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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon eine Vorrichtung zur Abscheidung von Flüssigkeit aus
einem Gasstrom aus der
US
2003172632 A1 bekannt, mit einem Zyklon, der einen einteiligen
Zyklonmantel und einen stirnseitig an dem Zyklonmantel angeordneten
Zyklondeckel aufweist. Auf der dem Zyklondeckel zugewandten Stirnseite
weist der Zyklonmantel eine Schulter auf. Zwischen der Schulter
des Zyklonmantels und dem Zyklondeckel ist ein separater Tauchrohrdeckel
vorgesehen. Nachteilig ist, dass der Tauchrohrdeckel nur in axialer
Richtung montierbar ist. Eine einteilige Integration des Zyklons
in eine Zylinderkopfhaube wäre
sehr aufwendig, da komplizierte Spritzwerkzeuge erforderlich wären.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, dass auf einfache Art und Weise die Herstellung der Vorrichtung
vereinfacht wird, indem das Zyklongehäuse in Richtung einer Zyklonachse
in zwei Gehäuseabschnitte
geteilt ist. Auf diese Weise ist es möglich, einen der zwei Gehäuseabschnitte
des Zyklons an der Zylinderkopfhaube einteilig vorzusehen, so dass
nur wenige und einfache Bauteile erforderlich sind. Die Herstellung mittels
Spritzgußtechnik
ist mit einfachen Spritzwerkzeugen möglich.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Vorrichtung möglich.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn der Tauchrohrdeckel formschlüssig mit
den Gehäuseabschnitten verbunden
ist, da auf diese Weise keine zusätzlichen Mittel zur Befestigung
des Tauchrohrdeckels am Zyklongehäuse notwendig sind.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn zumindest eines der Gehäuseabschnitte eine teilringförmige Nut zur
Aufnahme eines Tauchrohrdeckels aufweist, da auf diese Weise ein
Formschluss mit dem Zyklongehäuse
erreicht ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung
haben beide Gehäuseabschnitte
eine teilringförmige Nut,
so dass die teilringförmigen
Nuten der Gehäuseabschnitte
eine kreisringförmige
Nut bilden.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn der Tauchrohrdeckel scheibenförmig ausgebildet
ist mit einem von der Scheibe abstehenden Stutzen, da der Tauchrohrdeckel
auf diese Weise sehr einfach mit seinem Außenrand in die kreisringförmige Nut
einsetzbar ist.
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Des
weiteren vorteilhaft ist, wenn in dem Zyklongehäuse mehrere Zyklone nebeneinander
angeordnet sind, da die Vorrich tung auf diese Weise einen größeren Gas-Volumenstrom
reinigen kann.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Tauchrohrdeckel der Zyklone
einteilig miteinander verbunden, da auf diese Weise die Anzahl der Bauteile
verringert ist.
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Darüber hinaus
vorteilhaft ist, dass der Zyklon einen Eingangskanal, einen Gasausgangskanal und
einen Flüssigkeitsablauf
aufweist, wobei der Gasausgangskanal in dem Stutzen des Tauchrohrdeckels
vorgesehen ist.
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Außerdem vorteilhaft
ist, wenn die Gehäuseabschnitte
des Zyklongehäuses
mittels Clipsen, Kleben, Schweißen
oder Stecken miteinander verbunden sind, da diese Verbindungen hinsichtlich
der Montage besonders günstig
sind.
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In
vorteilhafter Weise ist vorgesehen, einer der Gehäuseabschnitte
an einer Zylinderkopfhaube auszubilden.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen 1 eine erste Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Explosionsdarstellung, 2 eine zweite
Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Explosionsdarstellung und 3 eine Schnittansicht
eines Zyklons der Vorrichtung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
eine erste Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Explosionsdarstellung.
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Die
Vorrichtung dient vorzugsweise zum Abscheiden von Flüssigkeiten,
insbesondere Öl,
aus einem Gasstrom, kann also allgemein zum Abscheiden von Tropfen
von Flüssigkeiten
aus strömenden
Gasen verwendet werden. Die Vorrichtung wird vorzugsweise eingesetzt
in einer Kurbelgehäuseentlüftung einer
Brennkraftmaschine.
