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Gasreiniger, insbesondere für Verbrennungsmotoren Die Erfindung bezieht
sich auf Verbesserungen an Einrichtungen zur Reinigung von Gasen, insbesondere der
für Verbrennungsmotoren oder andere luftverbrauchende Geräte bestimmten Luft. Vorzugsweise
werden diese Verbesserungen kombiniert angewendet, weil sie dann die größten Vorteile
bieten, sie können jedoch auch einzeln Anwendung finden, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Es ist bekannt, die Fliehkraft zur Ausscheidung von Staub aus Gasen
auszunutzen. Verschiedene Einrichtungen besitzen zu diesem Zweck eine gekrümmte
Leitung, in welcher die mit Staub beliaftete Gasströmung in Umlauf versetzt wird.
Man hat auch schon vorgesehen, die Neigung einer `'Fand dieser Leitung entsprechend
der Stellung der Organe zu verändern, welche den Einlaß des von dem Gasreiniger
gespeisten Gerätes regeln, so daß trotz. der Änderungen der Gaszufuhr die Strömungsgeschwindigkeit
ausreichend bleibt, um die Reinigung sicherzustellen. Manche Geräte dieser Art besitzen
eine gemeinsame Steuerung, von welcher die Regelung des Gasreinigers und zugleich
die Einstellung der Organe abhängig ist, welche den Einlaß des von dem Gasreiniger
gespeisten Gerätes regeln. Das so erzielte Ergebnis kann jedoch nicht befriedigen,
da es schwierig ist, eine Steuerung zu verwirklichen, welche es ermöglicht, die
Strömungsgeschwindigkeit konstant zu halten. Andererseits hängt die Gasfördermenge
von dem Faktor ab, der von der Stellung der Regelorgane unabhängig ist.
Eine
der Verbesserungen gemäß der Erfindung bezieht sich auf diese, die Fliehkraft ausnutzende
Filterbauart und kennzeichnet sich insbesondere dadurch, daß das bewegliche Element
der gekrümmten Leitung mit einer selbsttätigen Steuerung ver-.bunden ist, welche
die Stellung des beweglichen Elementes bestimmt und auf welche der Gasdruck am Ausgang
des Gasreinigers einwirkt.
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Bekanntlich ist die Fliehkraft proportional zu dem Quadrat der Geschwindigkeit
V und zu der Massera, somit zu der Fördermenge Q des Gases. Die Konstanz des Wirkungsgrades
der Einrichtung wird folglich erreicht, indem man das Produkt Q v2 konstant hält.
Andererseits ist bekannt, daß in den Grenzen, in welchen die Gasströmung laminar
ist, die Geschwindigkeit V in einem Querschnitt mit der Fläche S dieses OOuerschnitts
durch die Beziehung VS = Q verknüpft ist.
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Daraus ergibt sich, daß der Antrieb des beweglichen Teiles, welches
den Gasdurchgang verändert, so ausgebildet werden muß, daß das Produkt
annähernd konstant wird.
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Nach einer besonderen Ausführung des Fliehkraftscheiders gemäß der
Erfindung wird ein Element seiner Wandung durch einen beweglichen Flügel gebildet,
der durch eine manometrische Kapsel betätigt wird, welche mit einer Anzapfung des
statischen Druckes an der Abgangsleitung des Fliehkraftscheiders- in Richtung des
das gereinigte Gas verwendenden Gerätes verbunden ist.
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Bei einer anderen Ausführung des Fliehkraftscheiders werden die Änderungen
des Gasdurchgangsquerschnitts als Funktion der Fördermenge selbsttätig durch die
Wirkung des dynamischen Druckes des Gases erzielt, welches auf ein mit dem beweglichen
Wandungselement des Fliehkraftscheiders fest verbundenes Teil - auftritt, das in
umgekehrter Richtung einer elastischen Ausgleichskraft unterworfen ist. Diese Ausgleichskraft
wird vorzugsweise durch eine oder mehrere tarierte Federn erzeugt.
