DE10148405A1

DE10148405A1 - Doppelwand-Zyklon-System als Abtrennvorrichtung

Info

Publication number: DE10148405A1
Application number: DE10148405A
Authority: DE
Inventors: Otto Altmann; Alexander Maute; Ingo Hander
Original assignee: Joma Polytec Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Joma Polytec Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2003-04-10

Abstract

Es wird eine Vorrichtung beschrieben, die es ermöglicht, Verunreinigungen aus einem Trägermedium abzutrennen. Hierzu strömt das Trägermedium auf der wendelförmig sich verkleinernden Bahn in einem inneren Volumen. Verunreinigungen treten wegen der hierbei auftretenden Fliehkräfte bzw. Beschleunigungen aus dem inneren Volumen in ein äußeres Volumen über. Die Trennwand von innerem und äußerem Volumen ist entsprechend mit geeigneten Durchlässen, wie Schlitzen, Bohrungen oder Spaten, versehen. Die Vorrichtung benötigt zur Reinigung des Trägermediums keine rotierenden oder beweglichen Bestandteile und ist somit wartungsfreundlich und unterliegt keinen Verschleißerscheinungen. DOLLAR A Eine geeignete Ausführungsform ist zusätzlich mit einem Druckventil zum Steuern der Zufluß-Menge bzw. des Zufluß-Druckes, sowie Auffangbehältern für die Verunreinigungen und des Trägermediums versehen. Die Vorrichtung ist für die Reinigung von Motorölen von Verbrennungsmotoren sowohl im Hauptkreislauf als auch im Nebenkreislauf geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem Trägermedium mittels eines Doppelwand-Zyklon-Systems. Die Vorrichtung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem Trägermedium. Bevorzugt kann diese Vorrichtung zum Abtrennen von Partikel aus Motorölen eingesetzt werden. Die Vorrichtung ist hierbei in einem Nebenkreislauf-Reinigungs-System als auch in einem Hauptkreislauf-Reinigungs-System einsetzbar.
Aus der DE 40 37 983 A1 ist ein Zyklon bekannt, der Öl aus einem aus dem Kurbelgehäuse einer Bremskraftmaschine austretenden Gasstrom ausscheidet.
Weiterhin sind speziell aus dem Kraftfahrzeugsektor zahlreiche Reinigungskreisläufe für Motoröle bekannt, die Filter, Siebe, Zentrifugen, und Zyklone für die Abtrennung von Verunreinigungen aus dem Motoröl einsetzen. Hierzu werden in der Praxis die Ölkreisläufe von Verbrennungsmotoren jeweils in eine Hauptkreislauf und einen Nebenkreislauf aufgeteilt. Die Nebenkreisläufe werden verwendet, um den bei hohen Drehzahlen erhöhten Volumenstrom durch Zurückführen einer Teilmenge in die Ölwanne an den Schmierstellen niedrig zu halten. Im Hauptkreislauf befindet sich meist ein Ölfilter, der als Papier-, Vlies-, oder Siebfilter aufgeführt sein kann. Im Nebenkreislauf finden zur Filterung im allgemeinen Zentrifugen Anwendung, es werden allerdings auch Zyklone eingesetzt.

Aus den DE 43 06 431 C1, DE 196 06 182 A1, DE 199 33 040 A1 sind Zentrifugen zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Motorölen bekannt. Aus der DE 43 06 431 C1 ist eine Zentrifuge bekannt, die gemeinsam mit einem Filtereinsatz in einem Gehäuse angeordnet ist. Die gemeinsame Anordnung von Zentrifuge und Filter in dem Gehäuse ermöglicht ein ausreichendes Reinigen des Motoröls in Bezug auf feine Verunreinigungen als auch ein schnelles und wartungsfreundliches Wechseln der Zentrifuge und des Filters. Aus der DE 196 06 182 A1 ist eine Reinigungsvorrichtung beschrieben, die einen Filtereinsatz und eine mittels durchströmendem Motoröl angetriebene Zentrifuge aufweist. Der Filtereinsatz und die Zentrifuge sind in getrennten Gehäusen angeordnet durch einen kommunizierenden Kanal miteinander verbunden. Aus der DE 199 33 040 A1 ist die Konstruktion einer Freistrahlzentrifuge bekannt. Diese Freistrahlzentrifuge wird ebenfalls durch das durchströmende Motoröl angetrieben, weist aber zusätzlich eine Bremsvorrichtung auf, welche die Freistrahlzentrifuge abbremst, sobald ein vorbestimmter Motoröldruck unterschritten wird.

Aus der DE 44 30 751 A1 ist ein hydraulischer Fluidkreislauf mit einem Hauptstromfilter und einer im Nebenstrom angeordneten Zentrifuge bekannt, wobei eine Vorrichtung zum Einstellen eines Mindestansprechdrucks für die Zentrifuge und zur Einhaltung des Maximaldrucks im gesamten Fluidkreislauf zwischen Hauptstromfilter und Zentrifuge angeordnet ist. Diese Anordnung eignet sich vor allem zum Einsatz in Verbrennungsmotoren, da besonders die Anordnung des Druckventils platzsparend ist.

