DE102005003037A1

DE102005003037A1 - Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitspartikeln aus einem gasförmigen Medium

Info

Publication number: DE102005003037A1
Application number: DE200510003037
Authority: DE
Inventors: Sieghard Pietschner; Michael Kargl; Xaver Stemmer
Original assignee: Audi AG; Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Audi AG; Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 2005-01-22
Filing date: 2005-01-22
Publication date: 2006-08-10
Also published as: WO2006077021A1

Abstract

Bekannte Abscheidevorrichtungen benötigen zur Erzeugung einer Förderwirkung auf das gasförmige Medium einen vergrößerten Bauraum. Deshalb soll eine kompakte Lösung zur Verfügung gestellt werden. DOLLAR A Die Lösung gelingt mit einer Abscheidevorrichtung (1), die einen Rotor (4) mit einer Rotorwelle (6) aufweist, wobei der Rotor (4) Leitelemente (7) umfaßt, die auf einem Außenumfang (8) der Rotorwelle (6) angeordnet sind, und wobei der Rotor (4) mit seiner Rotorwelle (6) drehbar in einem Gehäuse (11) mit einem Rohgaseinlaß (21), einem Reingasauslaß (15) und einem Flüssigkeitsauslaß (23) angeordnet ist. Wesentlich ist, daß die Leitelemente (7), in Längsrichtung (13) der Rotorwelle (6) gesehen, schraubenlinienförmig um diese angeordnet sind. DOLLAR A Die neue Abscheidevorrichtung vereinigt ohne Bauraumvergrößerung die Ölabscheidefunktion mit der Mediumförderfunktion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitspartikeln aus einem gasförmigen Medium, insbesondere zum Abscheiden von Ölpartikeln aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas einer Brennkraftmaschine, wobei die Abscheidevorrichtung einen Rotor mit einer Rotorwelle aufweist, wobei der Rotor Leitelemente umfaßt, die auf einem Außenumfang der Rotorwelle angeordnet sind, und wobei der Rotor mit seiner Rotorwelle drehbar in einem Gehäuse mit einem Rohgaseinlaß, einem Reingasauslaß und einem Flüssigkeitsauslaß angeordnet ist.

Derartige Abscheidevorrichtungen sind z. B. als Ölnebelabscheider zum Abscheiden von Öl aus Kurbelgehäuseentlüftungsgasen eines Verbrennungsmotors bekannt.

Während des Betriebes eines Verbrennungsmotors wird durch einen Spalt zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand Gas, sogenanntes Blow-By-Gas, in den Kurbelgehäuseinnenraum gedrückt. Diese Gaszufuhr erhöht den Innendruck des Kurbelgehäuses und es muß daher das Gas abgeführt werden. In der Regel wird das Blow-By-Gas beispielsweise über ein Unterdruckregelventil wieder dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zugeführt. Damit werden Schadstoffemissionen vermieden. Das Unterdruckregelventil dient dazu, den Kurbelgehäuseinnendruck in einem optimalen Bereich zu halten. Bei der Rückführung des Blow-By-Gases können durch mitgeführtes Öl in Form von feinsten Ölpartikeln (Ölnebel) und in Form von Ölspritzern (Groböl) Funktionsstörungen am Motor auftreten. Beispielweise arbeiten Kraftstoffeinspritzanlegen von Verbrennungsmotoren mit hoch sensiblen Sensoren und Ventilen, die einen hohen Reinheitsgrad der dem Ansaugtrakt zugeführten Verbrennungsluft erforderlich machen. Mit Ölbestandteilen befrachtete Verbrennungsluft dagegen kann die empfindlichen Bauteile beschädigen. Aus diesem Grund müssen die Ölbestandteile aus dem Blow-By-Gas abgeschieden werden.

