DE102005021220B4

DE102005021220B4 - Elektrostatischer Abscheider mit gepulstem Hochspannungsnetzteil

Info

Publication number: DE102005021220B4
Application number: DE102005021220.4A
Authority: DE
Inventors: Scott P. Heckel; Gregory W. Hoverson; Mark J. Johnson
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-07
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2025-05-08
Also published as: JP2005334876A; US7082897B2; DE102005021220A1; US20050224023A1; JP4834886B2

Abstract

Elektrostatischer Abscheider mit einer Kollektorelektrode (34) und einer Coronaentladungselektrode (52) sowie mit einer Spannungsversorgung, wobei die Spannungsversorgung in der Lage ist, ein elektrisches Feld zwischen der Coronaentladungselektrode (52) und der Kollektorelektrode (34) mit einer Spannung zu erzeugen, die größer ist als die Coronaentladungsspannung (164) und geringer ist als die Lichtbogenüberschlagsspannung zwischen der Coronaentladungselektrode (52) und der Kollektorelektrode (34), wobei die Kollektorelektrode (34) in dem elektrischen Feld ionisierte Partikel sammelt, wobei die Spannungsversorgung ein gepulstes Hochspannungsnetzteil (150) aufweist, das die Coronaentladungselektrode (52) mit einer gepulsten Spannung versorgt, die zwischen einer Spitzenimpulsspannung (152) und einer Impulsbodenspannung (156) gepulst ist, wobei die Impulsbodenspannung (156) größer ist als die Coronaentladungsspannung (164) und niedriger ist als die Lichtbogenüberschlagsspannung zwischen der Coronaentladungselektrode (52) und der Kollektorelektrode (34), wobei die Spitzenimpulsspannung (152) größer ist als die Coronaentladungsspannung (164), wobei zusätzlich eine Nenngleichspannung (162) zwischen der Coronaentladungselektrode (52) und der Kollektorelektrode (34) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nenngleichspannung (162) größer als die Impulsbodenspannung (156) ist, so dass auch in Abwesenheit eines Spannungsimpulses eine ausreichende Ionisation gewährleistet ist, und dass die Dauer der Spitzenimpulsspannung (152), d. h. die Impulsweite, so kurz bemessen ist, dass die thermische Beanspruchung des gepulsten Hochspannungsnetzteils (150) minimiert und dadurch dessen Lebensdauer erhöht ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Abscheider mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie einen elektrostatischen Tröpfchenkollektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 3.
Elektrostatische Kollektoren oder Abscheider, auch bekannt als elektrostatische Tröpfchenkollektoren (EDC – Electrostatic Droplet Collector), sind aus dem Stand der Technik bekannt. In deren einfachster Ausgestaltung ist eine Hochspannungselektrode für eine Coronaentladung in der Nähe einer Kollektorelektrode angeordnet. Z. B. ist eine Hochspannungselektrode für eine Coronaentladung in der Mitte einer geerdeten Röhre oder eines Behälters angeordnet. Die geerdete Röhre oder der Behälter bildet eine ringförmige Massefläche, die eine Kollektorelektrode um die Entladungselektrode herum bereitstellt. Eine hohe Gleichspannung im Bereich einiger Tausend Volt, beispielsweise 15 kV, an der mittigen Entladungselektrode bewirkt, daß sich eine Coronaentladung in der Nähe der Entladungselektrode aufgrund der hohen elektrischen Feldstärke bildet. Dadurch werden Ladungsträger erzeugt, die eine Ionisation von Gas im Bereich zwischen der Entladungselektrode und der Kollektorelektrode bewirken. Wenn Gas, welches Schwebstoffe enthält, durch diesen Bereich strömt, werden die Schwebstoffe durch die Ionen elektrisch geladen. Die geladenen Schwebstoffe werden dann durch das elektrische Feld elektrostatisch an der inneren Oberfläche der Kollektorelektrode abgeschieden.
Elektrostatische Abscheider werden in Kurbelgehäuseentlüften für Dieselmotoren zum Entfernen von Schwebstoffen einschließlich Öltröpfchen aus dem Leckgas (Blow-By-Gas) verwendet und zwar beispielsweise so, daß das Leckgas (Blow-By-Gas) in die Atmosphäre oder zu dem Frischlufteinlaß des Dieselmotors zur weiteren Verbrennung geleitet werden kann und so eine Leckgas-(Blow-By-Gas)Rezirkulation bereitgestellt wird. Elektrostatische Abscheider werden auch in Kurbelgehäuseentlüftungen anderer Verbrennungsmotoren eingesetzt, beispielsweise zur Öldampfrezirkulation in einem Kompressor, und für verschiedene andere Anwendungen zur Sammlung geladener Teilchen in einem elektrischen Feld, das durch eine Hochspannungsentladungselektrode erzeugt wird.