Aus der DE 196 21 936 A1 ist ein weiterer Ölkreislauf bekannt, der in einen Hauptkreislauf mit einem Ölfilter und einen Nebenkreislauf aufgeteilt ist. In dem Nebenkreislauf befindet sich ein Zyklon, mit dem der Schmutzgehalt im Öl aufkonzentriert wird. Das im Zyklon aufkonzentrierte Öl wird anschließend einer Zentrifuge zugeführt und gereinigt. Das gereinigte Öl aus Zyklon und Zentrifuge wird in den Ölkreislauf zurückgeführt.

Weiterhin ist aus der DE 40 20 229 A1 bekannt, dass ferromagnetische Verunreinigungen vorteilhafterweise in Trennbehältern abgeschieden werden, deren innere Oberflächen Magnetfelder aufweisen mit denen die ferromagnetischen Verunreinigungen wechselwirken und sich diese somit an die entsprechenden Oberflächen anlagern. Die nötigen Magnetfelder können mit Hilfe von Permanentmagneten erzeugt werden.

Vor allem die Reinigung von Motorölen während des Betriebs von modernen Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselkraftstoff-Verbrennungsmotoren, ist entscheidend, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Im allgemeinen kommen hierfür bisher Zentrifugen zum Einsatz. Die Reinigung von Motoröl durch die Verwendung von klassischen Filtern im Hauptkreislauf des Schmieröls ist nicht ausreichend, so dass in einem Nebenkreislauf zur Feinreinigung des Schmieröls Zentrifugen eingesetzt werden.

Der Einsatz von Zentrifugen ist mit zahlreichen Nachteilen verbunden. Der wichtigste Nachteil ergibt sich aus dem Funktionsprinzip der Zentrifugen. Um Flüssigkeiten von Verunreinigungen zu trennen, sind bei hochviskosen Flüssigkeiten, wie Motoröl, die Zentrifugen mit hohen Drehgeschwindigkeiten zu betreiben. Die mechanisch bewegten Bauteile unterliegen daher einem hohen Verschleiß. Dieser Verschleiß muß bei der Konstruktion berücksichtigt werden und führt zu vergleichsweise teuren und schweren Bauteilen. Die aus der zentrifugierten Flüssigkeit abgetrennten Verunreinigungen lagern sich an den Außenwänden der Zentrifuge ab, deren Gewicht mit dem Dauer des Betriebs zunimmt. Das höhere Gesamtgewicht fördert den Verschleiß. Im allgemeinen ist es ebenso notwendig, die Zentrifuge bzw. Teile der Zentrifuge aufgrund der Ablagerungen regelmäßig auszutauschen, ein nicht unbeträchtlicher Kostenpunkt für Betreiber von Verbrennungsmotoren. Bei längerem Stand der Zentrifuge kann es durch die Restfüllung der Zentrifuge mit der Flüssigkeit zu erneutem Lösen von abgelagerten Verunreinigungen kommen, die damit unerwünschterweise zurück in den Kreislauf gelangen. Die in den Zentrifugen eingesetzten Düsen können durch die Verunreinigungen der Flüssigkeit zugesetzt werden, wobei es im schlimmsten Fall zu einem Totalausfall der Zentrifuge und damit der Reinigung kommt. In der weiteren Folge kann die Schmierung ausfallen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die vorbeschriebenen Nachteile überwindet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein System zu schaffen, mit welcher das Abtrennen von Verunreinigungen aus einem flüssigen Trägermedium möglich ist. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und die folgenden abhängigen Ansprüche gelöst. Ein System zum Einsatz der Vorrichtung in einem Flüssigkeitskreislauf wird in Anspruch 10 und den folgenden abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem flüssigen Trägermedium weist ein Gehäuse auf, welches sich aus einer äußeren Wand zusammensetzt. Dieses Gehäuse umfasst eine innere Wand. Die innere Wand in dem umfassenden Gehäuse definiert ein inneres Volumen. Das Gehäuse weist ferner gegenüberliegend einen Einlaß und einen ersten Auslaß auf, die beide in das innere Volumen münden. Der Querschnitt des inneren Volumens verkleinert sich von dem Einlaß zu dem Auslaß hin. In dem inneren Volumen ist eine wendelförmige Fläche angeordnet, die das Trägermedium von dem Einlaß zu dem Auslaß auf einer wendelförmig sich verkleinernden Bahn von dem Einlaß zu dem Auslaß hin strömen läßt. Die innere Wand ist mit Durchlässen versehen, die Verunreinigungen aus dem inneren Volumen in ein äußeres Volumen durchtreten lassen. Das äußere Volumen ist durch die äußere Wand des Gehäuses und die innere einbeschriebene Wand definiert. Das äußere Volumen weist einen weiteren zweiten Auslaß auf.

Vorteilhafterweise ist ein dem inneren Volumen mittig ein flüssigkeitsundurchlässiger Mittenkörper angeordnet.