Die WO 99/56883 bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Kurbelgehäusegasen, die von einem Verbrennungsmotor erzeugt wurden. Die Gase werden durch eine Separationskammer geleitet, die durch ein Rotationselement gebildet und umgeben ist. Das Rotationselement läßt die Gase rotieren, so daß im Gas mitgeführte Partikel in der Separationskammer von dem Gas durch Zentrifugalkräfte getrennt werden. Der Verbrennungsmotor wird benutzt, um ein Druckmedium zu erzeugen, welches das Rotationselement antreibt. Die WO 99/56883 betrifft auch eine Vorrichtung zur Reinigung von Gasen, die von einem Verbrennungsmotor erzeugt wurden, wobei das Gas von festen und/oder flüssigen Bestandteilen getrennt werden soll. Die Vorrichtung umfaßt einen Zentrifugalseparator mit einem Rotor, der um seine Rotationsachse drehbar ist und der eine Separationskammer begrenzt und umgibt. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin Gasleitungselemente zur Leitung des Gases aus dem Verbrennungsmotor in die Separationskammer des Rotors, so daß diese in der Separationskammer in Rotation versetzt werden. Der Verbrennungsmotor ist derart ausgestaltet, daß dieser eine Druckerzeugungsvorrichtung betreiben kann, die ein Druckmedium erzeugt, das anders zusammengesetzt ist als die Auspuffgase, die in dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors, erzeugt wurden. Der Zentrifugalseparator weist eine Antriebseinheit für den Rotor auf, wobei die Antriebseinheit derart ausgestaltet ist, daß der Rotor durch das Druckmedium in eine Drehbewegung versetzt wird. Die Druckleitungselemente sind derart ausgestaltet, daß diese das Druckmedium von der Druckerzeugungsvorrichtung zu der Antriebseinheit leiten, so daß der Rotor in eine Drehbewegung versetzt wird.

Auch die WO 99/56882 betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Gases oder einer Gasmischung, wobei feste oder flüssige Bestandteile aus dem Gas abgeschieden werden. Hierbei ist ein Stapel kegelstumpfartiger Teller vorgesehen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Gasen, wobei feste oder flüssige Bestandteile aus den Gasen abgeschieden werden, sind auch in der WO 01/36103 offenbart.

Die bekannten Abscheidevorrichtungen sind als Tellerseparatoren bekannt. Bei diesen Tellerseparatoren sitzt ein Stapel von kegelmantelartig geformten Tellern auf einer Achse übereinander. Das mit Ölnebel befrachtete Gas wird üblicherweise durch die als Hohlachse ausgeführte Achse zugeführt, tritt durch Durchbrechungen in der Achse radial nach außen aus und wird dann durch die Reibung an den Tellern in Umfangsrichtung beschleunigt. Hierdurch treten hohe Zentrifugalkräfte auf, die zu einem Niederschlagen der Ölpartikel am Innenumfang des Gehäuses führen. Von dort wird das Öl einem Ölauslaß zugeführt, der z. B. in eine Ölwanne des Verbrennungsmotors führt. Das von dem Ölnebel befreite Gas verläßt durch einen Reingasauslaß das Gehäuse. Nachteilig bei diesen Tellerseparatoren ist, daß sie keine Förderwirkung in Gasströmungsrichtung erzeugen können.

Die DE 1 279 551 offenbart eine kontinuierlich arbeitende Vollmantel-Zentrifuge mit einem in einer mindestens an einer Stirnseite konischen Schleudertrommel angeordneten Tellereinsatz und außerhalb des Tellereinsatzes koaxial angeordneten, mit einer Differenzdrehzahl zur Schleudertrommel umlaufenden Austragsschnecke. Die Austragsschnekke wird durch starre, jedoch lösbar mit den Einsatztellern verbundene Schneckenelemente gebildet.

Die in der DE 1 279 551 offenbarte Vollmantel-Zentrifuge kombiniert einen üblichen Tellerseparator mit einer Fördereinrichtung, wozu hier außen auf den Tellerstapeln entweder kurze, schräg gestellte Flügel oder längere, schraubenlinienartig verlaufende Flügel aufgesetzt sind. Nachteilig führt diese Anordnung aber zu einer Vergrößerung des Durchmessers der Vorrichtung. Außerdem führt diese Konstruktion zu einer ungleichmäßigen Durchströmung der verschiedenen Tellerzwischenräume, was ungünstig für den Wirkungsgrad der Vorrichtung ist.

Die DE 100 44 615 A1 betrifft eine Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine mit einem Zentrifugalölabscheider, die einen Gemischeinlaß für ein Luft-Öl-Gemisch und einen Luftauslaß für Reinluft sowie einen Ölauslaß für Öl aufweist. Der Zentrifugalölabscheider ist als Tellerseparator ausgebildet. Eine Feinölabscheideleistung dieser Vorrichtung wird in erster Linie durch die Drehzahl, mit der der Rotor betrieben wird, bestimmt. Weiterhin treten bei der Durchströmung der Zentrifugenrotoren in der Regel zwangsläufig Druckverluste auf, die sich störend auf die Kurbelgehäuselüftung auswirken können. Aus diesem Grund werden z. B. in der DE 100 44 615 A1 entsprechende Verdichterräder den eigentlichen Zentrifugenvorrichtungen zur Feinölabscheidung nachgeschaltet, um die entstehenden Druckverluste auszugleichen.