Eine bekannte Elektrodenanordnung zur Erzeugung von Coronaentladungen ( US 6,221,136 B1 ) weist einen Halter oder eine Spule mit einem in diagonaler Richtung gespannten Draht auf, der einen Durchmesser von ca. 0,15 mm (0,06 inch) aufweist. Die Spule wird von einer zentral angeordneten, sich entlang einer Achse erstreckende Trommel mit zwei ringförmigen Flanschen gebildet, die in axialer Richtung entlang der Trommel voneinander beabstandet sind und sich von der Trommel radial nach außen erstrecken. Der Draht ist einstückig ausgeführt und mehrfach zwischen den ringförmigen Flanschen hin und hergespannt, um eine Mehrzahl von Segmenten bereitzustellen, die sich zwischen den Flanschen erstrecken, axial und teilweise spiralförmig diagonal zwischen den ringförmigen Flanschen gespannt sind und von den ringförmigen Flanschen gehalten werden.
Wenn der elektrostatische Abscheider bei einem Dieselmotor eingesetzt wird, bilden sich oftmals Ölrückstände an der Kollektorelektrode, d. h. an der ringförmigen Massefläche, die durch den Behälter bereitgestellt wird. Diese Ölrückstände können zu einer Herabsetzung der Leistung des elektrostatischen Abscheiders führen und zu einem Anstieg der Häufigkeit von Lichtbogenüberschlägen. Die Menge der Rückstände wird durch die Lichtbogenüberschläge erhöht und die Häufigkeit von Lichtbogenüberschlägen wird wiederum durch die Rückstände erhöht. Letztendlich sinkt die Effizienz des Abscheiders aufgrund von Hochfrequenzlichtbogenüberschlägen (d. h. 400 Hz und höher) und anderer instabiler Prozesse, die eine Dauer in der Größenordnung von einer Minute aufweisen können. Zusätzlich zur Minderung der Effizienz belasten die Lichtbogenüberschläge die elektrischen Komponenten einschließlich des Netzteils aufgrund der bei Lichtbogenüberschlägen auftretenden Entladungs-/Ladungsprozesse. Dies ist insbesondere problematisch bei Anwendungen im Automobilbereich, die eine lange Lebensdauer erfordern oder wenigstens ausgedehnte Wartungsintervalle. Diese Problematik begrenzt die Anwendung dieser Technologie.
Eine Lösung des Problems besteht darin, die Kollektorelektrode regelmäßig zu reinigen, um die Rückstände von dieser zu entfernen. Die Reinigung kann beispielsweise durch Stöße oder Vibrationen erfolgen, die mechanisch induziert werden, wie z. B. mechanisches Klopfen, oder durch akustische Vibrationen. Dies ist im Fall von Leckgas von Kurbelgehäuseentlüftungssystemen nicht ausreichend, da die Schwebstoffe flüssig und die Rückstände klebrig sind, insbesondere beim Auftreten von Lichtbogenüberschlägen.
Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung besteht darin, die Elektrode durch einen mechanischen Abstreifer automatisch während des Betriebs zu reinigen. Eine solche Lösung ist nicht erstrebenswert, da zusätzliche mechanische Teile erforderlich sind, die wiederum Fehler verursachen können. Ferner ist eine solche Lösung aufgrund der zusätzlichen Teile kostenintensiv.
Im Übrigen ist ein elektrischer Tröpfchenkollektor auch aus weiterem Stand der Technik bekannt ( US 2,509,548 A ).
Eine Vorgängeranmeldung ( DE 10 2005 013 184 A1 ) offenbart eine Lösung, bei der der elektrostatische Abscheider oder Tröpfchenkollektor eine austauschbare Elektrodenanordnung aufweist. Die Elektrodenanordnung ist in einem einfachen Verfahrensschritt montierbar und demontierbar, so daß ein Auswechseln der Elektrodenanordnung in regelmäßigen Wartungsintervallen ermöglicht und vereinfacht ist. In bevorzugter Ausführung ist ein Teil des elektrostatischen Abscheiders dauerhaft vorgesehen und bleibt an dem Motor oder an anderen Bauteilen im Motorraum angefügt. Es werden nur kostengünstige Elemente der Elektrodenanordnung ersetzt. Die Leichtigkeit der Wartung fördert einen regelmäßigen Austausch, wodurch die oben geschilderte Herabsetzung der Leistung vermieden wird.