Vorzugsweise ist das Gehäuse im wesentlichen zylinderförmig. Ferner kann das innere Volumen vom Einlaß in Richtung erster Auslaß verjüngend ausgeführt werden oder im wesentlichen konisch ausgebildet sein. Zusätzlich kann der Mittenkörper im wesentlichen zylinderförmig sein. Ferner ist auch ein sich vom Einlaß in Richtung Auslaß verjüngender Mittelkörper möglich, insbesondere kann der Mittelkörper im wesentlichen konischer ausgebildet sein.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht eine magnetische Innenschicht der äußeren Wand vor, um magnetisch wechselwirkende Verunreinigungen anzulagern. Die magnetische Innenschicht besteht vorteilhafterweise aus magnetischem Werkstoff, der auf der Innenseite des Gehäuses bzw. der äußeren Wand aufgebracht wird. Hierzu stehen die klassischen permanent magnetischen Werkstoffe zur Verfügung. Alternativ kann die Innenbeschichtung aus einer Kunststoffschicht ausgeführt werden, in welche permanent magnetische Stoffe, z. B. in Partikelform, eingebracht sind.

Bevorzugt weist die wendelförmige Fläche zur Führung der Strömung des Trägermediums eine Steigung im Bereich von 5° bis 60° auf. Bevorzugter liegt die Kanalhöhe im Bereich zwischen 0,1 mm und 10 mm. Die Kanalhöhe ergibt sich aus dem Abstand der sich wendelförmig überdeckenden Fläche zur Führung der Strömung. Die Kanalhöhe kann entsprechend der Viskosität und des Durchsatzes von Trägermedium durch die Vorrichtung auch einen größere bzw. eine kleinere Kanalhöhe aufweisen.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung weist eine Zunahme der Beschleunigung des Trägermediums vom Einlaß zum ersten Auslaß hin um einen Faktor zwischen 1 und 100 auf. Die auf das Trägermedium und die Verunreinigungen wirkende Beschleunigung ergibt sich in erster Linie aus der lokalen Bahnkrümmung des Strömungskanals, der durch die Kanalhöhe und -breite definiert ist. Die lokale Kanalbreite ist durch die lokale Querschnittsfläche des inneren Volumens und die lokale Querschnittsfläche des Mittenkörpers definiert.

Ein System zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem flüssigen Trägermedium umfasst eine Ausführungsform der vorbeschriebenen Vorrichtung und zwei Auffang-Vorrichtungen. Die Auffang-Vorrichtungen sind mit den Auslässen der Vorrichtung vom Abtrennen von Verunreinigungen verbunden. Hierbei dient die erste Auffang-Vorrichtung zum Aufnehmen des gereinigten Trägermediums und die zweite zum Aufnehmen der abgetrennten Verunreinigungen. Die Auffang-Vorrichtungen sind derart angeordnet, dass die erste Auffang-Vorrichtung die zweite Auffang-Vorrichtung integriert.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Systems umfasst ferner eine Vorrichtung zum Regulieren des Drucks und der Menge des verunreinigten Trägermediums. Diese Vorrichtung ist mit dem Einlaß der Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem flüssigen Trägermedium verbunden.

Eine weitere Ausbildung des Systems beinhaltet ein Filtermittel, das derart zwischen der ersten Auffang-Vorrichtung und der integrierten zweiten Auffang-Vorrichtung angeordnet ist, dass Trägermedium, das in die zweite Auffang-Vorrichtung gelangt, in die erste Auffang-Vorrichtung strömen kann. Das Filtermittel, ein Partikel-Sieb, Papierfilter, Vliesfilter oder der gleichen, hält hierbei die Verunreinigungen in der zweiten Auffang-Vorrichtung zurück. Das Filtermittel kann sehr fein aufgelegt sein, da sehr wenig Trägermedium in die zweite Auffang-Vorrichtung gelangt.

Die Auffang-Vorrichtungen sind mit mindestens einem Verschlußmittel zum Ablassen oder Aussaugen des Inhalts der Auffang-Vorrichtungen versehen. Vorteilhafterweise weist sowohl die erste Auffang-Vorrichtung als auch die zweite Auffang-Vorrichtung ein erstes bzw. ein zweites Verschlußmittel auf.

Zusätzlich können die Verschlußmittel mit Kanälen verbunden werden, wobei die Verschlußmittel beliebig am Anfang, am Ende oder an Stellen innerhalb der Kanäle angeordnet sein können. Die Kanäle ermöglichen einen einfachen Zugang bzw. ein einfaches und schnelles Ablassen der Auffang-Vorrichtungen, auch wenn diese nur schlecht oder umständlich erreichbar angeordnet sind. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform weist koaxial ineinander angeordnete Kanäle auf. Diese Kanal-im-Kanal-Anordnung ermöglicht eine besonders platzsparende Anordnung der Ablaß-Kanäle und den einfachen schnellen Anschluß von einer entsprechenden Vorrichtung zum Aufnehmen der Inhalte der Auffang-Vorrichtungen.

