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Diese Erfindung betrifft Filter und insbesondere einen
Wegwerf-Filter, welcher einen niedrigen Druckverlust
zwischen den Filtereinlaß- und -auslaßöffnungen während der
Lebensdauer des Filters aufrechterhält.
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Filter sind wohl bekannte Vorrichtungen zur Entfernung
von Verschmutzungen aus einem Fluid- oder Gasstrom. Filter
sind manchmal in Luftkompressorsystemen enthalten, welche
Farbsprühpistolen Druckluft zuführen. Solche Systeme
enthalten typischerweise einen Luftkompressor, einen
Druckluft-Speichertank, einen Druckregler, Ventile und
einen flexiblen Schlauch, um die Druckluft zur Sprühpistole
zu befördern. Bei einem kommerziellen Anstreichverfahren
kann ein zentraler Kompressor eine Anzahl von
Farbsprühpistolen durch ein ausgedehntes Druckluft-
Verteilungssystem versorgen. Luftkompressoren sind dafür
bekannt, manchmal Öl- und Wassertröpfchen in die Luft
einzubringen, wenn sie komprimiert wird. Ferner können,
wenn die Druckluft vom Kompressor durch Luftleitungen und
Schläuche zur Sprühpistole strömt, Schmutz, Rost und andere
Verunreinigungsteilchen im Luftstrom mitgerissen werden.
Der Betrieb der Sprühpistole wird diese Verunreinigungen
mit der Farbe mischen und dadurch einen geringwertigen
Farbüberzug aufbringen. Ferner sind Wasser und Öl dafür
bekannt, daß sie in Luftleitungen während des Abschaltens
der Geräte und beim Wiederstarten der Anstreichverfahren
kondensieren; solche Kondensate können durch die
Sprühpistole ausgespült werden. Deshalb sind Luftfilter oft
in Kompressorsystemen enthalten, um diese Verunreinigungen
aus der Druckluft zu entfernen. Solche Luftfilter werden
typischerweise in die Druckluft-Zufuhrleitung in enger
Nachbarschaft zur Sprühpistole eingesetzt. Als ein
alternativer Ort kann ein kleiner Luftfilter direkt auf der
Pistole befestigt werden.
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In der deutschen Beschreibung DE-C-3703271 ist ein
Feuchtigkeits- und Ölseparator zur Anwendung in
Kompressormaschinen mit Öleinspritzung beschrieben und
beansprucht und enthält ein Gehäuse, in dessen oberem Teil
eine Filterkartusche in einer perforierten Ummantelung, ein
Verbindungsstück für den Eingang der verschmutzten Luft,
ein Verbindungsstück für den Auslaß der gereinigten Luft
und ein Deflektor vorgesehen ist, welcher die Form einer
Schüssel annimmt, welche zum Boden hin offen ist und das
Verbindungsstück umgibt. Zwischen der Ummantelung und dem
Verbindungsstück für den Eingang der verschmutzten Luft ist
ein Schaumdämpfer befestigt, um die Ölsammelzone vom oberen
Teil des Verbindungsstücks zu trennen. Die Filterkartusche
enthält einen Satz perforierter Zylinder, von welchen mit
dem äußersten Zylinder beginnend jede Sekunde einer mit
einer gerippten Oberfläche, von welcher die Löcher in den
Spitzen der äußersten Rippen vorgesehen sind,
bereitgestellt wird.
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Druckluftfilter enthalten typischerweise ein zylindrisches
steifes Gehäuse mit einer Einlaßöffnung an einem Ende zur
Aufnahme ungefilterter Druckluft und einer Auslaßöffnung am
anderen Ende zur Abgabe gefilterter Luft. Ein zylindrisches
Filterelement ist innerhalb des Gehäuses zwischen den
Einlaß- und Auslaßöffnungen angeordnet. Das Filterelement
ist typischerweise aus einem porösen Papier- oder
Stoffmaterial oder einem offenzelligen Schaummaterial
gebildet. Die Struktur des Filters verursacht einen axialen
Luftstrom durch das Filterelement. Das Filterelement
absorbiert Wasser- und Öltröpfchen und fängt jeglichen
Schmutz, Rost oder andere Verunreinigungsteilchen ein,
welche vorhanden sein könnten.