Bei dieser Konstruktion wird die Elektrodenanordnung in bevorzugter Ausführung in einem einfachen Abschraub-/Aufschraub-Schritt ausgewechselt, vergleichbar mit dem Wechseln eines Ölfilters. Diese Vertrautheit ist wünschenswert, um eine Wartung in den empfohlenen Intervallen durch Servicepersonal zu fördern, ohne daß dieses das neue Wartungsverfahren lernen muß. In einer Ausführung werden die Kollektorelektrode und die Entladungselektrode gemeinsam als Einheit von einem Montagekopf der Elektrodenanordnung entfernt. In einer anderen Ausführung wird nur die Kollektorelektrode entfernt.
Der bekannte elektrostatische Abscheider, von dem die Erfindung des Anspruchs 1 ausgeht ( JP H07-39 785 A ), hat eine Spannungsversorgung mit einem gepulsten Hochspannungsnetzteil, durch das eine Impulsbodenspannung und eine Spitzenimpulsspannung bereitgestellt werden, gesteuert von einer Steuerung. Eine Nenngleichspannung ist nicht vorgesehen. Hinsichtlich des Anspruchs 3 ist Ausgangspunkt für die Lehre ein elektrostatischer Tröpfchenkollektor gemäß der WO 00/30755 A2 .
Aufgabe der Erfindung ist es einem elektrostatische Abscheider bzw. einem elektrostatischen Tröpfchenkollektor bei unverändert guter Abscheiderleistung zu einer höheren Lebensdauer zu verhelfen.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einem elektrostatischen Abscheider mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Eine bevorzugte Ausgestaltung ist Gegenstand des Anspruchs 2.
Die zuvor genannte Aufgabe ist bei einem elektrostatischen Tröpfchenkollektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 3 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 3 gelöst. Eine bevorzugte Ausgestaltung ist Gegenstand von Anspruch 4.
Die Versorgung der Coronaentladungselektrode erfolgt durch eine gepulste Spannung zwischen einer Spitzenimpulsspannung und einer Impulsbodenspannung. Die Impulsbodenspannung ist dabei niedriger als eine Lichtbogenüberschlagsspannung, so daß in diesem Betriebszustand Lichtbogenüberschläge vermieden werden. Die Dauer der Spitzenimpulsspannung ist dabei insbesondere so kurz bemessen, daß eine thermische Beanspruchung des gepulsten Hochspannungsnetzteils minimiert ist. Lichtbogenüberschläge können sich bei einer entsprechend angepaßten Dauer der Spitzenimpulsspannung nicht ausbilden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen 1 bis 10 Beispiele aus dem Stand der Technik gemäß der DE 10 2005 013 184 A1 .
1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrostatischen Tröpfchenkollektors,
2 ist eine Schnittansicht der Anordnung aus 1,
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Bauteils aus 2,
4 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Bauteils aus 2,
5 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Bauteils aus 2,
6 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Bauteils aus 2,
7 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus 2,
8 ist eine Explosionsansicht eines Ausschnitts aus 1,
9 ist eine Schnittansicht eines Ausschnitts aus 8,
10 ist eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels ähnlich zu 2.
11 zeigt ein Netzgerät für einen elektrostatischen Abscheider in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
12 zeigt ein Diagramm, das den Betrieb in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die nachfolgende Beschreibung von 1 bis 10 betrifft den Stand der Technik gemäß der DE 10 2005 013 184 A1 .
1 zeigt einen elektrostatischen Abscheider bzw. genauer eine EDC-Anordnung 20 (Anordnung eines elektrostatischen Tröpfchenkollektors) für einen Verbrennungsmotor 22 mit einer elektrostatischen Kurbelgehäuseentlüftung. Die EDC-Anordnung 20 weist einen Einlaß 24 auf zur Aufnahme von Gas von dem Motor, wie Leckgas (Blow-By-Gas) des Dieselmotors, wie bei Pfeil 26 gezeigt, und weist einen Auslaß 28 auf zur Rückleitung des gereinigten Gases in die Atmosphäre oder zu dem Motor, wie bei Pfeil 30 gezeigt. Die gesammelten Schwebstoffe werden durch ein Ventil an einem Ablaufanschluß 32 abgelassen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Anordnung 20 weist einen zylindrischen Behälter 34 mit dem Einlaß 24 auf und einen Montagekopf 36 mit dem Auslaß 28. Eine Coronaentladungselektrodenanordnung 38 (2) ist innerhalb des Behälters 34 angeordnet und als Einheit mit diesem von dem Montagekopf 36 abnehmbar, wie im folgenden beschrieben wird.
