DE10111381A1 - Zentrifuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mittels durchströmender Flüssigkeit antreibbare Zentrifuge für eine Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus der Flüssigkeit. Die Zentrifuge besitzt einen Eintritt, durch den die Flüssigkeit in die Zentrifuge eintritt, sowie wenigstens einen Austritt, der bezüglich einer Rotationsachse der Zentrifuge exzentrisch angeordnet ist und die Zentrifuge nach dem Rückstoßprinzip antreibt. DOLLAR A Um die Viskositätsabhängigkeit der Zentrifugenfunktion zu reduzieren, ist ein Austrittsdurchmesser des Austritts und/oder ein kleinster Durchmesser im Austritt größer als eine in Strömungsrichtung gemessene Länge eines Abschnitts des Austritts mit diesem Austrittsdurchmesser oder diesem kleinsten Durchmesser.

Description

Die Erfindung betrifft eine mittels durchströmender Flüssig­ keit antreibbare Zentrifuge für eine Vorrichtung zum Abtren­ nen von Verunreinigungen aus der Flüssigkeit, mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Zentrifuge ist beispielsweise aus der DE 43 06 431 C2 bekannt und weist einen zentralen, axialen Ein­ tritt auf, durch den Flüssigkeit in die Zentrifuge eintritt. Die bekannte Zentrifuge weist außerdem wenigstens zwei Aus­ tritte auf, die bezüglich einer Rotationsachse der Zentrifu­ ge exzentrisch angeordnet ist und die Zentrifuge nach dem Rückstoßprinzip antreibt. Zu diesem Zweck ist jeder Austritt so angeordnet und so orientiert, dass die Flüssigkeit im we­ sentlich tangential aus der Zentrifuge und bei mehreren Aus­ tritten gleichsinnig austritt, wodurch die Zentrifuge nach dem Rückstoßprinzip in Rotation versetzt wird.

Die bekannte Zentrifuge bildet einen Bestandteil einer Vor­ richtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem Schmieröl einer Brennkraftmaschine, wobei die Zentrifuge für ihren Antrieb vom zu reinigenden Schmieröl durchströmt wird.

Insbesondere bei dieser bevorzugten Anwendungsform der ein­ gangs genannten Zentrifuge ist es besonders wichtig, dass die Zentrifuge bereits bei relativ geringen Drücken in Rota­ tion versetzt wird, um ihre Reinigungswirkung entfalten zu können. Schmieröl besitzt bekanntermaßen die Eigenschaft, dass sich seine Viskosität temperaturabhängig ändert. Bei höheren Temperaturen ist das Schmieröl relativ dünnflüssig, so dass bereits ein relativ geringer Druck ausreicht, die Zentrifuge in die gewünschte Rotation zu versetzen. Bei niedrigeren Temperaturen, insbesondere beim Warmlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, ist das Schmieröl relativ dickflüs­ sig. Dabei hat sich gezeigt, dass der übliche Öldruck dann nicht mehr ausreicht, die Zentrifuge hinreichend in Rotation zu versetzen.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Zentrifuge der eingangs genannten Art eine Ausfüh­ rungsform anzugeben, bei welcher der Einfluss der Viskosität der die Zentrifuge zum Antrieb durchströmenden Flüssigkeit reduziert ist.

Dieses Problem wird durch eine Zentrifuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Aus­ tritt bzw. die Austritte der Zentrifuge konstruktiv so aus­ zugestalten, dass die den Austritt durchströmende Flüssig­ keit nur einer relativ geringen Wandreibung bzw. Wandhaftung ausgesetzt ist. Der Austritt einer herkömmlichen Zentrifuge ist stets als Düse ausgebildet und besitzt dementsprechend einen relativ langgestreckten zylindrischen Abschnitt, des­ sen axiale Länge stets größer ist als sein Durchmesser. Die­ se Düsenform ermöglicht zwar im jeweiligen Auslegungspunkt der Zentrifuge, bei dem insbesondere eine vorbestimmte Be­ triebstemperatur herrscht, eine optimale Rückstoßwirkung, zeigt jedoch bei abnehmender Schmieröltemperatur einen zu­ nehmenden Reibungseinfluss, der bei den relativ niedrigen Starttemperaturen der Brennkraftmaschine dazu führt, dass die Zentrifuge nicht oder nur unzureichend in Rotation ver­ setzt werden kann.

