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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ölabscheider wie er zur Abscheidung
von Öltröpfchen und/oder Ölnebel aus
Gasen, insbesondere Blow-by-Gasen (Durchblasegasen) in Verbrennungsmotoren
verwendet wird. Derartige Ölabscheider werden üblicherweise
in Ventilhauben (Zylinderkopfhauben) vorgesehen, um dort bei der
Rückleitung
der Blow-by-Gase vom Kurbelgehäuse
zum Ansaugtrakt des Motors Öltröpfchen und/oder Ölnebel aus
diesen Gasen abzuscheiden.
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Die
Blow-by-Gase werden herkömmlicherweise
durch eine Einleitstelle (Pick-up-Position) in die Ventilhaube eingeleitet.
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Die
Einleitstelle ist dabei im wesentlichen auf eine begrenzte Stelle
oder mehrere begrenzte Stellen konzentriert, von denen angenommen
wird, dass sie sich zur Einleitung der Gase in die Ventilhaube bzw.
den Ölabscheider
eignen.
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Die
beste Pick-up-Position wird dabei durch aufwendige Versuche ermittelt.
An dieser Stelle wird dann eine Einleitöffnung mit Schwall- und Spritzölschutz
angebracht. Da die Pick-up-Position, die sich als optimal herausgestellt
hat, meist räumlich
eng begrenzt ist, herrscht eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Gase.
Diese reißen
daher mit hoher Geschwindigkeit Öl
mit, so dass in den Abscheider unnötig Öl eingetragen wird. Das im
Abscheider befindliche Öl
kann seinerseits nur schwer gegen den Luftstrom zurückfließen.
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Um
diese Nachteile zu vermeiden, kann die Einlassöffnung vergrößert werden.
Dies führt
jedoch dazu, dass möglicherweise
mehr Öl
in den Ölabscheider
eingespritzt wird.
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Auch
eventuell auftretender Ölschaum,
der erst bei Kontakt mit einer Wand zusammenfällt, kann durch so eine Öffnung leicht
in den Abscheideraum eindringen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ölabscheider und eine Ventilhaube
zur Verfügung
zu stellen, bei denen die Einlassöffnung so ausgestaltet ist,
dass sie bereits zu einem Brechen von Ölschaum und zugleich als Schwallschutz dienen
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch den Ölabscheider nach
Anspruch 1 sowie die Ventilhaube nach Anspruch 32 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ölabscheiders und der erfindungsgemäßen Ventilhaube
werden in den jeweiligen abhängigen
Ansprüchen
gegeben.
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Der
erfindungsgemäße Ölabscheider
weist wie jeder herkömmliche Ölabscheider
einen Durchlass für
die Gase auf, aus denen Öltröpfchen und/oder Ölnebel abgeschieden
werden sollen. Innerhalb dieses Durchlasses befindet sich dann ein Ölabscheideelement,
in dem bei Durchströmen Öltröpfchen und/oder Ölnebel abgeschieden
werden. Als Ölabscheideelemente
eignen sich dabei herkömmlicherweise
Zyklone oder auch schneckenförmig
durchströmte
Röhrenabschnitte.
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Erfindungsgemäß besitzt
nun das Gehäuse des Ölabscheiders,
das zugleich auch Gehäuse
einer Ventilhaube sein kann, eine Einlassöffnung, die in besonderer Weise
ausgestaltet ist. Die Einlassöffnung
ist vorzugsweise an der Unterseite der Ventilhaube oder des Ölabscheiders
angeordnet, um Schwerkrafteffekte auszunutzen.