Die Coronaentladungselektrodenanordnung 38 weist einen elektrisch isolierenden Halter oder eine Spule 40 mit einem Draht als elektrischen Leiter 42 in diagonaler Richtung gespannt auf, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Spule 40 wird durch eine mittige hohle Trommel gebildet, die sich axial entlang einer Achse 44 erstreckt und zwei ringförmige Flansche 46, 48 aufweist. Die beiden Flansche 46, 48 sind entlang der Trommel voneinander beabstandet angeordnet und erstrecken sich von der Trommel radial nach außen. Der elektrische Leiter 42 ist einstückig ausgeführt und mehrfach zwischen den ringförmigen Flanschen 46, 48 hin und her gespannt, um eine Mehrzahl von Segmenten bereitzustellen, die sich zwischen den ringförmigen Flanschen 46, 48 erstrecken, axial und teilweise spiralförmig diagonal zwischen den ringförmigen Flanschen 46, 48 gespannt sind und von den ringförmigen Flanschen 46, 48 gehalten werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Coronaentladungselektrodenanordnung 20 ausgeführt sein, wie es in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 013 183.2 gezeigt ist.
Die Spule 40 ist angefügt an einen als elektrisch isolierende Scheibe 50 ausgeführten elektrischen Isolator 50 (2, 4), beispielsweise mittels Schrauben in Löchern 52. Die isolierende Scheibe 50 weist eine Hochspannungselektrode 52 auf, die an der Scheibe 50 mittels einer Gewindemutter 54 befestigt ist, um die Elektrode 52 mit einem Leitungsstreifen 56 zu verbinden, um so Strom zu dem elektrischen Leiter 42 zu leiten, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die isolierende Scheibe 50 weist eine Mehrzahl von Ausgangsöffnungen 58 entlang ihres Umfangs auf, um Gas durch diese von der Coronaentladungszone 60 in eine Kammer 62 zu leiten. Das Gas strömt von dem Einlaß 24 durch die Coronaentladungszone 60 zwischen der Hochspannungselektrode 52 und der Kollektorelektrode, die durch den ringförmigen, geerdeten Behälter 34 bereitgestellt wird, dann durch die Öffnungen 58 in die Kammer 60 und anschließend durch den Montagekopf 36 zu dem Auslaß 28 bei Pfeil 30.
Der Behälter 34 erstreckt sich axial entlang der Achse 44 und weist ein offenes axiales Ende 60 auf, das dem Montagekopf 36 zugewandt ist. Ein Montageblech 63 (2, 5, 7) weist einen ersten Abschnitt 64 auf, der an den Behälter 34 angefügt ist, beispielsweise durch Schweißen oder durch Bördeln des Endes des Behälters 34 um den Abschnitt 64, wie bei 66 gezeigt ist. Das Montageblech 63 weist einen zweiten Abschnitt 68 auf, der abnehmbar an dem Montagekopf 36 befestigbar ist, vorzugsweise mittels eine Gewindeverbindung 70. Der als isolierende Scheibe ausgeführte elektrische Isolator 50 ist vorzugsweise durch eine dauerhafte Klebung mit dem Montageblech 63 verbunden. Das Montageblech 63 weist den ersten Abschnitt 64 auf, der an dem Behälter 34 befestigt ist. Der Abschnitt 64 ist gegenüber dem Montagekopf 36 mit einem Dichtungsring dazwischen, beispielsweise aus Gummi oder einem anderen elastischen Material, abgedichtet. Der zweite Abschnitt 68 des Montageblechs 63 ist mit dem Montagekopf 36 mittels der Gewindeverbindung 70 verbunden. Der Abschnitt 64 des Montageblechs 63 ist an den Behälter 34 an dem offenen axialen Ende 61 des Behälters 34 angefügt. Der Abschnitt 64 und das offene axiale Ende 60 sind gegen den Montagekopf 36 durch den Dichtungsring 72 dazwischen abgedichtet.
Das Montageblech 63 (2, 5, 7) weist eine zwischenliegende Schulter 74 auf, die sich radial von dem ersten Abschnitt 64 nach innen zu dem zweiten Abschnitt 68 erstreckt. Der erste Abschnitt 64 erstreckt sich axial von der Schulter 74 nach oben und stützt die Dichtung 72. Der zweite Abschnitt 68 erstreckt sich axial von der Schulter 74 nach unten. Der Abschnitt 68 weist eine erste Seite 76 auf, die radial nach innen gewandt ist und die Gewindeverbindung 70 mit ausbildet. Abschnitt 68 weist eine zweite Seite 78 auf, die radial nach außen gewandt ist. Der elektrische Isolator 50 weist einen äußeren L-förmigen Flansch 80 mit einem ersten Abschnitt 82 und einem zweiten Abschnitt 84 auf. Der erste Abschnitt 82 erstreckt sich axial nach oben entlang der zweiten Seite 78 des zweiten Abschnitts 68 des Montageblechs 63. Der zweite Abschnitt 84 des L-förmigen Flanschs 80 erstreckt sich von dem ersten Abschnitt 82 radial nach innen und unter dem zweiten Abschnitt 68 des Montageblechs 63. Die Kammer 62 ist radial innerhalb der Gewindeverbindung 70 des zweiten Abschnitts 68 des Montageblechs 63 und des Montagekopfs 36 angeordnet.