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Das Filterelement stellt einen Widerstand für den
Druckluftstrom durch den Filter dar und verursacht einen
Druckverlust über den Filter. Wenn das Filterelement
Verunreinigungen ansammelt, steigt der Strömungswiderstand
und der zugehörige Druckverlust an. Das Filterelement kann
schließlich völlig verstopft werden und blockiert den
Luftstrom durch den Filter zur Sprühpistole. Wenn der
Filter einen Schwall Wasser von der Luftleitung erhält,
kann das Filtermedium versuchen sich auszudehnen. Bei
Filtern des Standes der Technik ist das Filtermedium
begrenzt. Wenn das Filtermedium Wasser absorbiert, schließt
die daraus folgende Expansion die Luftdurchgänge und der
Druckverlust über den Filter steigt. Daher haben die Filter
eine begrenzte Lebensdauer und müssen periodisch
ausgetauscht werden.
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Da der dem Filter zugeführte Druck durch einen
Druckregler relativ konstant gehalten wird, führt jeder
Anstieg des Druckverlustes über dem Filter zu niedrigerem
Druck, welcher verfügbar ist, um die Sprühpistole zu
betreiben. Selbst bei periodischem Filteraustausch kann die
Abnahme des Luftdruckes, welcher für die Sprühpistole
während des späteren Abschnitts der Lebensdauer des Filters
verfügbar ist, die Sprühpistolenfunktion ungünstig
beeinflussen. Daher gibt es einen Bedarf nach einem
Luftfilter, welcher einen niedrigen Druckverlust über sein
Filterelement während der Lebensdauer des Filters
aufrechterhält.
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Demzufolge ist es ein Ziel dieser Erfindung, einen
verbesserten In-Line-Luftfilter zu schaffen, welcher einen
niedrigen Druckverlust über sein Filterelement während der
Lebensdauer des Filters hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Luftfilter
vorgesehen, enthaltend ein geschlossenes Gehäuse, welches
eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung hat, welche in
axialer Richtung mit der Einlaßöffnung ausgerichtet ist,
ein ringförmiges Filterelement im Gehäuse, welches eine
zentrale Kammer hat, welche mit der Auslaßöffnung
ausgerichtet ist, wobei das Gehäuse eine ringförmige Kammer
bildet, welche das Filterelement umgibt, dadurch
gekennzeichnet, daß eine bewegliche Prallplatte im Gehäuse
zwischen der Einlaßöffnung und dem Filterelement angeordnet
ist, um eine Einlaßkammer zu bilden, daß die Prallplatte
einen Umfang hat und es der Prallplatte freisteht, sich im
Gehäuse unter dem Einfluß des Einlaß-Luftstromes zum
Filterelement und zur Auslaßöffnung hin zu bewegen, daß
eine Vielzahl von Luftdurchgängen um den Umfang der
Prallplatte herum getrennt voneinander angeordnet sind,
welche die Einlaßkammer mit der ringförmigen Kammer
verbinden, und daß der Luftstrom durch die Einlaßöffnung in
die Einlaßkammer auf der Prallplatte auftrifft, um die
Prallplatte gegen das Filterelement zu drücken, um eine
Dichtung zwischen der Prallplatte und dem Filterelement zu
bilden, und um eine Dichtung um die Auslaßöffnung zwischen
dem Filterelement und dem Gehäuse zu bilden.
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Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Leitschaufeln am
Gehäuse in der Einlaßkammer befestigt, wobei die
Leitschaufeln die Bewegung der Prallplatte von der
Auslaßöffnung weg begrenzen.
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Praktischerweise sind die Leitschaufeln zwischen der
Einlaßöffnung und den Prallplatten-Durchgängen voneinander
entfernt angeordnet und sind gebogen, um der Luft, welche
von der Einlaßöffnung zu den Prallplatten-Durchgängen
strömt, eine Wirbelbewegung zu verleihen, wobei die
Wirbelbewegung verursacht, daß alle Flüssigkeitströpfchen,
welche im Einlaßluftstrom mitgerissen wurden, in der
Einlaßkammer kondensieren.
