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Luftfilter für luftansaugende Maschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen
und Kompressoren Die Erfindung bezieht sich auf Luftfilter für luftansaugende Maschinen,
insbesondere für Brennkraftmaschinen und Kompressoren, mit einem zwischen zwei axial
gegeneinander anziehbaren Endscheiben anliegenden, ringförmigen Filtereinsatz, der
radial von außen nach innen durchströmt wird und aus nachgiebigem oder elastischem
Schaumstoff besteht; dabei soll dieser Schaumstoff, vorzugsweise Polyurethan, der
normalerweise durchweg annähernd gleiche Porengröße aufweist, in der für Filter
dieser Art bekannten Weise offene, miteinander verbundene Poren besitzen, deren
durchströmter Querschnitt von der Mittelachse des Ringes zu seinem Umfang hin progressiv
zunimmt.
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Durch diese Vorschrift für die Porosität wird bezweckt, daß die Verstopfung
der radial in Strömungsrichtung weiter außen liegenden Poren, in denen sich zunächst
die größeren Staub- und Schmutzteilchen absetzen, möglichst nicht früher erfolgt
als in den radial innen liegenden Poren, die die bis zu diesen vordringenden kleineren
Staubteilchen aufnehmen. Durch die Vergleichmäßigung der Ablagerung in radial aufeinanderfolgenden
Schichten des Filtereinsatzes wird die Ausnutzung und damit die Gebrauchsdauer des
Filtereinsatzes auf diejenige Betriebszeit erhöht, in der die radial außenliegenden
Teile des Filterringes vollständig oder nahezu vollständig zugesetzt werden.
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Bei den bekannten Filtern wird die Zunahme der Porosität des durchströmten
Querschnitts von der Mittelachse zum Umfang hin dadurch erreicht, daß Filterschichten
aus unterschiedlichem Material mit entsprechend zunehmender Porosität radial aufeinanderfolgen.
Ein solcher Aufbau ist bekannt für Fasermaterial verschiedener Porosität. Eine solche
Zusammensetzung verschiedener Materialschichten bringt nicht nur konstruktive Umständlichkeit
im Aufbau des Filtereinsatzes mit sich, sondern bedingt auch, daß die Porosität
nur in groben, im allgemeinen zwei Stufen verändert werden kann, aber nicht kontinuierlich
von innen nach außen verändert werden kann. In jedem der aufeinanderfolgenden Ringbereiche
des Filtereinsatzes bleibt dann aber die Porengröße durchschnittlich in radialer
Richtung konstant, so daß für jeden Teilring bzw. jede Filtermaterialschicht der
Nachteil entsteht, daß seine radial außen liegende Ringzone sich schneller verstopft
als seine radial innen liegende Ringzone.
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Es ist aber auch bekannt, einen einstöckigen Filtereinsatz aus miteinander
verbundenen Fasern, die auch synthetische Fasern sein können, in verschieden dichter
Zusammenstellung zu formen, derart, daß die Dichte und damit die Porosität des erhaltenen
Filterkörpers in einer bestimmten Körperrichtung progressiv zunimmt. Aber auch diese
Fertigung eines einstöckigen Filterblocks ist umständlich und unwirtschaftlich im
Vergleich zu der Fertigung und den Dosten eins nicht aus Fasern, sondern in üblicher
Weise aus synthetischem Schaumstoff hergestellten porösen Schaumstoffblocks. Ein
solcher Block besitzt aber, wie gesagt, normalerweise in jeder Richtung gleiche
Porengröße.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der vorgenannten Filtermaterialien
und Filtereinsätze zu beheben und die Vorteile der einfachen und billigen Fertigung
auszunutzen, die für poröse Schaumstoffe mit durchschnittlich gleicher Porengröße
gegeben sind. Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die angestrebte
und an sich bekannte progressive Zunahme der Porengröße durch axiales Zusammenpressen
des zylindrischen Filterkörpers zwischen zwei kegelstumpfförmigen Endscheiben erreicht
wird, die dabei mit ihrer äußeren Mantelfläche am Schaumstoffilterkörper anliegen.
Wie ersichtlich, ergibt sich durch diese Zusammenpressung und in dem Maße dieser
Zusammenpressung, abhängig vom
Kegelwinkel der Endscheiben, in dem
axial zusammengepreßten Bereich eine gleichmäßig und radial nach innen stetig abnehmende
Porengröße und kann der Grad dieser Abnahme durch die Wahl der vorgenannten Faktoren
der Zusammenpressung nach Wunsch eingestellt werden. Das Filtermaterial braucht
nun nicht mehr aus mehreren konzentrischen Schichten zusammengesetzt zu werden,
sondern kann in einfacher Weise in einem Stück aus entsprechend gewähltem Schaumstoff
herausgeschnitten werden.
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Der Filtereinsatz kann z. B. in an sich bekannter Weise aus einem
Schaumstoffband mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt gefertigt werden, das
in gestrecktem Zustand Poren ungefähr gleicher Größe besitzt und in ringförmigem
Zustand zwischen die kegelstumpfförmigen Endscheiben eingepreßt wird. Bei der Bildung
des Ringes werden ohnehin schon die der Ringmitte näher gelegenen Poren des Schaumstoffbandes
zusammengedrückt und die radial außen gelegenen Poren relativ zu diesen aufgeweitet.