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Während eines
Betriebs einer Brennkraftmaschine strömt aufgrund einer kleinen Leckage
zwischen Kolben, Kolbenringen und Zylinderlaufflächen ein sogenanntes Blowby-Gas
oder Durchblasegas aus einem Verbrennungsraum in ein Kurbelgehäuse. Für dieses
Blowby-Gas wird im Folgenden nur noch allgemein der Begriff Gas
verwendet. Durch die kleine Leckage von Gas aus dem Verbrennungsraum der
Brennkraftmaschine kommt es zu einer unzulässigen Druckerhöhung in
dem Kurbelgehäuse,
so dass es notwendig ist, einen Druckausgleich durch die sogenannte
Kurbelgehäuseentlüftung zu
erreichen. Da das Gas eine hohe Kohlenwasserstoff-Konzentration
aufweist, wird das Gas durch
die Kurbelgehäuseentlüftung nicht in die Atmosphäre, sondern
in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine geleitet, damit es dort einer
Verbrennung zugeführt wird.
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Das
dem Saugrohr zugeführte
Gas weist einen Ölnebel
mit vielen kleinen und großen Öltropfen auf,
der durch das mit hoher Strömungsgeschwindigkeit
in das Kurbelgehäuse
einströmende
Gas und durch die bewegten Teile in dem Kurbelgehäuse entsteht.
Die Öltropfen
des Ölnebels
müssen
vor der Einleitung in das Saugrohr mit Hilfe der Vorrichtung zur
Abscheidung von Flüssigkeit
aus dem Gasstrom abgeschieden werden, um einen hohen Ölverlust
zu vermeiden und um die Verbrennung nicht negativ zu beeinflussen.
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Die
Vorrichtung hat ein Zyklongehäuse 1, das
zumindest einen Zyklon 2 aufweist. Das Zyklongehäuse 1 wird üblicherweise
mittels Spritzgußtechnik
hergestellt.
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Der
Zyklon 2 weist in bekannter Weise jeweils einen Einlaufabschnitt 3 und
einen Kegelabschnitt 4 auf. Der Kegelabschnitt 4 ist
beispielsweise benachbart zu dem Einlaufabschnitt 3, wobei
der Einlaufabschnitt 3 und der Kegelabschnitt 4 jeweils
konzentrisch bezüglich
einer Zyklonachse 5 des jeweiligen Zyklons 2 angeordnet
sind. Der Einlaufabschnitt 3 ist beispielsweise zylindrisch
und der Kegelabschnitt 4 konisch ausgebildet. Der Einlaufabschnitt 3 weist
auf der dem Kegelabschnitt 4 abgewandten Stirnseite eine Öffnung 6 auf.
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Der
zumindest eine Zyklon 2 weist jeweils einen Eingangskanal 8,
einen Gasausgangskanal 9, der auch als Tauchrohr bezeichnet
wird, und einen Flüssigkeitsablauf 10 auf.
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Der
Eingangskanal 8 mündet
jeweils tangential in den Einlaufabschnitt 3 des jeweiligen
Zyklons 2. Der Gasausgangskanal 9 ist an der dem
Kegelabschnitt 4 abgewandten Stirnseite des Zyklons 2 angeordnet,
beispielsweise konzentrisch zu der Zyklonachse 5, und mündet axial
bezüglich
der Zyklonachse 5 in den Einlaufabschnitt 3 oder
in den Kegelabschnitt 4. Der Flüssigkeitsablauf 10 ist
an einem verjüngten
Ende des Kegelabschnitts 4 angeordnet und mit dem Kegelabschnittt 4 strömungsverbunden.
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In
dem zumindest einen Zyklon 2 erfolgt in bekannter Weise
die Abscheidung der Flüssigkeit aus
dem Gasstrom. Der Gasstrom der Kurbelgehäuseentlüftung gelangt über den
Eingangs kanal 8 in den Einlaufabschnitt 3 des
zumindest einen Zyklons 2. Die Strömung in dem Zyklon 2 wird
durch die tangentiale Einströmung
in Rotation versetzt und strömt als
ein Außenwirbel
wendelförmig
an einer Zyklonwandung 11 des Einlaufabschnitts 3 und
des Kegelabschnitts 4 des Zyklons 2 entlang in
Richtung des Flüssigkeitsablaufs 10.