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Das Filterelement enthält bei der bevorzugten Konstruktion
eine Vielzahl von ringförmigen Scheiben, welche im Gehäuse
gestapelt sind und worin Luftströme durch die
Einlaßöffnung, welche auf die Prallplatte auftreffen, die
Prallplatte bewegen, um die Scheiben zusammenzudrängen.
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Eine Ausführungsform eines Luftfilters wird nun nur als
Beispiel mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben, welche einen axialen Schnitt eines In-Line-
Filters gemäß der Erfindung darstellt.
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Beziehen wir uns nun auf die Zeichnung, wo ein In-Line-
Wegwerf-Luftfilter 10 gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform dieser Erfindung dargestellt ist. In der
Zeichnung zeigen Pfeile den Strom von Druckluft durch den
Filter 10. Der Filter 10 enthält ein zylindrisches steifes
Gehäuse 11, welches aus einem lösungsmittelbeständigen
Kunststoff wie Acetalharz geformt ist. Das Gehäuse 11 hat
ein oberes Gehäuse 12, welches mit einem unteren Gehäuse 13
mittels einer Nut- und Federverbindung 14 verbunden ist.
Das Gehäuse 11 hat eine zylindrische Seite und ein
elliptisches Ende, welches die Seite der Einlaßkammer 16
bildet. Das obere Gehäuse 12 ist dauerhaft mit dem unteren
Abschnitt 13 entlang der Verbindung 14 durch herkömmliche
Mittel wie Ultraschallschweißen, Rotationsschweißen oder
Verkleben verbunden. Während in der Figur eine Nut- und
Federverbindung dargestellt ist, wird anerkannt, daß
andere Strukturen verwendet werden können, um die oberen
und unteren Gehäuse 12 und 13 miteinander zu verbinden. Die
Nut- und Federverbindung 14 liefert jedoch eine größere
Festigkeit als viele Verbindungen, welche typischerweise
bei Luftfiltern verwendet werden. Das untere Gehäuse 13 ist
vorzugsweise mit einer bekannten elliptischen 2:1-Gestalt
geformt, um dem Filtergehäuse 11 Festigkeit hinzuzufügen,
um innere Druckbeaufschlagung zu enthalten. Das obere
Gehäuse 12 enthält äußere Rippen 15 zur Verstärkung.
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Das untere Gehäuse 13 enthält eine Einlaßöffnung 16, welche
durch einen außen mit Gewinde versehenen Nippel 17
gebildet ist, welcher sich vom unteren Gehäuse 13
wegerstreckt. Der mit Gewinde versehene Nippel 17 empfängt
eine herkömmliche Innen-Schlauchkupplung 18. Ein flexibler
Schlauch 19 ist an der Schlauchkupplung 18 befestigt, um
Druckluft zuzuführen. In ähnlicher Weise enthält das obere
Gehäuse 11 eine Auslaßöffnung 20, welche durch einen im
Innern mit einem Gewinde versehenen rohrförmigen runden
Auslaßvorsprung 21 gebildet ist. Die Auslaßöffnung 20 gibt
gefilterte Luft aus dem Filter 10 ab. Die Rippen 15 stützen
den runden Vorsprung 21. Der mit einem Gewinde versehene
runde Vorsprung 21 kann eine herkömmliche Außen-
Schlauchkupplung 22 aufnehmen, welche an einem flexiblen
Schlauch 23 befestigt ist. Als eine Alternative kann der
Filter 10 direkt auf einer Sprühpistole (nicht dargestellt)
befestigt werden, indem der mit einem Gewinde versehene
runde Vorsprung 21 direkt an einem mit einem Gewinde
versehenen Anschlußstück an dem Drucklufteinlaß an der
Sprühpistole befestigt wird.