Die Vorrichtung zum Regulieren des Drucks und der Menge des verunreinigten Trägermediums ist bevorzugterweise ein druckgesteuertes Ventil. Diese Ventil kann ein elastisches Druckstück und einen Kolben aufweisen. Die Eigenschaften des elastischen Druckstückes legen die Öffnung des Ventils bei einem bestimmten anliegenden Druck des Trägermediums fest.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erlauben es, die Nachteile der bisher zum Reinigen von Trägermedien eingesetzten Vorrichtungen und Verfahren zu überwinden. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist keine rotierenden Bestandteile auf. Entsprechend unterliegt sie keinem Verschließ und ist damit mit geringem Wartungsaufwand zu betreiben. Das Nichtvorhandensein von rotierenden Bestandteilen hat auch ein sehr viel geringeres Gewicht zur Folge, interessant insbesondere beim Einsatz in Verbrennungskraft-Motoren, da geringeres Gewicht ein entscheidender Wettbewerbsvorteil darstellt und am Verbrennungskraft-Motor gespartes Gewicht direkt mit Gewichtsersparnis seiner Aufhängung einhergeht.

Des weiteren werden Verunreinigungen in einer Auffang-Vorrichtung gesammelt. Ein Tausch der Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen ist im Gegensatz zu Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik nicht notwendig. Ferner besteht keine Verstopfungsgefahr, da keine einzelnen Düsen zum Einsatz kommen. Ein erneutes Lösen von Verunreinigungen ist weiterhin unmöglich, da die Verunreinigungen aus der Vorrichtung zum Abtrennen der Verunreinigungen abgeführt werden.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 zeigt ein Doppelwand-Zyklon-System, welches ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 2 zeigt zwei Querschnitte durch das Gehäuse einer ersten Ausführungsform des Doppelwand-Zyklon-Systems,
Fig. 3 zeigt zwei Querschnitte durch das Gehäuse einer zweiten Ausführungsform des Doppelwand-Zyklon-Systems,
Fig. 1 zeigt ein Doppelwand-Zyklon-System, das geeignet ist, Kraftfahrzeug-Motoröl zu reinigen. Das Doppelwand-Zyklon-System weist ein Gehäuse 100, einen auf eine äußere Wand 107 montierten und gedichteten Verschlußdeckel 200 mit integrierter Öldruck-Steuerung und eine erste Auffang-Vorrichtung 400 auf. Die erste Auffang-Vorrichtung 400 weist ferner eine integrierte zweite Auffang-Vorrichtung 300 und ein integriertes Filtermittel 304 auf. Die vorbeschriebenen Komponenten sind bevorzugt aus metallischem Werkstoff, wie Stahl, Aluminium, Magnesium oder der gleichen, als auch aus geeigneten Kunststoffen gefertigt. Weitere Materialien, die den Ansprüchen und Belastungen entsprechend ihrer Verwendung genügen, sind ferner selbstverständlich auch einsetzbar.
Das in Fig. 1 dargestellte Doppelwand-Zyklon-System ist insbesondere für die Nebenstrom- Ölreinigung von Kraftfahrzeugs-Verbrennungsmotoren geeignet, kann jedoch auch für die Hauptstrom-Ölreinigung eingesetzt werden.
Das Gehäuse 100 schließt ein inneres Volumen 101 ein, das ein Mittenkörper 103 und eine wendelförmige Fläche 102 aufweist und von einer inneren Wand 105 begrenzt wird. Der Mittenkörper ist vorzugsweise zylindrisch geformt, kann aber auch eine andere geeignete Formgebung zeigen. Die Außenwand des Gehäuses 100 ist bevorzugt zweischichtig aufgebaut, wobei die äußere Wand 107 aus einem der vorbeschriebenen Materialien besteht und bevorzugt eine magnetische Innenschicht 108 trägt. Die magnetische Innenschicht 108 kann aus handelsüblichen magnetischen Werkstoffen als auch aus einer Kunststoff-Innenschicht bestehen, wobei die Kunststoff-Innenschicht eingelagerte magnetischen Werkstoffe aufweist.
Die innere Wand 105 weist erfindungsgemäß Durchlässe 110 in Form feiner Schlitze, Spalten oder Löcher auf, die geeignet sind typische Verunreinigungen des zu reinigenden Motoröls, wie z. B. metallische Partikel 114, Ruß-Partikel 116 und der gleichen passieren zu lassen. Diese durchgängigen Partikel sammeln sich in einem äußeren Volumen 104, das durch die innere Wand 105 und die äußeren Wand 107 des Gehäuses 100 festgelegt wird. Die Durchlässe 110 in der inneren Wand 105 befinden sich jeweils im oberen Bereich des Kanals der durch die wendelförmige Fläche 102 gebildet wird, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Als Reinigen von Motorölen bezeichnet man im allgemeinen die Abtrennung von festen Bestandteilen im Motoröl. Die festen Bestandteile, wie metallische Partikel 114, Ruß-Partikel 116 sowie weitere Partikel, die das Motoröl während dem Betrieb des Motors kontaminieren können, müssen aus dem Motoröl entfernt werden, um die Dauerhafte Funktion des Verbrennungsmotors zu gewährleisten. Das Doppelwand-Zyklon-System nutzt das physikalische Prinzip