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Denn
die Einlassöffnung
ist erfindungsgemäß in mindestens
drei flächige
Bereiche unterteilt. Jeder dieser Bereiche ist mit einem Prallelement
versehen. Die Prallelemente sind beabstandet zueinander in mindestens
drei Ebenen angeordnet, so dass im Falle von drei Prallelementen
in jeder der Ebenen ein Prallelement angeordnet ist. Die drei Ebenen
liegen vorteilhafterweise parallel zur Ebene der Einlassöffnung,
wobei mindestens zwei der Ebenen vorteilhafterweise unterschiedlich
weit von der Ebene der Einlassöffnung
beabstandet angeordnet sind. Die dritte Ebene kann in der Ebene
bzw. Fläche
der Einlassöffnung
liegen. Vorteilhafterweise beträgt
dabei der Abstand benachbarter Ebenen mindestens die Hälfte, vorzugsweise
mindestens Dreiviertel des größten Durchmessers
der Prallelemente. Als größter Durchmesser
wird dabei der weiteste Abstand bezeichnet, den zwei beliebige Punkte
auf der Oberfläche
bzw. dem Umfang eines Prallele ments aufweisen können.
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Auf
diese Weise wird eine große
Fläche
des Gehäuses
als Einlassöffnung
vorgesehen, so dass die Strömungsgeschwindigkeit
der in den Ölabscheider
eintretenden Gase relativ gering gehalten werden kann. Dadurch wird
lediglich in geringem Maße Öl von dem
eintretenden Gas mitgerissen und in den Ölabscheider eingetragen.
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Durch
diese Struktur der Einlassöffnung
wird obendrein bewirkt, dass die eintretenden Gase mindestens einmal
umgelenkt werden, da nach Durchtritt zwischen zwei Prallelementen
einer Ebene sie dann auf ein Prallelement einer benachbarten Ebene
treffen und diesem dann ausweichen müssen. Hierdurch wird u. a. Ölschaum
gebrochen, so dass auf diese Weise das in den Ölabscheider eingetragene Öl weiter
verringert wird. Die erfindungsgemäß ausgestaltete Einlassöffnung kann
daher auch als Vorabscheider für Öl und Ölschaum
betrachtet werden.
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Erfindungsgemäß ist es
zusätzlich
zu der oben beschriebenen Struktur auch möglich, die einzelnen Ebenen,
in denen die Prallelemente angeordnet sind, mehrere Ebenen oder
auch sämtliche
Ebenen gegen die Fläche
der Einlassöffnung
zu neigen. Vorteilhafterweise beträgt die Neigung zwischen 0° und 45°, vorteilhafterweise
zwischen 0° und
20°, vorteilhafterweise
zwischen 0° und
10°, jeweils
einschließlich
oder auch ausschließlich
der jeweiligen Bereichsgrenzen. Es können auch einzelne Ebenen geneigt
gegenüber
benachbarten Ebenen verlaufen, so dass sich ihr Abstand im Verlauf
der Ebene ändert. Der
im Folgenden genannte vorbestimmte Abstand der Ebenen bezeichnet
dann den mittleren Abstand der jeweiligen Ebene von der be nachbarten
Ebene bzw. von der Fläche
der Einlassöffnung.
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Die
Neigung der Ebene und der in ihr liegenden Prallelemente gemeinsam
kann auch aktuatorisch verstellt werden, beispielsweise mittels
Aktuatoren, wie sie im Folgenden auch für die Verstellung der Neigung
und des Abstands der Prallelemente beschrieben werden.
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Weiterhin
ist es möglich,
dass einzelne Prallelemente in benachbarten Ebenen angeordnet sind, die
nur einen geringen Abstand aufweisen, so dass diese Prallelemente,
die in einer benachbarten Ebene angeordnet sind, wie aus der ursprünglichen
Ebene herausgerückte
Prallelemente wirken. Diese geringfügige Variation des Abstands
der Prallelemente von der Fläche
der Eintrittsöffnung
kann vorteilhafterweise dadurch bewirkt werden, dass die jeweiligen Halterungen
für die
Elemente unterschiedlich ausgeführt
werden.