Nahe dem Flüssigkeitsablauf 10 ändert die
Strömung
ihre Richtung und strömt
als ein Innenwirbel im Zentrum des Außenwirbels in Richtung des
Gasausgangskanals 9 zurück
und verlässt
den Zyklon 2 über
den Gasausgangskanal 9. Die Strömung wird bei der Rotation
in Richtung zum Flüssigkeitsablauf 10 zunehmend
beschleunigt, so dass in dem Gas enthaltene Flüssigkeit der Strömung schließlich nicht
mehr folgen kann und aufgrund der Fliehkraft der Flüssigkeit
auf die Zyklonwandung 11 trifft. Die auf diese Weise abgeschiedene
Flüssigkeit
läuft als
Tropfen oder Flüssigkeitsfilm an
der Zyklonwandung 11 in Richtung des Flüssigkeitsablaufs 10 ab.
Der Flüssigkeitstransport
in Richtung der Flüssigkeitsabläufe 10 erfolgt
bei senkrechter Anordnung des zumindest einen Zyklons 2 vorwiegend
durch die Schwerkraft der Flüssigkeit
und bei waagerechter oder schräger
Anordnung vorwiegend durch die Strömung im Zyklon 2,
den sogenannten Potentialwirbel.
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Erfindungsgemäß ist das
Zyklongehäuse 1 in
Richtung der Zyklonachse 5 in zwei Gehäuseabschnitte geteilt, in einen
ersten Gehäuseabschnitt 14 und
einen zweiten Gehäuseabschnitt 15,
wobei der Einlaufabschnitt 3 und der Kegelabschnitt 4 des
zumindest einen Zyklons 2 zum einen Teil an dem ersten
Gehäuseabschnitt 14 und
zum anderen Teil an dem zweiten Gehäuseabschnitt 15 vorgesehen
sind, beispielsweise jeweils zur Hälfte.
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Die Öffnung 6 des
Zyklongehäuses 1 wird mittels
eines Tauchrohrdeckels 17 verschlossen, der stoffschlüssig, kraft schlüssig und/oder
formschlüssig mit
dem Zyklongehäuse 1 verbunden
ist.
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Der
erste Gehäuseabschnitt 14 weist
beispielsweise eine teilringförmige
erste Nut 16.1 und/oder der zweite Gehäuseabschnitt 15 beispielsweise
eine teilringförmige
zweite Nut 16.2 auf. Die teilringförmigen Nuten 16.1, 16.2 dienen
der Aufnahme des Tauchrohrdeckels 17.
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Die
teilringförmigen
Nuten 16.1, 16.2 der Gehäuseabschnitte 14, 15 bilden
nach dem Zusammensetzen der Gehäuseabschnitte 14, 15 beispielsweise eine
kreisringförmige
Nut 16.
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Die
teilringförmigen
Nuten 16.1, 16.2 sind beispielsweise in einem
Bereich des Einlaufabschnitts 3 zwischen der dem Kegelabschnitt 4 abgewandten
Stirnseite des Zyklons 2 und dem Eingangskanal 8 angeordnet.
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An
der dem Kegelabschnitt 4 abgewandten Stirnseite der Gehäuseabschnitte 14, 15 ist
beispielsweise jeweils eine teilringförmige Schulter 21 angeordnet,
in der beispielsweise jeweils die teilringförmige Nut 16.1, 16.2 vorgesehen
ist. Die teilringförmigen Schultern 21 der
Gehäuseabschnitte 14, 15 bilden nach
der Montage beispielsweise eine kreisförmige Schulter.
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Der
Tauchrohrdeckel 17 ist beispielsweise scheibenförmig ausgebildet
mit einem von der Scheibe abstehenden Stutzen 19 und weist
einen ringförmigen
Außenrand 22 auf.
Der Tauchrohrdeckel 17 ist mit seinem Außenrand 22 in
die kreisringförmige
Nut 16 des Zyklongehäuses 1 eingesetzt
und auf diese Weise formschlüssig
mit den Gehäuseabschnitten 14, 15 verbunden.
Der Tauchrohrdeckel 17 wird bei der Montage mit dem Außenrand 22 zunächst beispielsweise
in die teilringförmige
erste Nut 16.1 des ersten Gehäuseabschnitts 14 eingesetzt, wobei
der Stutzen 19 des Tauchrohrdeckels 17 in den
Einlaufabschnitt 3 der Zyklonkammer 18 hineinreicht.