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Ein zylindrisches Filterelement 24, welches aus einer
Vielzahl von gestapelten flachen ringförmigen Scheiben 25
besteht, ist im Gehäuse 11 untergebracht. Die einzelnen
Scheiben 25 sind aus einem herkömmlichen sorptiven Material
gebildet. Typische Materialien schließen Zellulosefaser,
synthetische Faser, Weichpapier und offenzelligen Schaum
ein. Ein bevorzugtes Material für die Scheiben 25 ist ein
Gewebe von Dupont Santara (eingetragenes Warenzeichen)
Style 8801, welches eine Mischung von Zellstoff und
Polyester ist und eine Dicke von 0,016 Inch (0,4 mm) hat.
Die Scheiben 25 expandieren, wenn flüssige Verunreinigungen
aus dem Luftstrom durch den Filter 10 absorbiert werden.
Die gestapelten Scheiben 25 bilden eine zentrale Luftkammer
26, welche ein oberes Ende hat, welches zur Auslaßöffnung
20 benachbart ist. Der Außendurchmesser der Scheiben 25 ist
geringer als der innere Durchmesser des Gehäuses 11. Daher
wird eine ringförmige äußere Kammer 27 zwischen dem äußeren
Umfang des Filterelements 24 und der inneren Oberfläche des
Gehäuses 11 gebildet.
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Eine runde Prallplatte 28 ist im Gehäuse 10 zwischen
dem Filterelement 24 und der Einlaßöffnung 16 angeordnet.
Die Prallplatte 28 hat eine Vielzahl von Kerben 29, welche
um ihren Umfang herum voneinander getrennt angeordnet sind
und Durchgänge bilden, die es der Luft erlauben, zwischen
der Prallplatte 28 und dem unteren Gehäuse 13
hindurchzuströmen. Die Prallplatte 28 wird durch gebogene
Leitschaufeln 30 gestützt, welche sich vom Boden des
unteren Gehäuses 13 zwischen der Einlaßöffnung 16 und den
Kerben 29 nach oben erstrecken. Die Prallplatte 28 trennt
eine untere Kammer 31, welche zu der Einlaßöffnung 16
benachbart angeordnet ist, von einer oberen Kammer 32,
welche zur Auslaßöffnung 20 benachbart angeordnet ist. Ein
ringförmiger Damm 33 erstreckt sich von dem unteren Gehäuse
13 um die Einlaßöffnung 16 herum in die untere Luftkammer
31.
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Das Filterelement 24 ist in der oberen Kammer 32 zwischen
der Prallplatte 28 und dem oberen Gehäuse 12
untergebracht. Die Prallplatte 28 verschließt ein unteres
Ende der zentralen Kammer 26 im Filterelement 24. Die Höhe
der Leitschaufeln 30 wird so gewählt, daß eine Lücke 34
zwischen den oberen Außenflächen der Leitschaufeln 30 und
der Bodenfläche der Prallplatte 28 existiert, wenn die
Prallplatte 28 nach oben geschoben wird. Die Lücke 34
kompensiert Abweichungen in der Dicke der einzelnen
Scheiben 25 und erlaubt eine Expansion des Filterelements
24, wenn Flüssigkeitsverunreinigungen absorbiert werden.
Die Lücke 34 ist ausreichend groß, um es der Prallplatte 28
zu erlauben, sich in axialer Richtung innerhalb des
Gehäuses 11 zu verschieben.
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Im Betrieb wird ungefilterte Hochgeschwindigkeits-Druckluft
durch die Einlaßöffnung 16 in die untere Kammer 31
eingeführt. Die Luft wird durch den Boden der Prallplatte
28 abgelenkt. Wenn die Luft abgelenkt wird, drückt der
Luftstrom die Prallplatte 28 nach oben, wobei das
Filterelement 24 leicht komprimiert wird und eine Dichtung
zwischen der Oberseite des Elements 24 und der oberen
Oberfläche des oberen Gehäuses 12 bildet. Beim Expandieren
der Luft in der unteren Kammer 31 wird die Luftstrom-
Geschwindigkeit verringert, was die Luftgeschwindigkeit
durch das Filterelement 24 verringert.