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Bei selbstbeweglichen Fahrzeugen kann man die Verschiebung des beweglichen
Elementes des Fliehkraftscheiders auch durch eine selbsttätige Einrichtung bewirken,
die mit dem Antriebsgestänge der Gasdrossel verbunden ist.
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Bei den sog. Ölbadfiltern wird das zu reinigende Gas unmittelbar oder
bei seinem Austritt aus einem Fliehkraftscheider in einen Behälter geschickt, welcher
eine im wesentlichen nicht flüchtige Flüssigkeit, z. B. ein Öl, enthält, und zwar
durch eine Rohrleitung, welche es tangential zu der Oberfläche dieses Ölbades richtet.
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Die Wirkung dieser Filterbauart beruht teilweise auf der Wirkung der
Fliehkraft, und daher besitzt sie die gleichen Nachteile, wie sie oben in bezug
auf Fliehkraftscheider dargelegt wurden, und folglich ist die Verbesserung, welche
die Erfindung bei dieser letzteren Filterbauart vorsieht und oben beschrieben wurde,
auch bei ihr anwendbar.
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Die sog. Ölbadfilter besitzen jedoch außerdem den Mangel, daß sie,
wenn sie ganz angefüllt sind, plötzlich das Öl-Staub-Gemisch hindurchgehen lassen,
welches sich dort während des Betriebes vor dem Vollaufen abgesetzt hatte.
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Eine weitere, bei dieser letzteren Filterbauart anwendbare Verbesserung
gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Rohrleitung, durch welche
das zu reinigende Gas zu der Oberfläche des Ölbades gerichtet wird, merklich oberhalb
dieser Oberfläche mündet, so daß das Gas sie nicht mehr bestreicht, sondern im Gegenteil
auf sie unter einem verhältnismäßig großen Einfallswinkel auftrifft.
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Eine weitere Verbesserung gemäß der Erfindung bezieht sich auf die
Filter, bei welchen die zu entstaubenden Gase durch eine durchlässige Trennwand
von lockerem Gefüge hindurchgehen, die durch einen Stapel oder eine Wicklung aus
flachen und gewellten oder nur gewellten perforierten Platten oder Scheiben gebildet
wird.
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Bisher besitzen diese Platten oder Scheiben den Nachteil, daß sie
sich ineinander verschachteln oder daß sie in der Wärme erweichen, wodurch die Wellungen
verschwinden und eine Erhöhung des Druckverlustes, eine Verminderung der Aufnahmefähigkeit
und ein Absinken des Wirkungsgrades eintritt.
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Eine der Verbesserungen, welche die Erfindung für diesen Fall vorsieht,
um den erwähnten Mängeln abzuhelfen, besteht darin, daß gewellte Platten in der
Weise angeordnet werden, daß die Richtung der Wellungen einer Platte in bezug auf
diejenige der benachbarten Platte um einen gewissen Winkel versetzt ist, der 9o°
erreichen kann.
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Nach einer weiteren Verbesserung, die in diesem Falle vorgesehen wird,
werden Platten verwendet, die aus einem Stoff bestehen, der verhältnismäßig hohe
Temperaturen aushalten kann, ohne eine merkliche Deformation oder Ausdehnung zu
erleiden, z. B. aus Metall, Polyamiden, mit Phenolharz oder mit Lack oder Emaillitte
getränktem Gewebe, und vorteilhafterweise mit einem fettigen Stoff, mineralischem
oder pflanzlichem Öl oder'z. B. Silikonölen überzogen sind.
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Bei allen Ausführungen von Filtern, die mit den Verbesserungen gemäß
der Erfindung ausgestattet sind, wird man vorteilhafterweise zusätzlich die Anziehungswirkung
auf die Staubteilchen ausnutzen, die in an sich bekannter Weise erzielt wird, wenn
man das Gas in ein elektrisches Feld gehen läßt, das zwischen zwei Elektroden erzeugt
wird, zwischen welchen eine hohe Potentialdifferenz besteht.