Anschließend
wird der zweite Gehäuseabschnitt 15 derart
mit dem ersten Gehäuseabschnitt 14 zusammengefügt, dass
der Außenrand 22 des
Tauchrohrdeckels 17 auch in die teilringförmige zweite
Nut 16.2 des zweiten Gehäuseabschnitts 15 hineinragt.
Beispielsweise ist der Tauchrohrdeckel 17 nach dem Zusammensetzen
der beiden Gehäuseabschnitte 14, 15 mit
seinem gesamten Außenrand 22 in
der ringförmigen
Nut 16 vorgesehen.
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Der
Stutzen 19 des Tauchrohrdeckels 17 ist beispielsweise
nach der Montage der Vorrichtung konzentrisch bezüglich der
Zyklonachse 5 zu dem Einlaufabschnitt 3 und dem
Kegelabschnitt 4 angeordnet.
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Die
beiden Gehäuseabschnitte 14, 15 sind beispielsweise
mittels Kleben, Schweißen,
Clipsen, mittels einer Steckverbindung oder anderer Fügearten
miteinander verbunden.
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Im
Zyklongehäuse 1 sind
beispielsweise mehrere Zyklone 2 vorgesehen, wobei die
Gehäuseabschnitte 14, 15 jeweils
mehrere Teilzyklone, beispielsweise zwei Zyklonhälften, aufweisen. Bei den Ausführungsbeispielen
in der 1 und 2 sind z.B. zwei Teilzyklone
vorgesehen. Die mehreren Zyklone 2 sind beispielsweise
parallel geschaltet und nebeneinander angeordnet. Die Tauchrohrdeckel 17 der
mehreren Zyklone 2 sind beispielsweise einteilig miteinander
verbunden, um die Anzahl der Bauteile zu verringern.
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Das
Zyklongehäuse 1 ist
beispielsweise in einem Vorrichtungsgehäuse 26 (2)
vorgesehen, das beispielsweise zweiteilig ausgeführt ist und einen ersten Gehäuseteil 26.1 und
einen zweiten Gehäuseteil 26.2 aufweist.
Eines der Gehäuseabschnitte 14, 15 des
Zyklongehäuses 1 ist
an dem Vorrichtungsgehäuse 26 vorgesehen,
beispielsweise an dem ersten Gehäuseteil 26.1,
das zum Beispiel eine sogenannte Zylinderkopfhaube bildet.
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Das
Vorrichtungsgehäuse 26 weist
beispielsweise einen Eingang 27 auf, der stromauf mit einem Kurbelgehäuse 28 und
stromab jeweils mit dem Eingangskanal 8 der Zyklone 2 strömungsverbunden
ist. Der Eingang 27 verteilt den Gas-Volumenstrom auf diese Weise auf die
parallel geschalteten Zyklone 2.
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2 zeigt
eine zweite Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Explosionsdarstellung.
Bei der Vorrichtung nach 2 sind die gegenüber der
Vorrichtung nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden
Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Gasausgangskanäle 9 der
Zyklone 2 münden
stromab der Zyklonkammern 18 gemeinsam in eine Reingaskammer 29 des
Vorrichtungsgehäuses 26,
die beispielsweise von dem ersten Gehäuseteil 26.1, zum
Beispiel einer Zylinderkopfhaube, und dem auf den ersten Gehäuseteil 26.1 aufgesetzten zweiten
Gehäuseteil 26.2 begrenzt
ist. Die Reingaskammer 29 ist stromab beispielsweise über ein Druckregelventil 31,
einen Ausgang 30 des Vorrichtungsgehäuses 26 und eine Entlüftungsleitung 32 mit einem
sogenannten Saugrohr 33 der Brennkraftmaschine strömungsverbunden,
so dass das aus den einzelnen Zyklonen 2 über die
Gasausgangskanäle 9 austretende,
von Flüssigkeitstropfen
gereinigte Gas beispielsweise über
die Reingaskammer 29, das Druckregelventil 31,
den Ausgang 30 und die Entlüftungsleitung 32 in
das Saugrohr 33 der Brennkraftmaschine, beispielsweise
stromab einer Drosselklappe, gelangt.