Im Unterschied dazu wird bei der Erfindung ein Austritts­ durchmesser des Austritts und/oder ein kleinster Durchmesser im Austritt größer gewählt als eine in Strömungsrichtung ge­ messene Länge eines Abschnitts des Austritts mit diesem Aus­ trittsdurchmesser bzw. mit diesem kleinsten Durchmesser. Mit anderen Worten: Die axiale Länge eines zylindrischen Ab­ schnitts wird bei der Erfindung kleiner gewählt als dessen Durchmesser. Im Extremfall wird die axiale Länge des Ab­ schnitts quasi auf den Wert Null reduziert, d. h. bei der Er­ findung ist der kleinste Durchmesser bzw. Austrittsdurchmes­ ser nicht durch einen bzw. in einem zylindrischen Abschnitt gebildet. Der Austritt wird bei der erfindungsgemäßen Zen­ trifuge somit nach Art einer Blende ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Austritts oder der Aus­ tritte wird der Einfluss der Wandreibung bzw. Wandhaftung deutlich reduziert, da die aus dem Austritt ausströmende Flüssigkeit nur noch über eine sehr kleine Kontaktfläche mit Wandbereichen des Austritts in Kontakt steht. Mit dem Ein­ fluss der Wandreibung bzw. Wandhaftung nimmt auch der Ein­ fluss der Viskosität auf den aus dem Austritt austretenden Volumenstrom deutlich ab. Für die bevorzugte Anwendungsform der erfindungsgemäßen Zentrifuge hat dies zur Folge, dass die Zentrifuge bereits bei deutlich niedrigeren Öltemperatu­ ren hinreichend in Rotation versetzt werden kann, wodurch die Zentrifuge entsprechend früher ihre Reinigungswirkung entfalten kann.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine stark vereinfachte Seitenansicht auf eine Zentrifuge nach der Erfindung,

Fig. 2A-2I jeweils einen Längsschnitt durch einen Austritt der Zentrifuge gemäß Fig. 1, jeweils bei einer anderen Ausführungsform.

Entsprechend Fig. 1 besitzt eine erfindungsgemäße Zentrifuge 1 z. B. ein zylindrisches Gehäuse 2, das koaxial zu seiner Längsachse 3 drehbar gelagert ist. Vorzugsweise wird diese Zentrifuge 1 in einer Vorrichtung zum Abtrennen von Verun­ reinigungen aus einer Flüssigkeit verwendet. Insbesondere kommt eine derartige Zentrifuge 1 bei einer Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem Schmieröl bei Brennkraftmaschinen zur Anwendung, um dort Verunreinigungen, insbesondere Ruß aus dem Schmieröl auszuscheiden. Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden.

Damit die Zentrifuge 1 besonders leichtgängig gelagert ist, wird eine stehende Anordnung, also eine Anordnung mit verti­ kaler Rotationsachse 3, bevorzugt. Grundsätzlich sind jedoch auch andere räumliche Anordnungen möglich.

Die Zentrifuge 1 besitzt bei der hier beispielhaft gezeigten Ausführungsform an einem axialen Ende einen zentralen Ein­ tritt 4, durch den gemäß einem Pfeil 5 die zu reinigende Flüssigkeit, insbesondere Schmieröl, in die Zentrifuge 1 eintritt.

An ihrer Unterseite 6 besitzt die Zentrifuge 1 wenigstens eine, hier zwei, Austritte 7, die bezüglich der Rotationsachse 3 exzentrisch, möglichst weit radial außen angeord­ net sind. Dabei sind die Austritte 7 so angeordnet und ori­ entiert, dass die Flüssigkeit im Betrieb der Zentrifuge 1 im wesentlichen tangential aus den Austritten 7 austritt. Dabei tritt die Flüssigkeit bei sämtlichen Austritten 7 gleichsin­ nig aus der Zentrifuge 1 aus, um nach dem Rückstoßprinzip die Zentrifuge 1 in Rotation zu versetzen. Dementsprechend ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 nur der links darge­ stellte Austritt 7 dem Betrachter zugewandt, während der rechts angeordnete Austritt 7 vom Betrachter abgewandt ist. Es ist klar, dass die Zentrifuge 1 auch mehr als zwei Aus­ tritte 7 aufweisen kann.

Die aus den Austritten 7 austretende Flüssigkeit ist bei dem links gezeigten Austritt 7 durch einen Pfeil 8 angedeutet. Die daraus resultierende Rotation der Zentrifuge 1 ist durch einen entsprechenden Pfeil 9 dargestellt.