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Auf diese Weise wird die Wirksamkeit des mit den obererwähnten Verbesserungen
versehenen Filters erhöht, indem entweder das obere und das untere Teil mit Elektrizität
von entgegengesetztem Vorzeichen durch eine äußere elektrische Quelle aufgeladen
wird oder indem man die Elektrisierung der Staubteilchen ausnutzt, die unmittelbar
durch ihre Reibung an den am oberen Teil des Gerätes angeordneten Elementen erzeugt
wird, wobei diese Elemente aus einem Isolierstoff, wie Glas, Emaille, Porzellan
USW., bestehen oder einfach mit einem
solchen Stoff bedeckt
sind, während der untere Teil des Gerätes sich auf einer anderen Polarität befindet
wie der obere Teil, die entweder durch elektrische Aufladung oder durch Verbindung
mit Masse erreicht wird.
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Bei den gemäß der Erfindung verbesserten Filterpatronen werden die
Platten zu diesem Zweck vorteilhafterweise, vorzugsweise vor der Lochung, nur auf
einer ihrer Flächen mit einem Isolierstoff, falls die Platten aus Metall bestehen,
oder mit einem leitenden Stoff, z. B. aufgespritztes Metall, falls die Platten aus
einem Isolierstoff bestehen, überzogen, so daß diese Flächen unmittelbar durch die
Reibung des Gases und des Staubes oder mittelbar durch elektrische Aufladung auf
verschiedene Polarität gebracht werden und so die angestrebte elektrische Anziehungswirkung
hervorrufen.
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Eine weitere Verbesserung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die
verbesserten Filter mit einem Anzeiger für die Füllung der Filterelemente versehen
werden, der nach einer bevorzugten Ausführung aus einer manometrischen Kapsel besteht,
die in den Kreislauf der Gase eingefügt ist und ein Schauzeichen betätigt, das an
dem Steuertableau des Gerätes, an welchem der Filter angebaut ist, angeordnet ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.
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Fig. i ist ein schematischer Axialschnitt einer Ausführung eines Staubabscheiders
der Fliehkraftbauart; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. i
; Fig. 3 ist ein Axialschnitt nach der Linie a-o-b der Fig. 4 eines Staubabscheiders,
welcher in Kombination einen Fliehkraftscheider mit Ölbad und eine verbesserte Filterpatrone
besitzt; Fig. .4 ist ein Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i und 2 besitzt der Staubabscheider
einen Körper, der aus zwei konischen, an ihren Scheiteln miteinander verbundenen
Teilen besteht und an seinem Oberteil mit zwei Rohrleitungen 2 und 3 für den Einlaß
bzw. Auslaß des zu reinigenden Gases verbunden ist. Die Einlaßleitung 2 ist im Innern
des Körpers i durch eine schneckenförmige Leitung verlängert, die einen festen Flügel
5 und einen beweglichen, um eine Achse 7 gelenkig drehbaren Flügel 6 aufweist.
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Der bewegliche Flügel 6 stützt sich durch einen Stift $ an einer Endwand
einer manometrischen Kapsel 9 ab, deren andere Endwand durch eine Öffnung durchbrochen
ist. Diese Öffnung ist mit einem Rohr io verbunden, welches mit einer Anzapfung
i i des statischen Druckes in der Ausgangsleitung 3., in Verbindung steht.
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Eine von dem Filterlcörpgr isolierte Metallplatte 12 ist im unteren
Teil des Körpers i angeordnet und mit Masse verbunden, während der obere Teil der
Rohrleitung 3 mit einem Pol einer Batterie 13 verbunden ist, deren anderer Pol ebenfalls
an Masse liegt. Das mit Staub beladene Gas, welches durch die Leitung :2 eintritt,
wird einerseits einer Fliehkraftwirkung in dem Schneckengang 4 unterworfen, welche
die Abscheidung des Staubes bewirkt, der in den Entspannungskonus am unteren Teil
des Körpers i fällt. Die Abscheidung und Absetzung des Staubes wird dabei einerseits
durch die Wirkung des zwischen der Platte 12 und dem oberen Teil der Rohrleitung
3 erzeugten elektrischen Feldes und andererseits durch die Geschwindigkeitsänderung
beim Durchgang durch das konische Oberteil zum konischen Unterteil des Körpers i
verbessert.