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Die
Prallelemente können
Ihrerseits auch einzeln je nach Bedarf und Position im Ölnebelstrom bezüglich der
Ebene, in der sie angeordnet sind, geneigt angeordnet werden. Vorteilhafterweise
beträgt die
Neigung zwischen 0° und
45°, vorteilhafterweise zwischen
0° und 20°, vorteilhafterweise
zwischen 0° und
10°, jeweils
einschließlich
oder auch ausschließlich
der jeweiligen Bereichsgrenzen.
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Auch
die Neigung der einzeln Prallelemente kann variabel gestaltet werden,
beispielsweise mittels Aktuatorelementen, die die Neigung der Prallelemente
und gegebenenfalls auch den Abstand der Prallelemente von der Fläche der
Einlassöffnung, verändern können.
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Vorteilhafterweise
decken sämtliche
Prallelemente in senkrechter Projektion auf die Fläche der Einlassöffnung die
Fläche
der Einlassöffnung
vollständig
ab. Dadurch wird gewährleistet,
dass die eintretenden Gase zumindest einmal umgelenkt werden.
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Ausführungsformen,
bei denen eine Abdeckung von lediglich 80%, vorzugsweise mindestens 90%,
vorzugsweise mindestens 95% erzielt wird, sind jedoch ebenfalls
als erfindungsgemäße Ölabscheider
geeignet.
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Die
einzelnen Prallelemente der einzelnen Ebenen sind vorteilhafterweise über Stützelemente als
Halterung miteinander verbunden. So stützen sich die Prallelemente
der zweiten Ebene über
sich zwischen der ersten und zweiten Ebene erstreckenden Stützelemente
aufeinander ab. Die Prallelemente der dritten Ebene stützen sich über entsprechende zwischen
der dritten Ebene und der zweiten Ebene verlaufende Stützelemente
auf den Prallelementen der zweiten Ebene ab.
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Bei
geeigneter Ausformung der Stützelemente
und der Prallelemente kann so eine spritzgusstechnisch einfach herzustellende
Form erzeugt werden, da in Entformungsrichtung keine Hinterschneidungen
auftreten. Dies ermöglicht
eine integrale Herstellung eines erfindungsgemäßen Ölabscheiders und/oder einer
mit einem erfindungsgemäßen Ölabscheider
versehenen Ventilhaube. Als Material eignet sich für die spritzgusstechnische
Herstellung neben anderen Materialien insbesondere Polymere, insbesondere
Polyamid. Auch die Herstellung der Prallelemente und/oder Stützelemente
aus Geweben oder Netzen, wie beispielsweise Drahtgeflechten, ist
möglich.
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Wenn
die Ebenen und/oder die Prallelemente einen verstellbaren Abstand
zur Fläche
der Einlassöffnung
oder eine verstellbare Neigung aufweisen sollen, kann dies beispielsweise
dadurch bewirkt werden, dass die Stützelemente – beispielsweise mittels Aktuatoren – verlängert oder
verkürzt
werden, beispielsweise in Form eines Teleskops ihre Länge ändern können. Auch
geeignete Führungen
zur unterschiedlichen Positionierung der Prallelemente bzw. Neigung
der Prallelemente und Ebenen können eingesetzt
werden. Um die Neigung eines Prallelementes zu verändern, ist
es beispielsweise möglich, die
Stützelemente,
die ein Prallelement stützen,
einzeln anzusteuern und in ihrer Länge oder in ihrer Neigung zu ändern.
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Die
Prallelemente und/oder die Bereiche der Einlassöffnung können vorteilhafterweise beliebige Außenformen
aufweisen, insbesondere dreieckig, viereckig, fünfeckig oder auch sechseckig
ausgestaltet sein. Es sind auch beliebige Vielecke oder auch beliebige
Freiformflächen
möglich.
Bei einer Unterteilung der Fläche
der Einlassöffnung
in ein Wabenmuster aus sechseckigen Flächen, kann eine regelmäßige Anordnung
der Prallelemente in den jeweiligen Ebenen erreicht werden.