Dieser erwünschte Effekt wird dann durch das Zusammenpressen zwischen den kegeligen
Endscheiben noch wesentlich verstärkt.
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Vor- und nachstehend wird dem Erfindungszweck entsprechend unter dem
Ausdruck »Porengröße« vor allem der von der zu filternden Luft durchströmte Porenquerschnitt
verstanden, gleichviel, ob bei der ungeordneten Lage der verformten Poren sich dieser
Querschnitt in axialer Richtung, in geneigter Richtung oder in radialer Richtung
erstreckt.
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Vorzugsweise besitzt der bei dem Filterring verwendete Schaumkunststoff
in nicht zusammengedrücktem Zustand 300 bis 350 Poren je Kubikzentimeter. Bei dieser
und anderen Ausführungsformen der Erfindung ist Polyurethanschaumstoff für die Fertigung
des Filterringes zu bevorzugen, weil der Ring sich leicht mit der vorgenannten günstigen
Feinporigkeit herstellen läßt. Seine schallschluckenden Eigenschaften machen ihn
zur Verwendung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Fahrzeugmotoren, besonders
geeignet. Ein erfindungsgemäßes Luftfilter kann besonders vorteilhaft auch in stark
staubgeladener Atmosphäre verwendet werden, z. B. bei Motoren für Ackerschlepper
oder für in Wüstengebieten eingesetzte Fahrzeuge.
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Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände
der Unteransprüche 2 und 3 Schutz nur in Verbindung mit dem Gegenstand des Hauptanspruchs
begehrt wird.
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Die Ausführung der Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand
der Zeichnungen für eine Ausführungsform veranschaulicht, und zwar zeigt F i g.
1 schaubildlich in auseinandergenommenem Zustand die Teile dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftfilters und F i g. 2 einen Querschnitt durch die Ausführungsform
nach F i g. 1 nach Zusammensetzung der Filterteile.
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Bei der Ausführungsform des Luftfilters nach F i g. 1 besteht der
Filtereinsatz aus einem Polyurethanschaumstoffring 1. Dieser Filterring wird aus
einem zunächst geradlinigen Band oder Strang des Polyurethanschaumstoffs durch Biegen
hergestellt. Der ursprüngliche Strang hat rechteckigen Querschnitt und offene Poren,
die miteinander in Verbindung stehen und über den ganzen Querschnitt die gleiche
Größe haben. F i g. 1 zeigt den Strang in dem Zustand, in dem er schon zu einem
Filterring gebogen ist. Die Stirnendflächen sind bei 6 miteinander verklebt.
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Durch den Biegevorgang werden die Poren in den dem mittleren Hohlraum
2 radial näher gelegenen Teilen des Filterringes zusammengepreßt, während die Poren
in den radial näher dem äußeren Umfang gelegenen Teilen des Filterringes aufgeweitet
werden. Hierdurch ergibt sich beim Biegen des Bandes oder Stranges zu einem Ring
schon eine vom äußeren Ringumfang bis zum inneren Hohlraum 2 stetig abnehmende Porengröße
und entsprechend ein stetig abnehmender Querschnitt der Poren für den Durchtritt
der zu filternden Luft, die den Filterring radial von außen nach innen durchdringen
soll.
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Beim Zusammenbau des Filters mit dem Filterring 1 wird in den
inneren axialen Hohlraum 2 ein verhältnismäßig starrer zylindrischer Stützkörper
11 eingesetzt, der für die Luft durchlässig ist und z..B. aus steifem Drahtgeflecht
oder aus gelochtem Metallblech besteht. Sein Außendurchmesser ist gleich demjenigen
des Innendurchmessers des Hohlraums 2, der dann gegeben ist, wenn der Filterring
1 an seinen Stirnenden gemäß F i g. 2 fertig zur Ringform gebogen und verklebt worden
ist.
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Um die Außenseite des Filterringes 1 wird ein gelochtes Metallband
10 herumgelegt, dessen Stirnenden in geeigneter Weise miteinander verbunden
werden. Das Metallband 10 bildet dann einen äußeren Ring, dessen Innenseite dicht
an die Umfangsfläche des Filterringes 1 anliegt. Statt dessen kann natürlich ein
fertiger gelochter Ringkörper 10 axial über den Filterring geschoben werden.
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Um ein vollständiges Gehäuse für den Filterring 1
zu bilden,
ist eine untere Endscheibe 4 und eine obere Endscheibe 5 vorgesehen. Die
Durchmesser dieser Scheiben sind dem Außendurchmesser des Filterrings
1 gleich oder etwas größer als dieser; die Scheiben legen sich mit der ebenen
Oberseite bzw. der ebenen Unterseite auf die entsprechenden Stirnflächen des Filterrings
bei dem Zusammenbau auf, welch letzterer nachstehend an Hand der F i g. 2 näher
beschrieben wird. Die untere Scheibe 4 besitzt eine Mittelöffnung, in die
ein Anschlußstutzen 3 eingesetzt ist, der in den Hohlraum 2 mit entsprechendem Durchmesser
etwas hineinragt und dessen nach außen vorstehendes Ende zum Anschluß des Filters
an den Luftverbraucher dient, z. B. an das Luftansaugrohr einer Brennkraftmaschine,
insbesondere am Vergaser oder an das Luftansaugrohr eines Kompressors.