der Fliehkraft-Trennung, um diese kontaminierenden Bestandteile abzutrennen. Das im Doppelwand-Zyklon-System eingespeiste kontaminierte Öl strömt zwischen der wendelförmigen Fläche 102, die eine entsprechend eingestellte Flächensteigung im Bereich von mindestens 5° bis maximal 60° sowie eine entsprechend gewählten Kanalhöhe im Bereich von ungefähr 0,1 mm bis 10 mm aufweist und wird hierbei beschleunigt. Die auftretende Fliehkraft-Beschleunigung führt dazu, dass die im als Trägermedium dienenden Motoröl befindlichen Partikel stärker nach außen beschleunigt werden und durch die Durchlässe 110 der inneren Wand 105 in das äußere Volumen 104 abgeführt werden. Die bevorzugte Beschleunigungsrichtung der Partikel ist durch den mit dem Bezugszeichen 112 bezeichneten Richtungspfeil in Fig. 1 dargestellt. Die höhere Beschleunigung der Partikel in dem Trägermedium Motoröl ist auf das größere spezifische Gewicht der Partikel im Vergleich zu dem des Motoröl zurückzuführen. Typischerweise weisen z. B. metallische Partikel 114 ein spezifisches Gewicht von ungefähr 7,8 kg/dm³ bis 7,85 kg/dm³ und Ruß-Partikel 116 ein spezifisches Gewicht von ungefähr 1,8 kg/dm³ bis 1,85 kg/dm³ auf. Entscheidend für den trennenden Effekt des Zyklon ist die Differenz des spezifischen Gewichts der zu trennenden Partikel und des Trägermediums Motoröl. Motoröle haben typischerweise ein spezifisches Gewicht von kleiner als 1 kg/dm³. Die Partikel mit höherem spezifischen Gewicht werden stärker im Zyklon beschleunigt, so dass selbst ausgesprochen kleine Partikel hiermit abgetrennt werden können, die durch klassische Ölfilter nicht abgefiltert werden können.
Die Steigung der wendelförmigen Fläche 102 ist so gewählt, dass die wirkende Fliehkraft bzw. die Beschleunigung von oben nach unten hin um einen Faktor zwischen 1 bis 100 zunimmt. Die Zunahme der Beschleunigung geht auf den mit der Steigung der wendelförmigen Fläche 102 zusammenhängenden Abnahme der Kanalhöhe bei gleichbleibender Wendelzahl zurück. Das Volumen des Trägermediums Motoröl bleibt dabei nahezu unverändert. Die Durchlässe 110 der inneren Wand 110 sind an Stellen besonders hoher bzw. höchster Beschleunigung angeordnet und in einer Größe ausgebildet, um Partikel gewünschter Größe aufgrund deren Beschleunigung durchtreten zu lassen. Die durchtretenden Partikel sammeln sich in dem dafür vorgesehenen äußeren Volumen 104 an. Selbstverständlich ist es nicht zu vermeiden, dass auch das Trägermedium Motoröl durch die Durchlässe 110 tritt. Die Partikel-Konzentration ist jedoch durch das Zyklon-Trennverfahren stark erhöht. Entsprechend der Parameter Steigung der wendelförmigen Fläche 102, Kanalhöhe 106 und Durchmesser des Mittenkörpers 103 kann die Trennwirkung entsprechend den Erfordernissen der Reinigungsqualität eingestellt werden. Um zusätzlich ein rück-diffundieren von metallischen Partikel 114 mit ferromagnetischer Eigenschaft zu verhindern, ist die äußere Wand 107 mit einer magnetischen Innenschicht 108 versehen. Metallische ferromagnetische Partikel werden durch die zusätzliche magnetische Wechselwirkung an diese Schicht angelagert.
Das Doppelwand-Zyklon-System umfasst eine erste Auffang-Vorrichtung 400. Die erste Auffang-Vorrichtung 400 selbst weist zusätzlich eine integrierte zweite Auffang-Vorrichtung 300 auf. Das gereinigte Motoröl strömt unten aus dem inneren Volumen 101 durch den ersten Auslaß 402 in die erste Auffang-Vorrichtung 400. In dem unteren Bereich des inneren Volumens 101 wirkt die größte Beschleunigung auf die kontaminierenden Partikel. Entsprechend ist das Trägermedium Motoröl in diesem Bereich nur noch gering kontaminiert. Die in das äußere Volumen 104 abgeschiedenen Partikel werden zusammen mit dem auch vorhandenen Trägermedium Motoröl über den zweiter Auslaß 302 in die integrierte zweite Auffang- Vorrichtung 300 der erste Auffang-Vorrichtung 400 abgeleitet. Ein in die integrierte zweite Auffang-Vorrichtung 300 eingebrachtes Filtermittel 304 erlaubt es, dem durch die Durchlässe 110 geströmten Trägermedium Motoröl aus der integrierten zweite Auffang-Vorrichtung 300 in die erste Auffang-Vorrichtung 400 zu fließen. Die abgetrennten Partikel werden durch das Filtermittel 304 in der integrierten zweite Auffang-Vorrichtung 300 zurückgehalten.
Sowohl die erste Auffang-Vorrichtung 400 als auch die zweite Auffang-Vorrichtung 300 sind mit einem entsprechenden ersten Verschlußmittel 406 und zweiten Verschlußmittel 306 versehen, um das Motoröl bzw. die abgeschiedenen Partikel ablassen oder auch absaugen zu können.