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Wenn die Fördermenge des Gases zunimmt, wird der statische Druck in
der Leitung 3 abnehmen, und diese aus der Anzapfung ii durch das Rohr io auf die
manometrische Kapsel 9 übertragene Druckabnahme bewirkt ein Zusammendrücken dieser
Kapsel und folglich eine Verdrehung des beweglichen Flügels 6 um seine Achse 7.
Der Flügel 6 nimmt dann die in Fig. 2 strichpunktierte Lage 6' ein, und der Durchgangsquerschnitt
des zu reinigenden Gases wird erhöht, in Übereinstimmung mit den Bedingungen, welche
oben für die Konstanthaltung des Wirkungsgrades des Gerätes angeführt wurden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 besitzt der Staubabscheider
ein zylindrisches Gehäuse 14, welches durch einen mittels zweier umklappbarer Schraubenbolzen
und Flügelmuttern 16 festgehaltenen Deckel 15 verschlossen und an seiner Seitenwand
von einer Öffnung durchbrochen ist, an welche sich eine Austrittsleitung 17 für
das gereinigte Gas anschließt. Eine zylindrische Rohrleitung i8 für den Einlaß des
zu reinigenden Gases tritt axial in das Gehäuse 14 ein.
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Am unteren Teil dieses Rohres iß schließt sich durch Elemente i9 von
beispielsweise kegelstumpfförmiger Gestalt eine doppelte Rohrleitung 2o, 2ö an,
welche zwischen ihren Wandungen eine Art von. Schneckengang umgrenzt, der dem Gas
eine zentrifugale Umlaufbewegung erteilen soll. Ein kleines Rohr 21 ist im unteren
Teil des Rohres 18 verschiebbar und wird durch eine innere Feder 22, welche sich
an der unteren Grundplatte des Gehäuses 14 abstützt, dauernd elastisch nach oben
zurückgeholt. Am Kopfende des Rohres 21 ist ein Teil, z. B. aus dünnem Blech, befestigt,
welches aus drei verschweißten Elementen besteht, nämlich einer kreisförmigen Scheibe
2:3 und zwei Stegen 2.1, 24', die passend zentriert sind und deren äußere Form der
inneren Form der Rohrleitungen ->o und 2ö entspricht. Diese beweglichen Stege 24
und 2: umgrenzen mit den Innenwänden der Rohrleitungen 2o und 20' und den schrägen
Anschlußelementen ig ein Durchgangsrohr für das Gas, dessen Querschnitt sich init
der Lage des Rohres 2i verändert.
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Im oberen Teil der Einrichtung umgibt eine ringwulstförmige Filterpatrone
25 das Einlaßrohr iä und ruht auf einem kegelstumpfförmigen Teil 26, welches eine
Zwischenwand bildet. Eine volle Trennwand 27, welche um das Rohr i8 ausgerichtet
ist, bedeckt die Patrone 25. Diese Patrone 25 besteht
aus einer
Wicklung von gewellten Platten 28, deren Wellungsrichtung von einer Platte zur anderen
um 9o° versetzt ist. Diese Platten bestehen aus Metall, sie könnten jedoch auch
aus Polyamiden oder einem anderen plastischen Kunststoff oder z. B. aus mit Phenolharz
getränktem Gewebe bestehen. Sie sind von Löchern durchbrochen, deren Durchmesser
zwischen i und 2 mm liegt, während die Höhe der Wellungen zwischen i und 2 mm gewählt
ist und die Anzahl der Löcher von 7 bis i 5 je Quadratzentimeter der abgewickelten
Fläche schwankt. Wenn die Platten aus ,Metall bestehen, können sie gegebenenfalls
auf einer Seite vor der Lochung mit einem isolierenden Stoff, wie z. B. Cellulose-
oder synthetischem- Lack, bedeckt und mit einem fettigen Stoff, z. B. Mineralöl
oder Silikonöl, überzogen werden.