Als ein Hauptnachteil des in der DE 100 44 615 A1 offenbarten Tellerseparators ist anzusehen, daß das Verdichterrad als zusätzliches Bauteil erhöhend auf Herstellungskosten des Separators wirkt. Zudem muß das Verdichterrad separat angetrieben werden, so daß ein zusätzlicher technischer Aufwand mit einer zusätzlichen Verschleißquelle entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abscheidevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln neben einer effizienten Ölabscheidung eine Gasförderung bewirkt wird, ohne daß zusätzliche Bauteile eingesetzt werden müssen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leitelemente in Längsrichtung der Rotorwelle gesehen schraubenlinienförmig um diese angeordnet sind.

Vorteilhaft wird dadurch, daß die Leitelemente in Längsrichtung der Rotorwelle gesehen schraubenlinienförmig umlaufend um diese angeordnet sind, erreicht, daß das von den flüssigen Bestandteilen getrenntes Reingas in Längsrichtung der Rotorwelle im wesentlichen parallel zu dieser zu einem Reingasauslaß gefördert wird. Dem Rotor mit seinen Leitelementen kommt hierbei also eine Doppelfunktion zu. Zum einen werden durch die Rotation des Rotors mit den Leitelementen die Flüssigkeitströpfchen aufgrund von Zentrifugalkräften zu einem Innenumfang des Gehäuses transportiert und dort niedergeschlagen, wodurch sich die Flüssigkeitströpfchen aus dem Gas abscheiden. Gleichzeitig wird eine Förderwirkung für das gereinigte Gas erzielt, ohne daß dafür separate Einzelteile benötigt werden und ohne daß dies zu einer Vergrößerung des Bauraums führt, der insbesondere in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges oft sehr begrenzt ist. Die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung eignet sich daher insbesondere zum Abscheiden von Ölnebel aus dem Blow-By-Gas eines Verbrennungsmotors.

Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Leitelemente eine Schneckenwendel bilden, wobei die Leitelemente in Radialrichtung der Rotorwelle gesehen relativ zu dieser eine Schrägstellung oder Neigung (Winkel α) aufweisen. Diese Gestaltung kombiniert eine gute Abscheidewirkung mit einer guten Förderwirkung. Durch Variation des Neigungswinkels der Leitelemente zur Rotorwelle und der Spaltmaße und Spaltlängen zwischen den einander beabstandeten Leitelementen sind hierbei die Abscheidewirkung und die Förderwirkung beeinflußbar und optimierbar.

Das Verhältnis zwischen der Förderwirkung und der Abscheidewirkung kann durch Variation der Schrägstellung oder Neigung der Schneckenwendel bzw. der Leitelemente relativ zur Radialrichtung der Rotorwelle beeinflußt werden. Eine erste Ausgestaltung sieht dazu vor, daß die Schrägstellung oder Neigung der Schneckenwendel bzw. der Leitelemente relativ zur Radialrichtung der Rotorwelle entgegen einer Mediumförderrichtung orientiert ist. Hier wird im Verhältnis zueinander eher eine höhere Abscheidewirkung erzielt.

Alternativ kann die Schrägstellung oder Neigung der Schneckenwendel bzw. der Leitelemente relativ zur Radialrichtung der Rotorwelle aber auch in Förderrichtung orientiert sein. Hier wird im Verhältnis zueinander eher eine höhere Förderwirkung erzielt.

Denkbar ist auch, daß die Schneckenwendel ohne Schrägstellung oder Neigung relativ zur Radialrichtung der Rotorwelle ausgeführt ist.

Bevorzugt sind die Leitelemente einstückig zu der von einer Einlaßseite des Gehäuses zu einer Auslaßseite des Gehäuses verlaufenden Wendel zusammengefaßt. Dies ergibt einen stetigen Verlauf mit einer ungestörten Gasströmung.