Der Montagekopf 36 weist einen invertierten L-förmigen Flansch 86 (2, 6, 7) mit einem ersten Abschnitt 88 und einem zweiten Abschnitt 90 auf. Der erste Abschnitt 88 erstreckt sich radial nach außen und oberhalb des ersten Abschnitt 64 des Montageblechs 63 und des offenen axialen Endes 61 des Behälters 34 und ist dagegen mittels der Dichtung 72 durch axiale Kompression abgedichtet. Der zweite Abschnitt 90 des invertierten L-förmigen Flanschs 86 erstreckt sich axial nach unten und weist eine erste Seite 92 auf, die radial nach außen gewandt ist und die Gewindeverbindung 70 mit der ersten Seite 76 des zweiten Abschnitts 68 des Montageblechs 63 bildet. Der zweite Abschnitt 90 des invertierten L-förmigen Flanschs 86 weist eine zweite Seite 94 auf, die radial nach innen gewandt ist und die Kammer 62 definiert. Der zweite Abschnitt 90 des invertierten L-förmigen Flanschs 86 erstreckt sich axial nach unten zu einem unteren Ende 96 oberhalb des zweiten Abschnitts 84 des L-förmigen Flanschs 80 des elektrischen Isolators 50. Die Öffnungen 58 erstrecken sich axial durch den zweiten Abschnitt 84 des L-förmigen Flanschs 80 radial innerhalb des zweiten Abschnitts 90 des invertierten L-förmigen Flanschs 86. Das Gas strömt von Einlaß 24 durch einen ersten Ringraum 60 zwischen dem elektrischen Leiter 42 und dem Behälter 34. Der elektrische Isolator 50 ist als Scheibe ausgeführt und weist einen äußeren Abschnitt mit dem L-förmigen Flansch 80 auf, der sich von dort nach außen erstreckt, und weist einen mittleren Abschnitt mit einem säulenartigen Stiel 98 auf. Der säulenartige Stiel 98 erstreckt sich axial von dort nach oben in die Kammer 62 und ist radial nach innen von dem zweiten Abschnitt 90 des invertierten L-förmigen Flanschs 86 durch einen zweiten Ringraum 100 dazwischen beabstandet. Der zweite Ringraum 100 bildet die Kammer 62. Der zweite Ringraum 100 weist einen kleineren Außendurchmesser auf als der erste Ringraum 60. Der Außendurchmesser des zweiten Ringraums 100 ist im wesentlichen gleich groß wie der Innendurchmesser des ersten Ringraums 60.
Die gezeigte Konstruktion stellt eine abnehmbare und auswechselbare EDC-Anordnung bereit. Das Montageblech 63 greift in den Montagekopf 36 durch eine Schraubverbindung 70 radial innerhalb der Dichtung 72 ein. Die erste Seite 76 und die zweite Seite 78 des Montageblechs 63 sind in radial entgegengesetzte Richtungen gerichtet. Das Montageblech ist mit diesen Seiten 76, 78 radial zwischen dem Montagekopf 36 bei 90 und dem elektrischen Isolator 50 bei Abschnitt 82 an radial einander gegenüberliegenden Seiten dieser angeordnet. Der elektrische Isolator 50 weist eine Seite 102 auf, die radial nach innen gewandt ist und an die Seite 78 des Montageblechs 63 anliegt. Seite 102 des elektrischen Isolators 50 ist radial außerhalb der Seite 92 des Montagekopfs 36 angeordnet.
Der invertierte L-förmige Flansch 86 ist an Schrauben- oder Nietenlöchern 104 (6) an einer oberen Kappe oder einem Gehäuse 106 des Montagekopfs 36 befestigt (1, 2, 6, 8). Die Kappe 106 ist an Bolzenlöchern 108 an dem Motor oder einem bestimmten Ort in dem Motorraum befestigt. Eine erste Wand oder ein Teiler 110 ist an der Kappe 106 an Bolzen- oder Schraubenlöchern 112 befestigt und bildet die obere Wand der Kammer 62. Eine zweite Wand oder ein Teiler 114 ist an der Kappe 106 an Bolzen- oder Schraubenlöchern 116 befestigt und ist oberhalb der Wand 110 durch verschieden hohe Abstandselemente in der Kappe 106 angeordnet, beispielsweise längere Abstandselemente 118 für die Wand 110 und kürzere Abstandselemente 120 für die Wand 114. Die Wand 114 ist daher oberhalb der Wand 110 mit einem Raum oder Abstand dazwischen angeordnet. Die Wand 114 wird durch eine Leiterplatine bereitgestellt. Die Leiterplatine weist einen Netzversorgungsschaltkreis auf, der elektrisch mit einem nach außen führenden Steckanschluß 122 verbunden ist. Der Steckanschluß 122 dient zur elektrischen Versorgung des Netzschaltkreises. Der Netzschaltkreis versorgt eine Elektrodenbuchse 124 (9) mit der notwendigen Hochspannung. Die Elektrodenbuchse 124 ist an der Leiterplatine befestigt und mit einer elektrische Isolation 126 ummantelt. Die Elektrodenbuchse 124 weist eine Fassung 128 zur Aufnahme eines oberen Endes 130 der Hochspannungselektrode 52 bei der Montage des Behälters 34 und der Coronaentladungsanordnung an dem Montagekopf 36 auf. Der säulenartige Stiel 98 erstreckt sich nach oben durch eine Öffnung 132 in der Wand 110. Die Wände 110 und 114 weisen jeweils Ausnehmungen oder Öffnungen 134 und 136 auf, die an der ringförmigen Öffnung 138, gebildet durch die Kappe 106, ausgerichtet sind und den Auslaß 28 freihalten, um Gas von der Kammer 62 durch die Ausnehmungen 134, 136 zu leiten und dann durch einen ringförmigen Kanal 138 zu dem Auslaß 28 zur Rückführung zu dem Motor.