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Die Endscheiben 4 und 5 sind erfindungsgemäß nicht als ebene Scheiben,
sondern als kegelstumpfförmige Körper ausgebildet, die sich zu den benachbarten
Stirnseiten des Filterrings 1 hin verjüngen und nach dessen Hohlraum 2 hin vorspringen.
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Die obere Scheibe 5 setzt sich mit ihrem Mittelteil beim Zusammenbau
auf den Stützkörper 11 auf und drückt diesen gegen die untere Endscheibe
4 an.
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F i g. 2 zeigt im Querschnitt die Ausführungsform nach F i g. 1 in
zusammengebautem Zustand. Der luftdurchlässige Stützkörper 11 besitzt, wie
in F i g. 2 ersichtlich, geringere axiale Länge, als die axiale Dicke des Filterringes
1 beträgt. Ein Schraubenbolzen 7 ist mittels eines Quersteges 7b mit dem Stutzen
3 verbunden, der seinerseits fest mit der unteren Endscheibe 4 verbunden
ist; die obere Endscheibe 5 besitzt eine dem Bolzendurchmesser angepaßte Öffnung
B. Beim Zusammenbau der
Teile 1, 4, 11 und 5 ragt der Bolzen 7 durch
die Öffnung 8 hindurch und wird an seinem Gewindeende 7b mittels einer Schraubenmutter
9 angezogen. Hierdurch werden die Endscheiben 4 und 5 axial gegeneinander gezogen
und gegen die flachen Stirnseiten des Filterringes 1 angedrückt, bis sie auf die
Kanten des Außenringes 10 aufsetzen und wird gleichzeitig der Filterring 1 axial
zusammengepreßt, wobei er den in F i g. 2 ersichtlichen trapezförmigen Querschnitt
erhält. Diese axiale Zusammenpressung wirkt sich, radial von außen nach innen zunehmend,
auf die Größe der Poren des Filterringes aus, d. h. die nahe dem Umfang des Filterringes
liegenden Poren werden nur wenig oder gar nicht zusammengepreßt, während die der
Mittelachse des Filterringes näher liegenden Poren stärker zusammengepreßt werden
und entsprechend geringere Porengröße bzw. entsprechend geringeren Luftdurchtrittsquerschnitt
erhalten. Die axiale Zusammenpressung des Filters dient also der angestrebten Veränderung
der Porengröße.
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Der Filterring kann eine axiale Dicke haben, die der axialen Abmessung
des Außenringes 10 gleich ist. Statt dessen kann vorzugsweise der Filterring
1 vor dem Zusammenbau eine größere axiale Dicke haben, als die axiale Länge des
Ringes 10 beträgt. Er wird dann beim Gegeneinanderziehen der Endscheiben 4 und 5
auf die gewünschte axiale Dicke zusammengepreßt. Hierdurch wird die ursprüngliche
Porengröße im Filterring verringert, so daß durch diese Zusammenpressung die Porengröße
auf das gewünschte Maß eingestellt werden kann. Es ist gleichgültig, ob sich im
zusammengebauten Zustand die Endscheiben 4 und 5 auf die Kanten des Ringes 10 auflegen
oder einen geringeren Außendurchmesser als dieser Ring 10 besitzen, so daß sie sich
beim Gegeneinanderziehen in den inneren Raum des Ringes einschieben. Im letztgenannten
Falle ist der Außendurchmesser der Scheiben 4 und 5 gleich dem Innendurchmesser
des Ringes 10 zu wählen.
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Wie ersichtlich, kann dieses Ziel bei einer Ausführungsform gemäß
F i g. 1 auch dann erreicht werden, wenn der Filterring 1 in nicht zusammengepreßtem
Zustand über seine radiale Dicke gleichmäßige Porengröße besitzt. Es braucht also
der Filterring abweichend von der Zeichnung nicht durch Biegen eines geraden Stranges
hergestellt zu werden, wenn Endscheiben zu seiner Zusammenpressung verwendet werden,
die axial gegen den Filterring hin und radial zu seiner Mitte hin vorspringen und
gegeneinandergezogen und gegen die Stirnseiten des Filterringes angepreßt werden.
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Der Anpreßdruck kann je nach der gewünschten Porengröße durch mehr
oder weniger starkes Anziehen der Bolzenmutter 9 veränderlich eingestellt werden.
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Ist der Filterring 1 gemäß F i g. 1 durch Biegen eines geraden Stranges
oder Bandes hergestellt worden, so trägt die aus F i g. 2 ersichtliche zunehmende
Zusammenpressung des Filterringes nach seiner Mittelachse zu in erwünschter Weise
zur Erzielung der angestrebten radialen Veränderung der Porengröße bei.