Alternativ können die die Wendel bildenden Leitelemente als aneinandergereihte Rippen oder Schaufeln ausgebildet sein. Dabei können die Leitelemente bzw. die Schneckenwendel aus einzelnen Segmenten bestehen, was bedeutet, daß die Leitelemente nicht kontinuierlich fortlaufend um die Rotorwelle aufgebaut sein müssen, um eine entsprechende gasfördernde Wirkung zu erzielen. Möglich im Sinne der Erfindung ist es auch, Unterbrechungen an den umlaufenden Leitelementen vorzusehen, beispielsweise um eine einfachere Fertigung des Rotors erzielen zu können.

Damit das zu reinigende Gas der Abscheidevorrichtung mit günstiger Strömungsrichtung zugeführt werden kann, ist zweckmäßig vorgesehen, daß das Gehäuse an seiner Einlaßseite den Rohgaseinlaß aufweist, wobei das Rohgas durch den Einlaß von radial außen in das Gehäuse einleitbar ist.

Um das von den flüssigen Bestandteilen befreite Reingas abzuführen, ist zweckmäßig vorgesehen, daß die Rotorwelle als Hohlwelle ausgestaltet ist, die in ihrer Wandung zu ihrem Innenraum geöffnete Durchbrechungen aufweist. Hierbei gelangt das Reingas von radial außen nach radial innen strömend durch die Durchbrechungen in den Innenraum der Hohlwelle, in der das Reingas zu dem Reingasauslaß gefördert wird. Dabei erzeugen die schraubenlinienförmigen, umlaufenden Leitelemente bzw. die Schneckenwendel in entsprechender Drehrichtung, vergleichbar wie bei einem Schneckenförderer, eine gasfördernde Wirkung und damit einen Ausgleich des Druckverlustes, wie er bei herkömmlichen einschlägigen Vorrichtungen auftritt. Die gasfördernde Wirkung ist hierbei abhängig z.B. von dem Steigungswinkel der Leitelemente und von der Rotordrehzahl und kann jeweils den gewünschten Bedingungen angepaßt werden. Bei dieser Abscheidevorrichtung strömt das Rohgas von radial außen nach radial innen zwischen die einzelnen Leitelemente, um dann durch die Durchbrechungen in der Rotorwelle in deren Innenraum zu gelangen, in dem das von den flüssigen Bestandteilen getrennte Reingas abgeführt wird. Die Flüssigkeitströpfchen dagegen werden aufgrund der Zentrifugalkraft im Gegenstrom zum Gas in Radialrichtung von radial innen nach radial außen gefördert. Dieser Gegenstrom von Gas und Flüssigkeitströpfchen führt zu einer besonders wirksamen Trennung und damit Flüssigkeitsabscheidung.

Möglich ist alternativ auch, daß die Rotorwelle als Vollwelle ausgestaltet ist, wobei dann zur Abführung des Reingases entsprechende Durchtritte an den radial inneren Enden der Leitelemente vorgesehen sind, durch die eine Durchströmung zu dem Reingasauslaß ermöglicht gemacht werden kann.

Wie bereits gesagt, werden die flüssigen Bestandteile, insbesondere Öltröpfchen, durch die Zentrifugalkraft in Richtung zu dem Innenumfang des Gehäuses transportiert. Um eine Ableitung des sich an dem Innenumfang ansammelnden Öls zu gewährleisten, ist zweckmäßig vorgesehen, daß das Gehäuse mit dem Rotor, bezogen auf eine horizontale Ebene, in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslaß geneigt angeordnet ist. Die Öltröpfchen landen in Folge der Zentrifugalkraft am Innenumfang des Gehäuses und fließen dort der Schwerkraft folgend zum tiefsten Punkt des Gehäuseinnenraumes, von wo zweckmäßig die Flüssigkeit abgeführt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Gehäuse mit einem sich im Querschnitt gesehen in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslaß konisch erweiternden Innenraum ausgestaltet ist. Die Rotorwelle bzw. der Rotor ist bei dieser Ausgestaltung bevorzugt mit seiner Achse parallel zur horizontalen Ebene angeordnet. Hierbei ergibt sich auch bei horizontaler Ausrichtung der Rotorachse eine definierte Fließrichtung der abgeschiedenen Flüssigkeit

Zum Ableiten des Öls ist es günstig im Sinne der Erfindung, wenn das Gehäuse den Flüssigkeitsauslaß an seiner Auslaßseite aufweist und daß die Flüssigkeitspartikel nach deren Abscheidung durch den Flüssigkeitsauslaß separat abführbar sind. Bei dieser Ausgestaltung ist das Gehäuse, bezogen auf die horizontale Ebene, bevorzugt derart geneigt, daß der Rohgaseinlaß mit seiner Einlaßöffnung höher angeordnet ist als der Flüssigkeitsauslaß mit seiner Auslaßöffnung. Bei der zuvor erwähnten Ausgestaltung mit einem im Querschnitt gesehen konischen Gehäuse fließt die sich ansammelnde Flüssigkeit der Schwerkraft folgend entlang der geneigten Gehäusewand in Richtung zum Flüssigkeitsauslaß, dessen Auslaßöffnung, wiederum bezo gen auf die horizontale Ebene, tiefer liegt als die Einlaßöffnung des Rohgaseinlasses.