Offenbart ist auch ein Verfahren zur leichten Wartung einer Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors mit einem EDC (elektrostatischen Tröpfchenkollektor), durch Abnehmen der Coronaentladungselektrodenanordnung 38 und des Behälters 34 gemeinsam als Einheit von dem Montagekopf 36, zum Auswechseln durch Einfügen einer neuen Coronaentladungselektrodenanordnung sowie eines neuen Behälters und Befestigung dieser gemeinsam als Einheit an dem Montagekopf 36. Der Montagekopf 36 einschließlich der Kappe 106, des Flanschs 86 und der darin angeordneten Komponenten bleibt an den Motor oder einer anderen Stelle in dem Motorraum angefügt. Der Behälter 34 mit der Coronaentladungselektrodenanordnung 38 darin wird entsorgt. Der Behälter 34, das Montageblech 63, der Isolator 50 und der Leiter 42 sind als Einheit eingesetzt durch eine lösbare Befestigung des Befestigungsblechs 63 an dem Montagekopf 36 an der Gewindeverbindung 70. Der Behälter 34 wird einfach aus der Gewindeverbindung 70 mit dem Montagekopf 36 herausgeschraubt, vergleichbar dem Entfernen eines Ölfilters. Diese Vertrautheit ist wünschenswert, um eine Wartung in den empfohlenen Intervallen durch Servicepersonal zu fördern, ohne daß dieses neue Wartungsverfahren lernen muß.
Durch fortschreitende Entwicklungen kommen verschiedene Alternativen in Betracht, einschließlich der Integration von Gewinden, Flanschen und dgl. bei der Formgebung von Komponenten, wie dem Gehäuse der Netzversorgung oder des Montagekopfs, verschiedene alternative elektrische Verbindungen für die Hochspannungselektrode sowie eine Anschlußstift- und Anschlußdose-Steckverbindung, die eine formschlüssige Verbindung bereitstellt und dabei geringe Abweichungen innerhalb vorgegebener Toleranzen zuläßt.
10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel zum Stand der Technik, bei dem die gleichen Bezugszeichen wie zuvor verwendet werden, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu erleichtern. Bei dieser Ausführungsform wird nur die Kollektorelektrode, die durch den äußeren Behälter 34 gebildet wird, von dem Montagekopf 36 abgenommen während die Elektrodenanordnung 38 an dem Montagekopf 36 befestigt bleibt. Die EDC-Anordnung 20a weist einen Behälter 34a auf, der an dem Montagekopf 36a befestigt ist. Die Elektrodenanordnung 38a ist in dem Behälter 34a angeordnet und von dem Behälter 34a durch einen Abstand 60 beabstandet. Der Behälter 34a bildet die Kollektorelektrode. Der Abstand 60 zwischen dem Behälter 34 und der Elektrodenanordnung 38a stellt eine Coronaentladungszone bereit.
Der Behälter 34a ist abnehmbar an dem Montagekopf 36a mittels einer Gewindeverbindung 35 befestigt, um ein Abnehmen der durch den Behälter 34a bereitgestellten Kollektorelektrode und ein Auswechseln mit einer neuen Kollektorelektrode, bereitgestellt durch einen neuen Behälter, zu ermöglichen. In 2 ist die Elektrodenanordnung 38 an dem Behälter 34 befestigt, wie zuvor beschrieben, und mit diesem gemeinsam als Einheit von dem Montagekopf 36 abnehmbar. In 10 ist die Elektrodenanordnung 38a an dem Montagekopf 36a befestigt, beispielsweise durch Schweißen oder Kleben o. dgl. an einer Übergangsstelle 37. Die Elektrodenanordnung 38a bleibt an dem Montagekopf 36a auch während des Abnehmens des Behälters 34a von dem Montagekopf 36a befestigt. Der Behälter 34a greift in den Montagekopf 36a an der Gewindeverbindung 35a ein, so daß der Behälter 34a an dem Montagekopf 36a durch Aufschrauben befestigt ist und von dem Montagekopf 36a durch Abschrauben abnehmbar ist.