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Die
Flüssigkeitsabläufe 10 der
Zyklone 2 münden
beispielsweise gemeinsam in eine Sammelkammer 35 des Vorrichtungsge häuses 26,
die über eine
Rücklaufleitung 36 mit
dem Kurbelgehäuse 28 verbunden
ist. Die in den Zyklonen 2 abgetrennten Flüssigkeitstropfen
werden über
die Flüssigkeitsabläufe 10,
die Sammelkammer 35 und die Rücklaufleitung 36 in
das Kurbelgehäuse 28 zurückgeführt. Die Rücklaufleitung 36 mündet über eine
Rücklauföffnung 37 in
die Sammelkammer 35. Die Sammelkammer 35 und die
Reingaskammer 29 sind im Vorrichtungsgehäuse 26 beispielsweise
nicht voneinander getrennt.
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Durch
den Differenzdruck zwischen dem Kurbelgehäuse 28 und dem Saugrohr 33 stellt
sich unter Berücksichtigung
des zwischen dem Saugrohr 33 und der Vorrichtung entstehenden
Druckverlustes ein Gas-Volumenstrom aus dem Kurbelgehäuse 28 in
Richtung Saugrohr 33 ein. Da der Druck im Saugrohr 33 abhängig vom
Betriebszustand der Brennkraftmaschine schwankt, ist das Druckregelventil 31 vorgesehen,
das einen vorbestimmten Druck im Kurbelgehäuse 28 relativ zur
Atmosphäre
einstellt.
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Bei
einer Parallelschaltung von mehreren Zyklonen 2 in der
Vorrichtung ist die Anzahl der vom Gas durchströmten Zyklone 2 beispielsweise
einstellbar, beispielsweise mittels eines den Zyklonen 2 vorgeschalteten
Schaltelementes, das den Gas-Volumenstrom
abhängig
von der Menge des Gas-Volumenstroms zu einem oder mehreren Zyklonen 2 leitet.
Das Schaltelement schaltet auf diese Weise abhängig von der Menge des Gas-Volumenstroms einzelne
Zyklone 2 zu oder ab. Dadurch werden die Zyklone 2 näher am optimalen
Betriebspunkt betrieben als beim Stand der Technik. Dabei kann das
Schaltelement durch einen Aktor in Abhängigkeit vom Druck im Kurbelgehäuse 28 oder
aufgrund der am Schaltelement wirkenden Strömungskräfte verstellbar sein.
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In 3 ist
ein Zyklon 2 der Vorrichtung in einer Schnittansicht beispielhaft
gezeigt. Bei dem Zyklon nach 3 sind die
gegenüber
der Vorrichtung nach 1 und 2 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Am
Außenrand 22 des
Tauchrohrdeckels 17 ist beispielsweise eine ringförmige Ausnehmung 23 vorgesehen,
die einen stufenförmigen
Absatz 24 bildet und die Wanddicke des Tauchrohrdeckels 17 am Außenrand 22 verringert,
wobei der Außenrand 22 des
Tauchrohrdeckels 17 mit dem stufenförmigen Absatz 24 in
der kreisringförmigen
Nut 16 angeordnet ist.
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Da
der Gas-Volumenstrom bei unterschiedlichen Brennkraftmaschinen stark
variieren kann, muss die Geometrie des Stutzens 19, beispielsweise die
Länge L
oder der Durchmesser D, jeweils an die jeweilige Brennkraftmaschine
angepasst werden. Abhängig
von dem Gas-Volumenstrom, für
den die Vorrichtung mit dem zumindest einen Zyklon 2 ausgelegt
ist, wird der Durchmesser d des Gasausgangskanals 9 bestimmt,
der wiederum einen direkten Einfluss auf den Durchmesser D des Stutzens 19 hat.
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Um
nicht für
jede neue Variante der Vorrichtung wegen der anzupassenden Stutzengeometrie ein
neues Spritzwerkzeug für
das Zyklongehäuse 1 zu
benötigen,
ist der Tauchrohrdeckel 17 nicht einteilig mit dem Zyklongehäuse 1 verbunden,
sondern als wechselbares separates Einzelteil vorgesehen. Auf diese
Weise ist es möglich,
anstatt des Zyklongehäuses 1 jeweils
nur den einfach herstellbaren Tauchrohrdeckel 17 anzupassen.
Für jede
neue Applikation der Vorrichtung mit einem anderen Gas-Volumenstrom
wird das gleiche Zyklongehäuse 1 mit
einem anderen Tauchrohrdeckel 17 verwendet, so dass eine
kostengünstige
Umsetzung des Baukastenprinzips erreicht ist.