Möglich ist aber auch, daß die Flüssigkeitspartikel nach deren Abscheidung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des einströmenden Rohgases durch den Rohgaseinlaß abführbar sind. Dadurch kann auf einen separaten Flüssigkeitsauslaß verzichtet werden. Das Gehäuse ist hier zweckmäßig derart geneigt, daß der Rohgaseinlaß, bezogen auf eine horizontale Ebene, an einem tiefsten Punkt des Gehäuseinnenraumes angeordnet ist. Hierbei erfolgt die Flüssigkeitsabführung durch den Rohgaseinlaß im Gegenstrom zum Rohgas. Dies ist problemlos dann möglich, wenn eine Gasgeschwindigkeit im Rohgaseinlaß derart gering ist, daß ein Mitreißen von flüssigen Bestandteilen zurück in das Innere der Abscheidevorrichtung ausgeschlossen werden kann. Bei der Ausgestaltung mit einem im Querschnitt gesehen konischen Gehäuse hat dieses zweckmäßig an seiner Einlaßseite den größeren Innendurchmesser; dann fließt die sich ansammelnde Flüssigkeit der Schwerkraft folgend entlang der geneigten Gehäusewand in Richtung zum Rohgaseinlaß, dessen Einlaßöffnung bezogen auf die horizontale Ebene an einem tiefsten Punkt des Gehäuseinnenraumes angeordnet ist.

