsgleichspannung für die Filter der Zündspannung
ungefähr entspricht.
Die beschriebene Methode der Stromversorgung einer Filterapparatur für Verbrennungskraftmaschinen,
insbesondere für Benzinmotoren, aus dem primären Zündstromkreis hat den Vorteil, daß bei Stillstand
des Motors keine Spannung an den Abscheidern bzw. Ionisatoren liegt und die Inbetriebnahme der
Filterapparatur automatisch beim Anlassen der Maschine erfolgt. Bei einer genügend kleinen Ladezeitkonstante
des Blockkondensators 88 in Fig. 18 ist gewährleistet, daß bereits nach den ersten Unterbrechungen
des Kontaktes 80 die volle Filterbetriebsspannung vorhanden ist, also die beim Anlaßvorgang
meist besonders starken Rauchbeimengungen zu den Abgasen bereits im Filter abgeschieden werden.
Die Betriebsspannungen für die Filterapparatur können aber auch in einem von der Zündanlage unabhängigen
Stromversorgungsgerät erzeugt werden, was beispielsweise bei Dieselmotoren erforderlich ist.
Hierfür können entweder aus einer Batterie gespeiste Zerhackergeräte, sogenannte Wechselrichter, oder
auch elektronische Apparaturen bekannter Bauart benützt werden, die angesichts der sehr niedrigen Stromentnahme
ohne großen technischen Aufwand realisierbar sind. Der geringe Stromverbrauch ermöglicht
auch die Verwendung langlebiger Hochspannungs-Trockenbatterien, wie sie etwa bei transportablen
Funkgeräten üblich sind.
Das Merkmal der Erfindung, daß der Gasführungskanal sich zwischen einer vor dem Ionisator liegenden
Stelle und dem Abscheideelektrodensystem von einem kleineren auf einen erheblich größeren Querschnitt erweitert,
bedeutet nicht, daß der Ionisator unbedingt innerhalb der Erweiterung liegen müsse. Das Merkmal
bedeutet nur, daß der erweiterte Raum zwischen einer Stelle vor dem Ionisator und dem Abscheider
liegt. Es braucht sich also die Erweiterung nicht über diese ganze Länge zu erstrecken. Nach Fig. 2 liegt der
Ionisator im Bereich des engsten Kanalquerschnittes, und die Kanalerweiterung zwischen dem Ionisator und
dem Abscheider erfolgt stetig. Gemäß Fig. 16 liegt der Ionisator innerhalb des erweiterten Kanalteiles. Die
Erweiterung erfolgt vor dem Ionisator stetig.
Claims (3)
1. Elektrostatische Filterapparatur zur Abscheidung von festen und flüssigen Partikeln aus
der Ansaugluft und aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts
des Abscheideelektrodensystems ein an sich bekannter radioaktiver Ionisator vorgesehen
ist und daß der Gasführungskanal sich zwischen einer vor dem Ionisator liegenden Stelle und dem
Abscheideelektrodensystem von einem kleineren auf einen erheblich größeren Querschnitt erweitert,
■... 909 7&7/111
um sich nach dem Elektrodensystem wieder zu verengen.
2. Elektrostatische Filterapparatur nach Ausspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem in
Radialrichtung radioaktiv bestrahlten Strömungsquerschnitt ein radiales elektrisches Feld überlagert
ist.
3. Elektrostatische Filterapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radioaktive
Ionisator im Bereich des engsten Querschnittes des Gasführungskanals liegt und die
Kanalerweiterung zwischen Ionisator und Abscheider stetig erfolgt.
4, Elektrostatische Filterapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radioaktive
Ionisator im erweiterten Raum des Gasführungskanals liegt und die Erweiterung vor dem
Ionisator stetig erfolgt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 640046;
USA.-Patentschrift Nr. 2 381 455.
Deutsche Patentschrift Nr. 640046;
USA.-Patentschrift Nr. 2 381 455.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
909 787/ttt 4.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH1080349X | 1951-01-10 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1080349B true DE1080349B (de) | 1960-04-21 |
Family
ID=4556365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES26322A Pending DE1080349B (de) | 1951-01-10 | 1951-12-13 | Elektrostatische Filterapparatur zur Abscheidung von festen und fluessigen Partikelnaus der Ansaugluft und aus den Abgasen einer Brennkraft-maschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1080349B (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0083845A1 (de) * | 1981-12-07 | 1983-07-20 | Csepel Autogyár | Verfahren und Einrichtung zur Verringerung der Umweltverschmutzenden Wirkung von Auspuff- und anderen Gasen |
DE3723544A1 (de) * | 1987-07-16 | 1989-01-26 | Man Technologie Gmbh | Elektrostatischer filter zum reinigen von gasen |
EP0379760A1 (de) * | 1989-01-26 | 1990-08-01 | Univerzita Komenskeho | Vorrichtung für eine kontinuierliche Konzentrationsabsenkung von Kohlenstoffmonoxid und von anderen schädlichen Emissionen |
DE19953222A1 (de) * | 1999-11-05 | 2001-05-10 | Bayerische Motoren Werke Ag | Luftfilter mit einem elektrostatischen Abscheider |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE640046C (de) * | 1930-05-13 | 1936-12-19 | Wilhelm Falkenberg Dr | Verfahren zur elektrischen Gasreinigung |
US2381455A (en) * | 1942-10-31 | 1945-08-07 | Carlyle W Jacob | Electrical precipitation apparatus |
-
1951
- 1951-12-13 DE DES26322A patent/DE1080349B/de active Pending
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