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Es
ist auch eine Mischung aus verschieden geformten Bereichen und/oder
Prallelementen möglich.
So kann beispielsweise auch eine Kombination aus Vierecken und Achtecken
verwendet werden, um die Fläche
der Einlassöffnung
in die einzelnen Bereiche aufzuteilen.
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Vorteilhafterweise
werden die Prallelemente und/oder deren Rand so ausgestaltet, dass
sie auf ihrer Unterseite, d. h. der dem Gasstrom entgegengerichteten
Seite, Abtropfelemente aufweisen, beispielsweise Abtropfvorsprünge oder
Abtropfkanten. An diesen Abtropfelementen sammelt sich dann das an
dem Prallele ment abgeschiedene Öl
bzw. der dort gebrochene Ölschaum,
um von dort aus auf das darunterliegende Prallelement abzutropfen.
Da im mittleren Bereich der Prallelemente die Strömungsgeschwindigkeit
der einströmenden
Gase am geringsten ist, kann sich das Öl dort sammeln und abtropfen, ohne
von den einströmenden
Gasen gleich wieder mitgerissen zu werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Ölabscheider ist
nun die Positionierung der Einlassöffnung an beliebiger Stelle
möglich,
ohne unnötige Ölmengen dem
Abscheidesystem zuzuführen.
Insbesondere ist es möglich,
eingedrungenes Öl
gegen den einströmenden
Luftstrom, z. B. unter Ausnutzung der Schwerkraft, zurücklaufen
zu lassen.
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Im
Folgenden wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Einlassöffnung für einen Ölabscheider gegeben.
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Es
zeigen
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1 die
3D-Schrägansicht
eines Ausschnittes aus einer Einlassöffnung;
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2 eine
3D-Schrägansicht
eines weiteren Ausschnitts dieser Einlassöffnung;
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3 einen
Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung
der Gase;
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4 einen
Querschnitt in der Ebene der Fläche
der Einlassöffnung;
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5 eine
Aufsicht auf die Einlassöffnung; und
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6 Querschnitte
durch drei weitere erfin dungsgemäße Einlassöffnungen.
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Im
Folgenden werden bei sämtlichen
Figuren gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen für
gleiche oder ähnliche
Elemente verwendet, so dass ihre Beschreibung ggf. nicht wiederholt
wird. Weiterhin ist zu beachten, dass bei der folgenden Beschreibung
auch eines erfindungsgemäßen Ölabscheiders
auch einzelne beschriebene Elemente unabhängig von dem Gesamtzusammenhang
des beschriebenen Ölabscheiders
vorteilhafte erfindungswesentliche Elemente darstellen.
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1 zeigt
eine Schrägansicht
eines Ölabscheiders 1,
wobei hier jedoch lediglich derjenige Teil des Gehäuses 2 mit
der Gehäusewand 3 dargestellt ist,
der die Einlassöffnung 4 umgibt.
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Die
Einlassöffnung 4 ist
unterteilt in einzelne Bereiche, die in drei verschiedenen Ebenen 5, 6 und 7 voneinander
angeordnet sind. Die Ebene 5 befindet sich dabei zu unterst
im Bereich der Einlassöffnung, während die
Ebene 6 parallel zu der Ebene 5 jedoch beabstandet
zu ihr und die Ebene 7 ebenfalls parallel zur Ebene 5,
jedoch noch weiter beabstandet zur Ebene 5 angeordnet sind.
In der Ebene 5 sind nun sechseckige Prallelemente 8a, 8b, 8c etc.
angeordnet. In der Ebene 6 sind ebenfalls Prallelemente 9a, 9b, 9c, 9d etc.
angeordnet, wobei die Prallelemente 9a etc. seitlich versetzt
zu den Prallelementen 8a etc. angeordnet sind. Sie überdecken
also andere Bereiche der Einlassöffnung.