Ein Antrieb des Rotors kann bei Einsatz der Vorrichtung an einem Verbrennungsmotor z. B. durch Kupplung mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder durch einen eigenen geeigneten Antrieb mit einer separaten Energiequelle, die bei dem Verbrennungsmotor bzw. in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung steht, erreicht werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
1 eine Abscheidevorrichtung in einer ersten Ausführung im Querschnitt, mit einem in Ansicht dargestellten Rotor,
2 die Abscheidevorrichtung mit einem geänderten Rotor, in gleicher Darstellungsweise wie in 1,
3 die Abscheidevorrichtung in einer zweiten Ausgestaltung im Querschnitt, mit einem in Ansicht dargestellten Rotor,
4 die Abscheidevorrichtung aus 3 mit einem geänderten Rotor,
5 die Abscheidevorrichtung mit einem geänderten, in Ansicht dargestellten Rotor,
6 einen Ausschnitt aus dem Rotor der 5 als Einzelheit mit einer in Mediumförderrichtung orientierten Neigung, und
7 einen Ausschnitt aus dem Rotor der 1 bis 4 als Einzelheit mit einer entgegen der Mediumförderrichtung orientierten Neigung.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine Abscheidevorrichtung 1 zum Abscheiden von flüssigen Bestandteilen 2 aus einem Gas 3. Die Abscheidevorrichtung 1 weist einen Rotor 4 mit einer Rotorwelle 6 auf. Der Rotor 4 besitzt Leitelementen 7, die mit einem Außenumfang 8 der Rotorwelle 6 verbunden sind. Der Rotor 4 ist mit seiner Rotorwelle 6 drehbar in einem Innenraum 9 eines Gehäuse 11 angeordnet, wobei dem Gehäuse 11 entsprechende Lagerelemente 12 zugeordnet sind. Die Leitelemente 7 sind in Längsrichtung (Pfeil 13) der Rotorwelle 6 gesehen derart schraubenlinienförmig umlaufend um diese angeordnet, daß ein von den flüssigen Bestandteilen getrenntes Reingas 14 in Längsrichtung (Pfeil 13) der Rotorwelle 6 im wesentlichen parallel zu dieser zu einem Reingasauslaß 15 befördert wird, der sich an die Rotorwelle 6 anschließt.
Die Abscheidevorrichtung 1 eignet sich insbesondere zum Abscheiden von Ölbestandteilen aus dem Blow-By-Gas eines Verbrennungsmotors.
Die Leitelemente 7 sind hier als kontinuierlich durchgehende Schneckenwendel 16 gebildet, wobei die Leitelemente 7 in Radialrichtung gesehen eine Schrägstellung oder Neigung relativ zur Rotorwelle 6 aufweisen (6 und 7). Die jeweils benachbarten Leitelemente 7 der Schnekkenwendel 16 sind mit einem Spaltabstand S in Längsrichtung (Pfeil 13) der Rotorwelle 6 voneinander beabstandet, wobei die Leitelemente 7 eine radiale Spaltlänge SL aufweisen. Die Schrägstellung bzw. Neigung ist mittels des Winkels α dargestellt. Auf die Schrägstellung bzw. Neigung wird weiter unten näher eingegangen.
Die Rotorwelle 6 ist als Hohlwelle ausgestaltet, wobei die hohle Rotorwelle 6 in ihrer Wandung 8 Durchbrechungen 17 aufweist, die zu einem Innenraum 18 der Rotorwelle 6 hin geöffnet sind. Die Durchbrechungen 17 sind jeweils zwischen den benachbarten Leitelementen 7 der Schneckenwendel 16 angeordnet.
In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 11 an seiner Einlaßseite 19 einen Rohgaseinlaß 21 auf. An der zur Einlaßseite 19 gegenüberliegenden Auslaßseite 22 weist das Gehäuse 11 einen separaten Flüssigkeitsauslaß 23 auf.
Das Gehäuse 11 ist hier im Querschnitt gesehen konusartig ausgestaltet und erweitert sich etwas von der Einlaßseite 19 zur Auslaßseite 21. Eine im Querschnitt gesehen untere Längswand 25 ist bezogen auf eine horizontale Ebene 24 geneigt angeordnet, wobei hier auch die im Querschnitt dazu gegenüberliegende Längswand eine entsprechende Neigung aufweist. In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rohgaseinlaß 21 bezogen auf die horizontale Ebene 24 mit seiner Einlaßöffnung 26 höher angeordnet als der Flüssigkeitsauslaß 23 mit seiner Auslaßöffnung 27.
Mittels eines geeigneten, hier nicht dargestellten Drehantriebs kann der Rotor 4 mit seiner Rotorwelle 6 in eine Drehbewegung versetzt werden.
Ein Einströmen des mit einem Flüssigkeitsnebel befrachteten Rohgases 3 erfolgt hier von radial außen an der Einlaßseite 19 des Gehäuses 11. Bei Kontakt des Rohgases 3 und des Flüssigkeitsnebels mit den sich drehenden Leitelementen 7 bzw. der sich drehenden Schneckenwendel 16 werden die Flüssigkeitströpfchen bzw. der Flüssigkeitsnebel aufgrund der Zentrifugalkraft entgegen der Gasströmung (Pfeile 28) zu einem Innenumfang 29 des Gehäuses 11 transportiert. Aufgrund der geneigten Anordnung der Längswand 25 bezogen auf die horizontale Ebene 24 fließen die sich an dem Innenumfang 29 sammelnden Flüssigkeitströpfchen zu dem tiefsten Punkt des Gehäuseinnenraumes 9, hier in Richtung zur Flüssigkeitsauslaßöffnung 27. Durch die Auslaßöffnung 27 wird die sich ansammelnde Flüssigkeit 31, z.B. Schmieröl, durch den Flüssigkeitsauslaß 23 abgeführt und z.B. einer Ölwanne des Verbrennungsmotors zugeführt.