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Die Seitenwände 2g der Patrone 25 bestehen aus zylindrischen gelochten
Blechen. Eiri Ölbad 3o bedeckt die untere Grundplatte des -Gehäuses 1q,, wobei sein
Spiegel annähernd bis zum unteren Ende der zylindrischen Röhren 2o und 2o' reicht:
Im Betrieb tritt das zu entstaubende Gas im oberen Teil des Filters durch das Rohr
18 ein und trifft auf das Kopfende des beweglichen Rohres 21, wobei dessen Feder
:22! wird und das Rohr 2z eine Gleichgewichtslage einnimmt, die von der Einstellung
der Feder und von dem dynamischen Druck des Gases abhängt. Je größer die Fördermenge
des Gases ist, desto größer ist sein dynamischer Druck und um so mehr wird die Feder
22 zusammengedrückt. Der Kopf des Rohres 2,1 nimmt bei seiner Bewegung die an die
Scheibe 23 angeschweißten Stege 24, 2q.' mit, und das Gas durchströmt die Leitungen
20, 2;o', die einen Zyklon bilden, dessen Durchgangsquerschnitt mit der Fördermenge
zunimmt, in Übereinstimmung mit den Bedingungen, die für die Konstanz des Wirkungsgrades
der Einrichtung gegeben sind.
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Am Austritt des Zyklons 2o, 2o' trifft das von einem Teil des Staubes
befreite Gas in schräger Richtung auf die Oberfläche des Ölbades, wo es einen weiteren
Teil des Staubes abgibt. Das Gas wendet sich dann auf dieser Oberfläche zurück und
steigt in den Raum, der zwischen dem Eintrittsrohr iä ünd der Innenwand der Filterpatrone
liegt. Das Gas durchströmt sodann je nach seiner zentrifugalen Bewegung die gelochten
Platten der Patrone, wo es den noch vorhandenen Staub abgibt, und entweicht durch
das Austrittsrohr 17.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Insbesondere könnten die verbesserten Elemente für die Staubabscheidung,
wie sie beschrieben und dargestellt wurden, in beliebiger - Weise kombiniert werden.
Ferner könnte ein Filter der Zyklonbauart, dessen Querschnitt unter der Wirkung
des dynamischen Druckes des Gases veränderlich ist, ohne Filterpatrone benutzt werden.
Man könnte auch eine gemäß der Erfindung verbesserte Filterpatrone bei einem verbesserten
Zyklon benutzen, dessen Querschnitt von einer manometrischen Kapsel gesteuert wird
und der gegebenenfalls mit einem Ölbad ausgestattet sein kann. Die Veränderung des
Durchgangsquerschnitts des Gases in dem Zyklon kann in beliebiger Weise bewirkt
werden, nicht nur durch Verschiebung einer Wandung der Rohrleitung in Form eines
Schneckenganges, sondern beispielsweise durch Verschiebung von zwei Wandteilen der
Rohrleitung, wobei die Verschiebung des einen Wandteiles von einer Einrichtung einer
bestimmten Bauart und die Verschiebung des anderen Wandteiles von einer Einrichtung
der gleichen oder einer anderen Bauart gesteuert wird. Die am unteren Teil des Körpers
eines Filters, z. B. der Zyklonbauart, gelegene Platte kann aus Isolierstoff anstatt
aus Metall bestehen und mit einer Potentialquelle verbunden werden, die ein anderes
Potential hat als die Quelle, mit welcher der Körper dieses Filters verbunden ist.