In der Ebene 7 sind wiederum sechseckige Prallelemente 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f etc.
angeordnet, die versetzt zu den Prallelementen 8a etc.
und 9a etc. angeordnet sind. Insgesamt ist die Anordnung
der Prallelemente 8a, ..., 9a, ... und 10a,
... dergestalt, dass sie in senkrechter Projek tion die gesamte Fläche des
Einlasselementes überdecken.
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Die
Prallelemente der zweiten Ebene 6 sind über Stützelemente 13a, 13b, 13c, 13d etc.
auf den Prallelementen 8a etc. der ersten Ebene 5 gestützt. Die
Stützelemente 13a etc.
umgeben jedoch die Prallelemente 9a etc. nicht vollständig, so
dass zwischen den Prallelementen 8a etc. und 9a etc.
Durchgangsöffnungen 11a, 11b etc.
verbleiben, durch die das einströmende
Gas nach Umlenkung durch die Prallelemente 9a etc. strömen kann.
In anderen Bereichen sind Prallelemente 10a etc. in der
dritten Ebene 7 angeordnet und überdecken ebenfalls Bereiche,
die noch nicht von den Prallelementen 8a etc. und 9a etc. überdeckt
sind. Die Prallelemente 10a etc. sind über Stützelemente 12a, 12b,
..., 12m auf den Prallelementen 9a etc. der zweiten
Ebene 6 abgestützt.
Da die Einlassöffnung,
die in 1 dargestellt ist, keinerlei Hinterschneidungen
aufweist, ist es spritzgusstechnisch auf einfache Weise möglich, ein Ölabscheidegehäuse, das
zugleich ein Ventilhaubengehäuse darstellen
kann, mit einem erfindungsgemäßen Öleinlass
herzustellen.
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2 zeigt
nun eine weitere Schrägansicht eines
Ausschnitts der erfindungsgemäßen Einlassöffnung 4.
Hier zeigt sich in besonders guter Weise, dass die jeweils oberhalb
angeordneten Prallelemente sich über
Stützelemente,
die schräg
ausgebildet sind, auf den jeweils in der Ebene unterhalb angeordneten
Prallelementen abstützen.
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3 zeigt
nun einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Einlassöffnung, wobei hier insbesondere
die wechselseitige Stützung
der Prallelemente 9a, 9b auf den Prallelementen 8a etc.
und die Stützung
der Prallelemente 10a und 10b auf den Prallelementen 9a etc.
zu erkennen ist.
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4 zeigt
nun eine Aufsicht im Schnitt B-B (siehe 3) in der
ersten Ebene 5. Hier ist zu erkennen, wie die sechseckigen
wabenförmigen
Prallelemente 8a bis 8f und die Elemente 8g, 8h und 8i in
der ersten Ebene angeordnet sind unter Belassung von Zwischenräumen 11 als
Durchgangsöffnungen
für die
einströmenden
Gase.
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5 zeigt
eine Aufsicht auf einen weiteren Schnitt in einer Schnittebene direkt
unterhalb der dritten Ebene 7 längs der Linie A-A, wie sie
in 3 dargestellt ist. Hier sind nun in Aufsicht die
Prallelemente 8a bis 8i der ersten Ebene und die
Prallelemente 9a bis 9i der zweiten Ebene dargestellt,
unter Freilassung von Durchgangsöffnungen 11.
Weiterhin sind einige der Stützelemente,
die die Prallelemente 9a bis 9i der zweiten Ebene
auf den Prallelementen 8a bis 8i der ersten Ebene
abstützen
mit dem Bezugszeichen 13 sowie einige der Stützelemente,
die die Prallelemente der dritten Ebene auf den Prallelementen 9a bis 9i der
zweiten Ebene abstützen
mit dem Bezugszeichen 12 versehen.
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6 zeigt
in den Teilfiguren 6A, 6B und 6C Querschnitte durch drei verschiedene
Ausgestaltungen der Einlassöffnung.