Die durch die schraubenlinienförmig umlaufenden Leitelemente 7 gebildete Schneckenwendel 16 erzeugt in entsprechender Drehrichtung eine gasfördernde Wirkung, wodurch das Reingas 14 von radial außen nach radial innen durch die Durchbrechungen 17 in den Innenraum 18 der Rotorwelle 6 gefördert wird. Das Reingas (Pfeile 14) wird durch den Innenraum 18 in Richtung zu dem Reingasauslaß 15 transportiert, der an der Auslaßseite 22 mit der Rotorwelle 6 in geeigneter Weise verbunden ist.
Die gasfördernde Wirkung der Schneckenwendel 16 ist hierbei abhängig vom Steigungswinkel α bzw. der Schrägstellung der Leitelemente 7 in Radialrichtung.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Leitelemente 7 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 in Längsrichtung (Pfeil 13) der Rotorwelle 6 einen geringeren axialen Abstand S auf. Die Spaltmaße S und die Spaltlängen SL sind wie die Neigungswinkel der Leitelemente 7 relativ zur Rotorwelle 6 maßgebend für das Verhältnis von Abscheidewirkung und Förderwirkung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung 1 ist in den 3 und 4 dargestellt. Auch hier weist das Gehäuse 11 an seiner Einlaßseite 19 den Rohgaseinlaß 21 auf, während im Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungs beispiel an der Auslaßseite 22 auf einen separaten Flüssigkeitsaislaß verzichtet wird. Weiter ist das Gehäuse 11 derart konusartig ausgeführt, daß sich das Gehäuse 11 von der Einlaßseite 19 zur Auslaßseite 22 etwas verjüngt. Der Rohgaseinlaß 21 mit seiner Einlaßöffnung 26 ist an einem relativ tiefsten Punkt des Gehäuseinnenraumes 9 angeordnet, so daß die sich an dem Innenumfang 29 des Gehäuses 9 ansammelnde Flüssigkeit 31 schwerkraftbedingt in Richtung zum Rohrgaseinlaß 21 fließt. Die abgeschiedene Flüssigkeit 31 wird durch den Rohgaseinlaß 21 abgeführt, dessen Querschnitt so groß gewählt ist, daß die Gasströmungsgeschwindigkeit des Rohgases darin so gering bleibt, daß ein Mitreißen von abfließender Flüssigkeit zurück in den Innenraum des Gehäuses ausgeschlossen ist.
Die Abscheidevorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach 3 wiederum, wie bereits zu 2 beschrieben, lediglich durch einen geringeren Spaltabstand S der Leitelemente 7 in Längsrichtung (Pfeil 13). Ansonsten entspricht die Ausführungsform der 4 der Abscheidevorrichtung 1 nach 3.
In 5 ist die Abscheidevorrichtung 1 mit einer geänderten Schneckenwendel 16 dargestellt. Im Unterschied zu dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Schneckenwendel 16 relativ zur Radialrichtung der Rotorwelle 6 eine Neigung bzw. Schrägstellung (Winkel α) in Förderichtung 32 auf. Dies ist in 6 detailliert dargestellt. Die Förderrichtung 32 ist zum Reingasauslaß 15 orientiert. In 4 bzw. bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 4 weisen die Leitelemente 7 bzw. weist die Schneckenwendel 16 relativ zur Radialrichtung der Rotorwelle 6 eine Neigung bzw. Schräg stellung (Winkel α)entgegen der Förderrichtung 32 auf. Dies ist in 7 detailliert dargestellt.
Durch die Auswahl der Richtung bzw. Orientierung der Schrägstellung oder Neigung in bzw. entgegen der Förderrichtung 32 läßt sich das Verhältnis zwischen Förderwirkung und Abscheidewirkung der Abscheidevorrichtung 1 in gewünschter Weise und für den jeweiligen Anwendungsfall günstig beeinflussen. Der Abstand S der einzelnen Gänge der Schneckenwendel 16 voneinander sowie die Neigung der Schneckenwendel 16 bzw. derer Leitelemente 7 ist bevorzugt derart bemessen, daß sich in Radialrichtung gesehen vom Außenumfang des Rotors 4 zur vorzugsweise hohlen Rotorwelle 6 kein freier Strömungsweg für Ölpartikel ergibt. Vorteilhaft wird mit einer Schrägstellung bzw. Neigung in bzw. entgegen der Förderrichtung 32 erreicht, daß die Ölpartikel bei einer radialen Bewegung zwangsläufig auf die Schneckenwendel 16 treffen, womit die Ölabscheidung bewirkt wird. Ölabscheidevorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 2, 4 und 5 mit geringem Spaltabstand S werden in der Praxis gegenüber den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 3 bevorzugt.
Den 6 und 7 ist weiterhin zu entnehmen, daß die Durchbrechungen 17 in Förderrichtung 32 gesehen unterschiedlich zum jeweils vorgelagertem Leitelement 7 beabstandet sein können. In 6 weist die jeweils zum vorgelagerten Leitelement 7 nächstgelegene Durchbrechung 17 einen geringeren Abstand zum Leitelement 7 auf als in 7.
Mit der in den 1 bis 5 jeweils beispielhaft dargestellten Abscheidevorrichtung 1 wird eine hohe Flüssigkeitabscheidewirkung entsprechend einem herkömmlichen Tellerseparator zur Verfügung gestellt, wobei gleichzeitig zur hohen Abscheidewirkung des Rotors dieser eine fördernde Funktion auf das gasförmige, die Abscheidevorrichtung durchströmende Medium ausübt. Damit werden zwei Funktionen in einem einzigen Bauteil ohne Vergrößerung des Bauraums kombiniert.

