DE3433622C2

DE3433622C2 - Filtereinsatz für in staubreichem Betrieb eingesetzte Luftfilter für Brennkraftmaschinen, Kompressoren und sonstigen luftansaugenden Maschinen

Info

Publication number: DE3433622C2
Application number: DE3433622A
Authority: DE
Inventors: Hans Erdmannsdoerfer
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1984-09-13
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2004-09-14
Also published as: DE3433622A1; GB2165769B; SE8503402D0; SE8503402L; SE454373B; US4619674A; BR8503643A; GB2165769A; GB8522481D0; MX161489A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Filtereinsatz für in staubreichem Betrieb eingesetzte Luftfilter von Brennkraft maschinen, Kompressoren und sonstigen luftansaugenden Maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein sol cher staubreicher Betrieb tritt beispielsweise beim Ein satz 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 mög lichst kleinem Durchflußwiderstand, der sich mit zunehmen der Verschmutzung erhöht und schließlich bei Erreichen einer vorgegebenen Grenze den Austausch des Filtereinsatzes erfordert.

Zur Filterung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen ver wendet man in großem Umfang Filtereinsätze, bei denen das eigentliche Filtermittel aus zickzackförmig gefaltetem 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 4000 bis 6000 cm² je m³/min angesaug ter Luft eingesetzt werden. Für staubarmen Betrieb, beispiels weise für in aller Regel auf befestigten Straßen fahrende Personenkraftwagen, sieht man demgegenüber nur eine Papier filterfläche in der Größenordnung von 1500 cm² je m³/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 Innendurchmes ser des äußeren Filterrings doppelt so groß ist wie der Innendurchmesser des inneren Filterrings. Bei beiden Filter ringen 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% ver größerte Filterfläche gegenüber einem Filtereinsatz mit nur einem einzigen, die doppelte radiale Tiefe aufweisenden Fil 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 Anfangs abscheidungsgrads ausgeführt ist.

An sich sollten Filtereinsätze mit nur einer Stufe aus zick zackförmig gefaltetem Filterpapier zur Erzielung eines aus reichend guten Anfangsabscheidungsgrades eine verhältnis mäßig große Dichte oder dementsprechend eine kleine Poren größe aufweisen, wodurch aber die Standzeit ungünstig be einflußt würde. Filterpapiere mit kleinerer Dichte bzw. größeren Poren, wie sie üblicherweise für die Filterung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen in staubreichem Be trieb verwendet werden, haben eine ausreichend lange Standzeit, dafür aber einen nicht so guten Anfangsab scheidungsgrad. Zwar verbessert sich dieser allmählich durch Bildung eines Filterkuchens, jedoch besteht natür lich der Wunsch, sofort beim Einsatzbeginn einen guten Ab scheidungsgrad zur Verfügung zu haben.

Stufenfiltereinsätze, bei denen einem grobporigen Filterpa pier ein feinporiges Filterpapier mit entsprechend größerer Dichte nachgeschaltet ist, weisen gleichfalls Mängel 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 US-PS 43 04 580 und 43 14 832 ist es bekannt, einem Hauptfiltereinsatz aus zickzackförmig gefaltetem Fil terpapier einen zweiten ähnlich aufgebauten und als separates Teil getrennt auswechselbaren Filtereinsatz nachzuschalten, der eine geringere Faltentiefe aufweist und als Sicherheits element dient. Dadurch soll verhütet werden, daß bei einer Beschädigung des Hauptfiltereinsatzes Schmutz in das Luft ansaugrohr der Brennkraftmaschine gelangt. Angaben über die in den Filtereinsätzen verwendeten Faltenzahlen und somit über die Papierflächen wie auch über das Papier selbst feh len. Eine Verbesserung des Anfangsabscheidungsgrades ist nicht angesprochen.

Die vorliegende Erfindung geht von dem eingangs aufgezeig ten, der US-PS 33 97 793 entnommenen Stand der Technik aus und hat sich die Aufgabe gestellt, mit einfachen Mitteln den Anfangsabscheidungsgrad eines derartigen Filtereinsat zes 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 auf weist, die nur 8-24% der Papierfläche des äußeren Filter rings beträgt.

Versuche haben überraschend ergeben, daß die feinen Staub partikel, die ein für die Filterung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen in staubreichem Betrieb übliches Fil terpapier vor der Bildung eines Filterkuchens passieren, von einem nachgeschalteten Filterpapier der angegebenen Ab messungen und damit bei um das mehrfache erhöhter Strömungs geschwindigkeit abgeschieden werden. Dies liegt offenbar daran, daß die feineren Staubpartikel bei der durch die kleinere Papierfläche verursachten größeren Strömungsge schwindigkeit 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.

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:

Fig. 1 einen Filtereinsatz der Erfindung, teil weise im Achsschnitt, teilweise in Sei tenansicht und

Fig. 2 den Filtereinsatz der Fig. 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 umschlos sen 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 Kleb stoff 16 fest mit ringförmigen Endscheiben 17, 18 verbunden, die den Filtereinsatz stirnseitig dicht verschließen.

Beide Filterringe 11, 12 bestehen, wie aus der Fig. 2 er sichtlich, 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 ausge legt, daß für einen Kubikmeter Luft pro Minute 4000 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.

Die radiale Tiefe des inneren Filterrings beträgt etwas mehr als 16% der radialen Tiefe des äußeren Filterrings 12. Nachdem für den äußeren Filterring 11 und für den inneren Filterring 12 die gleiche Faltenzahl vorgesehen ist, be trägt 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 Filter flächen ist die Luftgeschwindigkeit in dem inneren Filter ring 12 ungefähr sechsmal so groß wie in dem äußeren Fil terring 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 auf gefangen werden. Dieser Filtereffekt läßt mit zunehmender Staubaufnahme nach, weil sich dann auf dem äußeren Filter ring 11 ein Filterkuchen gebildet hat, der auch die feineren Staubteilchen zurückhält.

Bezugszeichenliste

10 Filtereinsatz
11 äußerer Filterring
12 innerer Filterring
13 Schutzmantel
14 Stützmantel
15 Stützmantel
16 Klebstoff
17 Endscheibe
18 Endscheibe

Claims

1. 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 gefal tetem Filterpapier bestehen und durch gemeinsame stirn seitige Endscheiben zu einer ringförmigen, hintereinan der radial von außen nach innen durchströmten Austausch filterpatrone zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeich net, 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 Filterpa piers des äußeren Filterrings (11) aufweist.

3. Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Tiefe des inneren Filter rings (12) 10-25% der radialen Tiefe des äußeren Fil terrings (11) beträgt.