Der Behälter 34a erstreckt sich axial entlang einer Achse 44 zwischen einem ersten axialen Ende 34b und einem zweiten axialen Ende 34c. Das Ende 34b ist geschlossen und weist den Einlaß 24 auf. Das Ende 34c ist offen und dem Montagekopf 36a zugewandt. Das Ende 34c weist das Gewinde auf, mit dem der Behälter 34a an dem Montagekopf 36a die Gewindeverbindung 35 bildet. Der obere Abschnitt des Montagekopfs 36a ist wie der Montagekopf 36 ausgeführt und weist den Auslaß 28 auf. Die Elektrodenanordnung 38a ist wie die Elektrodenanordnung 38 entlang einer Spule 40 ausgeführt und weist den elektrischen Leiter 42 auf, der an einen durch die Spule 40 bereitgestellten elektrischen Isolator angefügt ist, und eine elektrisch isolierende Scheibe 50a, die eine oder mehrere Öffnungen 58a aufweist, um Gas axial durch diese von dem Behälter 34a zu dem Montagekopf 36a zu leiten. Die Öffnungen 58a sind radial innerhalb der Gewindeverbindung 35 angeordnet und axial mit dem Abstand 60 ausgerichtet, der die Coronaentladungszone bereitstellt. Das Gas strömt durch die Öffnungen 58a in die Kammer 62a in, dem Montagekopf 36, wobei die Kammer 62 radial innerhalb der Gewindeverbindung 35 angeordnet ist. Das Gas strömt von dem Einlaß 24 durch eine erste Ringkammer 60 und strömt dann durch zweite Ringkammer in die Kammer 62a. Die erste Ringkammer weist einen größeren Innendurchmesser als die zweite Ringkammer auf.
11 und 12 zeigen die vorliegende Erfindung. Sie verwenden die gleichen Bezugszeichen wie zuvor, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu erleichtern.
Der elektrostatische Abscheider 20 weist die Kollektorelektrode 34 auf, die die in einem elektrischen Feld geladenen Partikel sammelt. Das elektrische Feld wird durch die Coronaentladungselektrodenanordnung 38 erzeugt, die gepulst unter Hochspannung gesetzt wird. Hierzu ist ein gepulstes Hochspannungsnetzteil 150 vorgesehen, das die Hochspannungselektrode 52 (2, 10, 11) zur Weiterleitung an den Leitungsdraht (3) oder an eine Coronaentladungselektrode versorgt, wie zuvor für weitere Ausführungsbeispiele beschrieben wurde. Das gepulste Hochspannungsnetzteil 150 versorgt die Coronaentladungselektrode 52 mit einer gepulsten Spannung (12). Die Coronaentladungselektrode 52 wird gepulst zwischen einer Spitzenimpulsspannung 152, die durch eine Impulsspannungsquelle 154 bereitgestellt wird, und einer Impulsbodenspannung 156, die durch eine Impulsbodenspannungsquelle 158 bereitgestellt wird. 12 zeigt auf der horizontalen X-Achse die Zeit in Millisekunden und auf der vertikalen Y-Achse die Spannung in Kilovolt.
Die Impulsbodenspannung 156 ist so ausgewählt, daß sie niedriger ist als die Lichtbogenüberschlagsspannung zwischen der Coronaentladungselektrode 52 und der Kollektorelektrode 34, da sie sonst eine Plasmaleitung zwischen der Coronaentladungselektrode 52 und der Kollektorelektrode 34 verursachen würde. Die Dauer der Spitzenimpulsspannung 152, d. h. die Impulsweite, ist so gewählt, daß sie kurz genug ist, um die thermische Beanspruchung des Netzteils zu minimieren und dadurch die Lebensdauer zu erhöhen. Diese Impulsweite wird gesteuert durch einen Hochspannungsschalter 160.
In der dargestellten Ausführungsform überlagert die Impulsspannung 156, 152 eine Gleichspannung 162.