1: Abscheidevorrichtung
2: flüssige Bestandteile
3: Gas
4: Rotor
5
6: Rotorwelle
7: Leitelemente
8: Außenumfang
9: Innenraum
10
11: Gehäuse
12: Lagerelement
13: Längsrichtung
14: Reingas
15: Reinmgasauslaß
16: Schneckenwendel
17: Durchbrechungen
18: Innenraum von 6
19: Einlaßseite
20
21: Rohgaseinlaß
22: Auslaßseite
23: Flüssigkeitsauslaß
24: horizontale Ebene
25: Längswand
26: Einlaßöffnung von 21
27: Auslaßöffnung von 23
28: Mediumströmung
29: Innenumfang
30
31: Flüssigkeit
32: Förderrichtung

Claims

Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitspartikeln (2, 31) aus einem gasförmigen Medium (3, 28), insbesondere zum Abscheiden von Ölpartikeln aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas einer Brennkraftmaschine, wobei die Abscheidevorrichtung einen Rotor (4) mit einer Rotorwelle (6) aufweist, wobei der Rotor (4) Leitelemente (7) umfaßt, die auf einem Außenumfang (8) der Rotorwelle (6) angeordnet sind, und wobei der Rotor (4) mit seiner Rotorwelle (6) drehbar in einem Gehäuse (11) mit einem Rohgaseinlaß (21), einem Reingasauslaß (15) und einem Flüssigkeitsauslaß (23) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente (7) in Längsrichtung (13) der Rotorwelle (6) gesehen schraubenlinienförmig um diese angeordnet sind.
Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente (7) eine Schnekkenwendel (16) bilden, wobei die Leitelemente (7) in Radialrichtung der Rotorwelle (6) gesehen relativ zu dieser eine Schrägstellung oder Neigung (Winkel α) aufweisen.
Abscheidevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Schrägstellung oder Neigung der Schneckenwendel (16) bzw. der Leitelemente (7) relativ zur Radialrichtung der Rotorwelle (6) entgegen einer Mediumförderrichtung (32) orientiert ist.
Abscheidevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung oder Neigung der Schneckenwendel (16) bzw. der Leitelemente (7) relativ zur Radialrichtung der Rotorwelle (6) in Mediumförderrichtung (32) orientiert ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente (7) einstückig zu der von einer Einlaßseite (19) des Gehäuses (11) zu einer Auslaßseite (22) des Gehäuses (11) verlaufenden Wendel (16) zusammengefaßt sind.
Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wendel (16) bildenden Leitelemente (7) als aneinandergereihte Rippen oder Schaufeln ausgebildet sind.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) an seiner Einlaßseite (19) den Rohgaseinlaß (21) aufweist, wobei das Rohgas (3, 28) durch den Einlaß (21) von radial außen in das Gehäuse (11) einleitbar ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (6) als Hohlwelle ausgestaltet ist, die in ihrer Wandung zu ihrem Innenraum (18) geöffnete Durchbrechungen (17) aufweist.
Abscheidevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas (3, 28) von radial außen nach radial innen strömend in Rotation versetzbar ist und von den Flüssigkeitspartikeln befreit als Reingas (14) durch die Durchbrechungen (17) in den Innenraum (18) der Rotorwelle (6) und durch den Innenraum (18) zu dem Reingasauslaß (15) führbar ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) mit dem Rotor (4), bezogen auf eine horizontale Ebene (24), in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslaß (23) geneigt angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) mit einem sich im Querschnitt gesehen in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslaß (23) konisch erweiternden Innenraum (9) ausgestaltet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) den Flüssigkeitsauslaß (23) an seiner Auslaßseite (22) aufweist und daß die Flüssigkeitspartikel (2) nach deren Abscheidung durch den Flüssigkeitsauslaß (23) separat abführbar sind.
Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitspartikel (2, 31) nach deren Abscheidung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des einströmenden Rohgases (3, 28) durch den Rohgaseinlaß (21) abführbar sind.