Der Gehäuse 100 ist mit einem Verschlußdeckel 200 mit integrierter Öldruck-Steuerung versehen. Dieser Verschlußdeckel 200 dichtet nach oben hin ab und führt kontrolliert Motoröl in das innere Volumen 101 zu. Die Steuereinheit zur Öldruck-Steuerung umfasst üblicherweise ein elastisches Druckmittel 202, z. B. eine Druckfeder, und ein Ölmengen- und Öldruck-Steuermittel, z. B. ein Kolben 204. Das elastische Druckmittel 202 wirkt dem Druck des zugeführten Motoröls entgegen und ist mit dem Ölmengen- und Öldruck-Steuermittel verbunden. Entsprechend der eingestellten elastischen Druckstärke des elastischen Druckmittels 202 kann so der Druck bzw. die Menge des durch den Einlaß 205 in das innerer Volumen 101 zugeführten Motoröls gesteuert werden. So ist zum Beispiel bei Nebenstrom-Reinigungs-Kreisläufen in Kraftfahrzeug- Verbrennungsmotoren darauf zu achten, dass bei geringem Druck im Ölkreislauf nicht zu viel Motoröl in diesen strömt, da dabei der Gesamtdruck stark abfallen kann und somit keine ausreichende Schmierung des Motors durch das Motoröl mehr gewährleistet ist. Typischerweise wird die gesteuerte Ölmenge in Liter pro Stunde (1/h) angegeben. Die Einstellung der Steuereigenschaften zum Regulieren des Drucks des Trägermediums bzw. der Durchflußmenge kann über Stellmittel 206 erfolgen, mit denen z. B. bei Verwendung einer Druckfeder als elastisches Druckmittel 202 die Feder-Vorspannung unter drucklosen Verhältnissen eingestellt und verändert werden kann. Die Stellmittel 206 dienen zugleich als Verschlußmittel für die Steuereinheit zur Öldrucksteuerung.
In dem inneren Volumen 101 in der Nähe des Einlasses 205 herrscht der durch die Öldruck- Steuereinheit eingestellte Druck, der das mit Partikel kontaminierte Trägermedium Motoröl zwischen der wendelförmigen Fläche 102 beschleunigt. Der Druck nimmt in Richtung des ersten Auslasses 402 ab, so dass das gereinigte Motoröl nahezu drucklos in die erste Auffang- Vorrichtung 400 bzw. in die zweite Auffang-Vorrichtung 300 einströmen kann. Die Volumina des ersten Auslasses 402 als auch des zweiten Auslasses 302 sind erheblich kleiner als das Ölvolumen in der erste Auffang-Vorrichtung 400.
Wie vorbeschrieben dargestellt, weisen die erste Auffang-Vorrichtung 400 als auch die zweite Auffang-Vorrichtung 300 ein erstes Verschlußmittel 406 bzw. ein zweites Verschlußmittel 306 auf. Unter Verwendung dieses ersten 406 und zweiten Verschlußmittels 306 kann das Motoröl bzw. die vom Motoröl abgetrennten Partikel abgelassen bzw. abgesaugt werden. Alternativ ist es möglich beide Auffang-Vorrichtungen zugleich abzulassen bzw. Abzusaugen und diese daher nur mit einem Verschlußmittel zu versehen.
Vorzugsweise werden zusätzlich Ablaßkanäle, die mit der jeweiligen Auffang-Vorrichtung und den Verschlußmitteln verbunden sind, bereitgestellt. Es kann je ein Ablaßkanal mit der erste Auffang-Vorrichtung 400 und dem ersten Verschlußmittel 406 sowie mit der zweite Auffang- Vorrichtung 300 und dem zweiten Verschlußmittel 306 verbunden werden. Des weiteren ist es möglich einen gemeinsamen Ablaßkanal für die erste Auffang-Vorrichtungen 400 also auch für die zweite Auffang-Vorrichtung 300 bereitzustellen. Ferner besteht die Möglichkeit, einen Kanal-im-Kanal-System zum Ablassen der beider Auffang-Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen. Das Kanal-im-Kanal-System umfasst hierbei einen innenliegenden und einen umfassenden Kanal, wobei entweder der innere oder der umfassende Kanal mit der erste Auffang-Vorrichtung 400 verbunden ist. Entsprechend ist der weitere Kanal mit der zweite Auffang-Vorrichtung 300 verbunden. Vorzugsweise kann in diesem Fall ein gemeinsames Verschlußmittel eingesetzt werden.
Fig. 2 zeigt zwei Querschnitte durch das Gehäuse einer ersten Ausführungsform des Doppelwand-Zyklon-Systems. Im Schnitt Nr. 1 ist zu erkennen, dass das Gehäuse hierbei im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Die innere Wand 105 bildet ein konisches inneres Volumen 101 und ist in Schnitt Nr. 1 somit als Querschnittskreis zu erkennen. Die Fließrichtung des verunreinigten Trägermediums ist durch den Richtungspfeil 500 dargestellt. Der Mittelkörper 103 ist ebenso im wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Da bei dieser Ausbildung der Volumina die aus dem Kreisfluß resultierende Beschleunigung über die einzelnen Kreisbögen jeweils konstant ist, kann die inneren Wand 105 über den Querschnitt mit Durchlässe 110 für die Verunreinigungen versehen werden. Das äußere Volumen 104 nimmt die durchgängigen Partikel auf. Eine magnetische Innenschicht ist in Fig. 2 nicht dargestellt, kann aber auf der Innenseite der Gehäusewand 107 jederzeit angebracht werden.