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Die gebogenen Leitschaufeln 30 verleihen dem Luftstrom in
der unteren Kammer 31 eine kreisförmige Strömung. Das
Wirbeln der Luft in der unteren Kammer 31 neigt dazu zu
veranlassen, daß jegliche mitgerissenen größeren
Öl- und/oder Wassertropfen aus dem Luftstrom abgetrennt werden.
Diese Tropfen sammeln sich am Boden der unteren Kammer 31,
wo der Damm 33 verhindert, daß sie von der einströmenden
Luft wieder mitgerissen werden. Wasser, welches sich auf
dem Boden des Filters 10 angesammelt hat, neigt dazu, im
Laufe der Zeit zu verdunsten. Daher wird Wasser, welches in
den Luftleitungen während der Geräte-Ruhezeit kondensierte,
entfernt, ohne den Sprühpistolen-Betrieb zu beeinflussen.
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Der kreisförmige Luftstrom bewegt sich an der Innenseite
der Wände des Filtergehäuses 11 durch die Prallplatten-
Kerben 29 nach oben und in die ringförmige Kammer 27. Die
Luft wird radial nach innen durch das Filterelement 24 zur
zentralen Kammer 26 gezwungen. Der radiale Strömungsweg
stellt eine wesentlich größere Filteroberfläche für die
Luft dar als ein axialer Weg, welcher bei Filtern des
Standes der Technik verwendet wurde. Das Filterelement-
Oberflächengebiet bei dieser Erfindung ist typischerweise
ungefähr 45 Prozent größer als bei Axialstrom-Luftfilter
gleicher Größe. Das Stapeln einzelner Scheiben 25 im
Filterelement 24 erlaubt es der Luft durch und zwischen
den Scheiben 25 zu strömen. Das große Filterelement-
Oberflächengebiet und das Stapeln der Scheiben 25 senkt
ferner den Druckverlust über das Filterelement 24. Wenn die
Luft durch das Filterelement 24 strömt, absorbieren die
Filterscheiben 25 sämtliche Wasser- und Öltröpfchen und
fangen Schmutz, Rost und andere Verunreinigungsteilchen
ein. Die Luft wird durch die Auslaßöffnung 20 aus der
zentralen Luftkammer 26 abgegeben.
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Die Filterscheiben 25 expandieren, wenn Wasser und Öl
absorbiert werden, und ziehen sich zusammen, wenn das ganze
absorbierte Wasser allmählich verdunstet. Die Expansion
der Scheiben 25 drückt gegen die Prallplatte 28. Die Lücke
34 erlaubt es der Prallplatte 28, sich in axialer Richtung
zur Einlaßöffnung 16 hin und von ihr weg zu verschieben,
wenn sich die Größe des Filterelements 24 ändert.
Zusätzlich verursachen höhere Eingangsluftstromraten, daß
die Prallplatte 28 nach oben verschoben wird, wobei das
Filterelement 24 komprimiert wird, um zu verhindern, daß
Verunreinigungen durch das Filterelement 24 gedrückt
werden. Daher schwimmt die Prallplatte 28 im Gehäuse 11, um
den niedrigen Druckverlust über das Filterelement 24
aufrechtzuerhalten.
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Während der Filter 10 in der Zeichnung in einer vertikalen
Position dargestellt ist, wird anerkannt, daß er in
gleich guter Weise in anderen Positionen funktioniert. Zum
Beispiel würde bei dem Filter 10 in einer horizontalen
Position jegliches Fluid, welches am Boden des Filters 10
eingefangen ist, in einen Abschnitt der äußeren
ringförmigen Kammer 27 strömen und entweder dort bleiben
oder durch einen Abschnitt des Filterelements 24 absorbiert
werden. Daher kann der Filter 10 direkt an einer
Sprühpistole befestigt werden und damit bewegt werden, ohne
die Funktion zu verschlechtern. Es wird anerkannt, daß
der Filter 10 bei anderen Anwendungen als solche, welche
Farbsprühpistolen einschließen, verwendet werden kann. Zum
Beispiel kann der Filter 10 in der Druckluft-Zufuhrleitung
für pneumatische Werkzeuge enthalten sein.