Entsprechend den Fig. 2A bis 2I besitzt jeder Austritt 7 einen Austrittsquerschnitt 10, durch den die Flüssigkeit aus dem Austritt 7 austritt. Der Austrittsquerschnitt 10 besitzt einen Austrittsdurchmesser 11.

Desweiteren weist jeder Austritt 7 einen kleinsten Quer­ schnitt 12 auf, der dementsprechend einen kleinsten Durch­ messer 13 besitzt. Bei den Ausführungsformen der Fig. 2A, 2B, 2D, 2E, 2F, 2G und 2H ist der kleinste Querschnitt 12 durch den Austrittsquerschnitt 10 gebildet, so dass der kleinste Durchmesser 13 dem Austrittsdurchmesser 11 entspricht. Bei den anderen Ausführungsformen der Fig. 2C und 2I ist der kleinste Querschnitt 12 weiter innen im Austritt 7 angeordnet, so dass auch der kleinste Durchmesser 13 klei­ ner ist als der Austrittsdurchmesser 11. Bei diesen Ausfüh­ rungsformen der Fig. 2C und 2I ist außerdem ein Abschnitt 17 vorgesehen, der den größeren Außendurchmesser 11 aufweist.

Jeder Austritt 7 besitzt einen mit dem kleinsten Durchmesser 13 versehenen Abschnitt 14, der eine in Strömungsrichtung gemessene Länge 15 besitzt. Dabei ist die Strömungsrichtung, mit der die Flüssigkeit den Austritt 7 durchströmt, durch einen Pfeil 16 symbolisiert. Bei den Ausführungsformen der Fig. 2A, 2B, 2C, 2E, 2F und 2H besitzt diese Länge 15 einen in der jeweiligen Darstellung erkennbaren Wert. Dementspre­ chend ist der Abschnitt 14 bei diesen Ausführungsformen über seine Länge 15 mit einem konstanten Querschnitt ausgestat­ tet, der den Austrittsdurchmesser 11 bzw. den kleinsten Durchmesser 13 besitzt. Im Unterschied dazu besitzt diese Länge 15 bei den Ausführungsformen der Fig. 2D, 2G und 2I einen sehr kleinen Wert, der hier nicht mehr erkennbar ist und quasi gegen Null geht oder mehr oder weniger Null ist. Die Länge 15 dieses Abschnitts 14 ist bei diesen Ausfüh­ rungsformen durch einen Punkt symbolisiert. Dementsprechend ist bei diesen Ausführungsformen die in Strömungsrichtung 16 gemessene Länge 15 im Abschnitt 14 quasi auf Null reduziert, so weit dies im Hinblick auf die jeweiligen Fertigungstole­ ranzen herstellungstechnisch möglich ist.

Erfindungsgemäß gilt für sämtliche Ausführungsformen der Zu­ sammenhang, dass der kleinste Durchmesser 13, insbesondere zumindest 50% oder wenigstens 100%, größer ist als die in Strömungsrichtung 16 gemessene Länge 15 des mit dem klein­ sten Durchmesser 13 versehenen Abschnitts 14. Abgesehen von den Ausführungsformen der Fig. 2C und 2I gilt außerdem der Zusammenhang, dass der Außendurchmesser 11, insbesondere zu­ mindest 50% oder wenigstens 100%, größer ist als die in Strömungsrichtung 16 gemessene Länge 15 des mit dem Außen­ durchmesser 11 versehenen Abschnitts 14.

Durch diese Maßnahme wird der Reibungseinfluss und somit der Viskositätseinfluss auf die Durchflussmenge am Austritt 7 reduziert. Experimentell wurde nachgewiesen, dass bei Schmieröl der Viskositätseinfluss auf den Volumenstrom durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Austritts 7 nahezu eliminiert werden kann.