Im Vergleich zu Schnitt Nr. 1 wird der Querschnitt in Schnitt Nr. 2 durch einen Schnitt in dem Bereich zwischen dem ersten Querschnitt und den Auslässen 402, 302 erhalten. Das zylindrische Gehäuse 100 und der Mittenkörper 103 weisen im Vergleich zu Schnitt Nr. 1 gleiche Querschnitts-Abmessungen auf, während sich die Querschnitts-Abmessungen der inneren Wand 105 verringert. Somit verringert sich auch der Umfang der Trägermedium führenden wendelförmigen Fläche 102. Zusammen mit der Verringerung des Radizes der inneren Wand 105 wirken größere Fliehkräfte bzw. Beschleunigungen. Die kontaminierenden Partikel des Trägermediums werden herbei noch stärker beschleunigt und es kommt zu einem verstärken Durchtreten der Partikel durch die Durchlässe 110. Die auf den ersten Auslaß 402 des Trägermediums hin zunehmende Beschleunigung gewährleistet, dass auch feine Partikel mittels des Doppelwand-Zyklons aus dem Trägermedium Motoröl entfernt werden können. Der Mittenkörper 103 kann sowohl aus Voll- als auch aus Hohlmaterial hergestellt werden. Letzteres verringert das Gewicht der Vorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel findet für den Mittenkörper 103 zylinderförmiges Hohlmaterial Anwendung.
Fig. 3 zeigt ebenfalls zwei Querschnitte durch das Gehäuse 100 einer zweiten Ausführungsform des Doppelwand-Zyklon-Systems. Die zylindrische bzw. konische Formgebung des Gehäuses 100 bzw. des inneren Volumens 101 sind nicht notwendig, um einen Doppelwand-Zyklon gemäß der vorbeschriebenen Ausführungsform zu realisieren. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform weist ein quaderförmiges Gehäuse 100 auf, das eine im Querschnitt elliptisch geformte innere Wand 105 sowie einen ebenso elliptisch geformten Mittenkörper 103 umfasst. Aufgrund der elliptischen Ausbildung der inneren Wand 105 treten maximale Fliehkräfte am linken und rechten Umlenkpunkt der Strömung des Trägermediums auf, die durch den Richtungspfeil 500 bezeichnet ist. Entsprechend sind in diesem Bereich die Durchlässe 110 in der inneren Wand 105 gebildet.
Der Schnitt Nr. 2 von Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Gehäuse einer zweiten Ausführungsform des Doppelwand-Zyklon-Systems. Der Schnitt Nr. 2 in Fig. 3 wird analog entsprechend der Beschreibung von Fig. 2 erhalten. Das quaderförmige Gehäuse 100 weist im Vergleich Schnitt Nr. 1 die gleichen Querschnitts-Abmessungen auf, während sich die Querschnitts-Abmessungen der inneren Wand 105 und des Mittelkörpers 103 verringern. Somit vernngert sich auch der Umfang der Trägermedium führenden wendelförmigen Fläche 102. Der Strömungsquerschnitt bleibt in diesem Fall erhalten, da sich die Querschnittsfläche des Mittelkörper ebenso wie die Querschnittsfläche des inneren Volumens verringert, der Mittelkörper verjüngt sich. Der Kanalquerschnitt bleibt somit erhalten und es kann zu keinen Stauungen kommen. Die Krümmung an den Umlenkpunkten nimmt dennoch zu, so dass auch hier höhere Fliehkräfte bzw. Beschleunigungen wirken. Die kontaminierenden Partikel des Trägermediums werden herbei noch stärker beschleunigt und es kommt zu einem verstärken Durchtreten der Partikel durch die Durchlässe 110. Die auf den ersten Auslaß 402 des Trägermediums hin zunehmende Beschleunigung gewährleistet, dass auch feine Partikel mittels des Doppelwand-Zyklons aus dem Trägermedium Motoröl entfernt werden können. Der Mittenkörper 103 kann sowohl aus Voll- als auch aus Hohlmaterial hergestellt werden. In diesem Ausführungsbeispiel findet für den Mittenkörper 103 Vollmaterial Anwendung.
Die vorbeschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eignen sich selbstverständlich nicht nur für die Reinigung von Motorölen, sondern allgemein für die Abtrennung von Verunreinigungen aus beliebigen flüssigen Trägermedien. Entscheidend für den das der Abtrennung zugrundeliegende Prinzip ist der unterschied der spezifischen Dichte von Trägermedium und Verunreinigung. Dieses Prinzip kann sogar auf die Reinigung von Trägermedien ausgedehnt werden, die flüssige Verunreinigungen enthalten. Entscheidend für das Funktionieren in diesem Fall ist, dass sich die beiden Flüssigkeiten nicht ineinander lösen. So könnte die vorbeschriebene Vorrichtung z. B. zum Abtrennen von Quecksilber aus einem wäßrigen Trägermedium eingesetzt werden. Bezugszeichenliste 100 Gehäuse
101 inneres Volumen
102 wendelförmige Fläche
103 Mittenkörper
104 äußeres Volumen
105 innere Wand
106 Kanalhöhe
107 äußere Wand
108 magnetische Innenschicht
110 Durchlässe
112 bevorzugte Beschleunigungsrichtung
114 metallische Partikel
116 Ruß-Partikel
200 Verschlußdeckel
202 elastisches Druckmittel
204 Kolben
205 Einlaß
206 Stellmittel
300 zweite Auffang-Vorrichtung
302 zweiter Auslaß
304 Filtermittel
306 zweites Verschlußmittel
400 erste Auffang-Vorrichtung
402 erster Auslaß
406 erstes Verschlußmittel
500 Fließrichtung