In der dargestellten Ausführungsform liegen beide, die Spitzenimpulsspannung 152 und die Impulsbodenspannung 156, in einem Bereich oberhalb der für die Coronaentladung zwischen der Coronaentladungselektrode 52 und der Kollektorelektrode 34 notwendigen Coronaentladungsspannung 164.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Abscheider weisen üblicherweise eine Nenngleichspannung auf, die eine ausreichende Ionisation für eine gewünschte Effizienz des Abscheiders bereitstellt. Diese Spannung ist größer als die Coronaentladungsspannung 164, wie z. B. gezeigt bei der Gleichspannung 162, die größer als die Coronaentladungsspannung 164 ist. Bei dem vorliegenden elektrostatischen Abscheider ist die Impulsbodenspannung 156 niedriger als die Nenngleichspannung 162 und größer als die Coronaentladungsspannung 164. Weiter ist in der bevorzugten Ausführungsform die Differenz zwischen der Impulsbodenspannung 156 und der Coronaentladungsspannung 164 geringer als die Differenz zwischen der Spitzenimpulsspannung 152 und der Impulsbodenspannung 156. Ferner ist in der bevorzugten Ausführungsform die Impulsbodenspannung 156 im wesentlichen näher an der Coronaentladungsspannung 164 als an der Spitzenimpulsspannung 152.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Steuerung eines elektrostatischen Abscheiders wird die Coronaentladungselektrode 52 zwischen der Impulsbodenspannung 156 im Bereich von 0 kV bis 20 kV und einer Spitzenimpulsspannung 152 im Bereich von 10 kV bis 50 kV gepulst. Die Impulsweite liegt im Bereich von 50 ns bis 100 ms. Die Impulsfrequenz liegt im Bereich von 2 Hz bis 100 Hz.

Claims

Elektrostatischer Abscheider mit einer Kollektorelektrode (34) und einer Coronaentladungselektrode (52) sowie mit einer Spannungsversorgung, wobei die Spannungsversorgung in der Lage ist, ein elektrisches Feld zwischen der Coronaentladungselektrode (52) und der Kollektorelektrode (34) mit einer Spannung zu erzeugen, die größer ist als die Coronaentladungsspannung (164) und geringer ist als die Lichtbogenüberschlagsspannung zwischen der Coronaentladungselektrode (52) und der Kollektorelektrode (34), wobei die Kollektorelektrode (34) in dem elektrischen Feld ionisierte Partikel sammelt, wobei die Spannungsversorgung ein gepulstes Hochspannungsnetzteil (150) aufweist, das die Coronaentladungselektrode (52) mit einer gepulsten Spannung versorgt, die zwischen einer Spitzenimpulsspannung (152) und einer Impulsbodenspannung (156) gepulst ist, wobei die Impulsbodenspannung (156) größer ist als die Coronaentladungsspannung (164) und niedriger ist als die Lichtbogenüberschlagsspannung zwischen der Coronaentladungselektrode (52) und der Kollektorelektrode (34), wobei die Spitzenimpulsspannung (152) größer ist als die Coronaentladungsspannung (164), wobei zusätzlich eine Nenngleichspannung (162) zwischen der Coronaentladungselektrode (52) und der Kollektorelektrode (34) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nenngleichspannung (162) größer als die Impulsbodenspannung (156) ist, so dass auch in Abwesenheit eines Spannungsimpulses eine ausreichende Ionisation gewährleistet ist, und dass die Dauer der Spitzenimpulsspannung (152), d. h. die Impulsweite, so kurz bemessen ist, dass die thermische Beanspruchung des gepulsten Hochspannungsnetzteils (150) minimiert und dadurch dessen Lebensdauer erhöht ist.
Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Impulsbodenspannung (156) und der Coronaentladungsspannung (164) geringer ist als die Differenz zwischen der Spitzenimpulsspannung (152) und der Impulsbodenspannung (156).
Elektrostatischer Tröpfchenkollektor für eine Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors (22), mit einem Einlass (24) und einem Auslass (28), wobei der Einlass (24) zur Aufnahme von Gas von dem Verbrennungsmotor (22) und der Auslass (28) zur Abgabe von gereinigtem Gas eingerichtet ist, mit einem Behälter (34), und mit einer Elektrodenanordnung (38) mit einer Coronaentladungselektrode (52) in dem Behälter (34), wobei die Coronaentladungselektrode (52) von dem Behälter (34) durch einen Abstand beabstandet ist, wobei der Tröpfchenkollektor ferner einen Montagekopf (36) aufweist und der Behälter (34) an dem Montagekopf (36) abnehmbar befestigt ist, um ein Abnehmen und Auswechseln der Elektrodenanordnung (38) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Tröpfchenkollektor als elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1 oder 2 ausgeführt ist, wobei der Behälter (34) die Kollektorelektrode (34) bildet und der Abstand (60) die Coronaentladungszone bildet, und dass der Behälter (34) den Einlass (24) und der Montagekopf (36) den Auslass (28) aufweist.
Kollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (38) an dem Behälter (34) angebracht ist und gemeinsam mit diesem als Einheit von dem Montagekopf (36) abnehmbar ist.