Entsprechend den Fig. 2A und 2B und 2C kann der Austritt 7 als Blende ausgebildet sein bzw. eine separate Blende 18 aufweisen. Der kleinste Querschnitt 12 bzw. der kleinste Durchmesser 13 ist dann durch den Querschnitt bzw. Durchmes­ ser der Blende gebildet.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 2D, 2E und 2F ist der Austritt 7 jeweils konisch ausgebildet. Bei den Ausführungs­ formen der Fig. 2G, 2H und 2I ist der Austritt 7 jeweils mit einem Radius versehen, der beispielsweise zum Austrittsquer­ schnitt 10 hin zunehmen kann.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Austritt 7 bzw. können die Austritte 7 so orientiert sein, dass die Flüssigkeit mit einer von der Zentrifuge 1 wegfüh­ renden, parallel zur Rotationsachse 3 verlaufenden Rich­ tungskomponente aus der Zentrifuge 1 austritt. Diese Maßnah­ me ist bei einer stehend gelagert Zentrifuge 1 von besonde­ rem Vorteil, da durch die Rückstoßwirkung somit eine nach oben, also entgegen der Schwerkraft, gerichtete Rückstoßkom­ ponente erzeugt wird. Durch eine entsprechende Auslegung kann in einem Nennbetriebspunkt der Zentrifuge 1 diese Kom­ ponente so gewählt werden, dass die Gewichtskraft der Zen­ trifuge 1 im wesentlichen aufgehoben ist, wodurch sich die Lagerreibung reduziert und dementsprechend die Leichtgängig­ keit der Zentrifuge 1 verbessert.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann der Aus­ tritt 7 in einem separat von der Zentrifuge 1 hergestellten Bauteil ausgebildet sein, das in eine entsprechende Aufnahme der Zentrifuge 1 eingesetzt ist. Insbesondere kann dadurch der Austritt 7 aus einem anderen Material, z. B. Metall, her­ gestellt werden als das Gehäuse 2 der Zentrifuge 1, das vor­ zugsweise aus Kunststoff besteht.

Vorzugsweise besitzt der Austritt 7 eine kreisförmigen Quer­ schnitt; die Erfindung ist jedoch nicht auf kreisförmige Querschnitte beschränkt, ebenso sind andere Querschnitte, insbesondere rechteckförmige oder elliptische Querschnitte möglich.

Claims (12)

1. Mittels durchströmender Flüssigkeit antreibbare Zentri­ fuge für eine Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus der Flüssigkeit, mit mindestens einem Eintritt (4), durch den die Flüssigkeit in die Zentrifuge (1) eintritt, und mit mindestens einem Austritt (7), der bezüglich einer Rotationsachse (3) der Zentrifuge (1) exzentrisch angeordnet ist und die Zentrifuge (1) nach dem Rückstoßprinzip an­ treibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsdurchmesser (11) des Austritts (7) und/oder der kleinste Durchmesser (13) im Austritt (7) grö­ ßer ist als die in Strömungsrichtung (16) gemessene Länge (15) eines Abschnitts (14) des Austritts (7) mit diesem Aus­ trittsdurchmesser (11) oder diesem kleinsten Durchmesser (13).

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (7) als Blende ausgebildet ist oder eine Blende (18) aufweist, deren Durchmesser den kleinsten Durch­ messer (13) des Austritts (7) bildet.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Durchmesser (13) im Austritt (7) durch den Austrittsdurchmesser (11) gebildet ist.

4. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (7) konisch oder mit Radius ausgebildet ist.

5. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (7) einen Abschnitt (14) mit konstantem Querschnitt aufweist, wobei dieser Abschnitt den Austritts­ durchmesser (11) oder den kleinsten Durchmesser (13) des Austritts (7) besitzt.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Strömungsrichtung (16) gemessene Länge (15) des den Austrittsdurchmesser (11) oder den kleinsten Durchmesser (13) aufweisenden Abschnitts (14) des Austritts (7) quasi Null ist

7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (7) so orientiert ist, dass die Flüssig­ keit mit einer von der Zentrifuge (1) wegführenden, parallel zur Rotationsachse (3) verlaufenden Richtungskomponente aus der Zentrifuge (1) austritt.

8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (7) in einem separat von der Zentrifuge (1) hergestellten Bauteil ausgebildet ist, das in eine ent­ sprechende Aufnahme der Zentrifuge (1) eingesetzt ist.

9. Verwendung der Zentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreini­ gungen aus einer Flüssigkeit.

10. Verwendung der Zentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreini­ gungen aus einem Schmieröl einer Brennkraftmaschine, wobei die Zentrifuge (1) zu ihrem Antrieb vom Schmieröl durch­ strömt wird.

11. Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigung aus einer Flüssigkeit, mit einer Zentrifuge (1) nach einem der Ansprü­ che 1 bis 8.

12. Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus ei­ nem Schmieröl einer Brennkraftmaschine, mit einer Zentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Zentrifuge (1) zu ihrem Antrieb vom Schmieröl durchströmt wird.