Claims

1. Vorrichtung zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem flüssigen Trägermedium, wobei die Vorrichtung ein aus einer äußeren Wand (107) bestehendes Gehäuse aufweist, in dem eine innere Wand (105) angeordnet ist, wobei das Gehäuse gegenüberliegend einen Einlaß (205) und einen ersten Auslaß (402) aufweist und sich der Querschnitt des durch die innere Wand (105) definierten inneres Volumens (101) von dem Einlaß (205) in Richtung des ersten Auslasses (402) verkleinert, und wobei innerhalb der inneren Wand (105) eine wendelförmig verlaufende Fläche angeordnet ist, die das flüssige Trägermedium auf einer wendelförmig sich verkleinernden Bahn von dem Einlaß (205) zu dem ersten Auslaß (402) hin strömen läßt, wobei die innere Wand (105) Durchlässe (110) aufweist, die den Durchgang der Verunreinigungen aus dem inneren Volumen (101) in ein durch die äußere Wand (107) und die innere Wand (105) definiertes äußeres Volumen (104) ermöglichen, wobei das äußere Volumen (104) mit einem zweiten Auslaß (302) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei mittig innerhalb des inneren Volumens (101) ein flüssigkeitsundurchlässiger Mittenkörper (103) angeordnet ist.

3. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse im wesentlichen zylinderförmig ist.

4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das innere Volumen verjüngend oder im wesentlichen konisch ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Mittenkörper (103) verjüngend oder im wesentlichen zylinderförmig oder konisch ist.

6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die äußere Wand (107) eine magnetische Innenschicht (108) aufweist.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wendelförmigen Fläche eine Steigung in Bereich von 5° bis 60° aufweist.

8. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand der sich überdeckenden wendelförmigen Fläche zwischen 0,1 mm bis 10 mm beträgt.

9. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschleunigung des Trägermediums vom Einlaß (205) zum ersten Auslaß (402) um einen Faktor zwischen 1 und 100 zunimmt.

10. System zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einem flüssigen Trägermedium, das eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, zwei Auffang-Vorrichtungen (400, 300) umfasst, wobei die zwei Auffang-Vorrichtungen (400, 300) sich aus einer ersten Auffang-Vorrichtung (400) für das Trägermedium und einer in die erste Auffang- Vorrichtung (400) integrierte zweite Auffang-Vorrichtung (300) für die abgetrennten Verunreinigungen zusammensetzt, wobei die erste Auffang-Vorrichtung (400) mit dem ersten Ausfluß (402) und die zweite Auffang-Vorrichtung (300) mit dem zweiten Ausfluß (302) verbunden ist.

11. System gemäß Anspruch 10, wobei das System zusätzlich eine Vorrichtung zum Druck- und Mengen-Regulieren des Trägermediums aufweist, wobei die Vorrichtung zum Druck- und Mengen-Regulieren des Trägermediums mit dem Einlaß (205) verbunden ist.

12. System gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die zweite Auffang-Vorrichtung (300) mit einem Filtermittel (304) verbunden ist, das den Durchgang von Trägermedium aus der zweiten Auffang-Vorrichtung (300) in die erste Auffang-Vorrichtung (400) ermöglicht, aber Verunreinigungen in der zweiten Auffang-Vorrichtung (300) zurückhält.

13. System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Auffang-Vorrichtungen (400, 300) mindestens ein Verschlußmittel zum Leeren der Auffang-Vorrichtungen (400, 300) aufweisen.

14. System gemäß Anspruch 13, wobei die erste Auffang-Vorrichtungen (400) mit einem ersten Verschlußmittel (406) und die zweite Auffang-Vorrichtung (300) ein zweites Verschlußmittel (306) aufweist.

15. System gemäß Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die Verschlußmittel mit zusätzlichen Kanälen verbunden sind.

16. System gemäß Anspruch 15, wobei der Kanal des ersten Verschlußmittels (406) und der Kanal des zweiten Verschlußmittels (306) koaxial verlaufend angeordnet sind.

17. System gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Vorrichtung zum Druck- und Mengen-Regulieren vorzugsweise ein Ventil ist.

18. System gemäß Anspruch 17, wobei das Ventil elastische Druckstücke (202) und einen Kolben (204) aufweist.