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6A zeigt einen Querschnitt durch eine Einlassöffnung,
bei der verschiedene Prallelemente in insgesamt drei Ebenen 5, 6 und 7 angeordnet
sind. Die Ebenen 5, 6 und 7 sind parallel
zueinander und zueinander gleich beabstandet. In der Ebene 5 ist
ein Prall element 8a sowie ein weiteres Prallelement 8b angeordnet.
Das Prallelement 8a ist etwas aus der Ebene 5 nach
unten versetzt. Es kann so als leicht versetztes Prallelement der
Ebene 5 betrachtet werden. Alternativ kann es auch als
Prallelement einer vierten Ebene betrachtet werden, die unterhalb
der Ebene 5 verläuft.
Beide Betrachtungsweise sind hier äquivalent.
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In
der Ebene 6 sind drei Prallelemente 9a, 9b und 9c angeordnet.
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In
der Ebene 7 sind zwei Prallelemente 10a und 10b angeordnet,
wobei das Prallelement 10a wiederum etwas aus der Ebene 7 nach
oben ausgerückt
angeordnet ist. Alternativ könnte
das Prallelement 10a auch als Prallelement einer fünften Ebene betrachtet
werden.
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Die
Prallelemente in 6A sind sämtliche parallel
zu der jeweiligen Ebene, in der sie angeordnet sind, ausgerichtet.
Ihre senkrechte Projektion auf die Einlassöffnung, also beispielsweise
auf die Ebene 5, überdeckt
die Einlassöffnung
vollständig.
Ein Gasstrom, der in 6 senkrecht von unten nach oben
zwischen den Prallelementen durchtreten möchte, wird durch die Prallelemente
daher mindestens einmal umgelenkt.
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In 6B ist ein Querschnitt durch eine weitere
Ausgestaltung der Einlassöffnung
dargestellt. Auch in diesem Falle ist die Einlassöffnung in
drei Ebenen 5, 6 und 7 unterteilt. Die
Ebenen 6 und 7 sind nun sowohl gegenüber der
Ebene der Einlassöffnung als
auch gegenüber
der Ebene 5 geneigt angeordnet. Die Neigung beträgt ca. 3,5°. Die einzelnen
Prallelemente 9a, 9b und 9c bzw. 10a und 10b sind
mit ihrer flächigen
Ausdehnung in ihrer jeweiligen Ebene 6 bzw. 7 angeordnet und
daher um den gleichen Winkel gegenüber der Ebene 5 geneigt.
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In
einem weiteren Beispiel, das in 6C im Querschnitt
dargestellt ist, ist die Einlassöffnung
so ausgestaltet, dass sie drei parallel zueinander verlaufende Ebenen 5, 6 und 7 aufweist.
In der Ebene 5 sind zwei Prallelemente 8a und 8b angeordnet,
wobei das Prallelement 8a mit seiner flächigen Ausdehnung gegenüber der
Ebene 5 geneigt ist. Das Prallelement 8b ist gegenüber der
Ebene 5 nicht geneigt, sondern mit seiner flächigen Ausdehnung
in dieser Ebene angeordnet. Auch die in der Ebene 6 angeordneten
Prallelemente 9a, 9b und 9c sind unter
unterschiedlichen positiven oder negativen Winkeln gegenüber der
Ebene 6 geneigt. Von den beiden Prallelementen 10a und 10b,
die in der Ebene 7 angeordnet sind, ist lediglich das Prallelement 10a gegenüber der
Ebene 7 mit seiner flächigen
Ausdehnung geneigt angeordnet, während
das Prallelement 10b mit seiner flächigen Ausdehnung in der Ebene 7 ausgerichtet
ist.
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Die
Neigungswinkel der Prallelemente gegenüber ihrer jeweiligen Ebene,
in der sie angeordnet sind, betragen zwischen 0 und 10°. Es hat
sich herausgestellt, dass durch geeignet Wahl der Neigung der einzelnen
Prallelemente eine besonders vorteilhafte Vorabscheidung von Öl (Öltropfen, Ölnebel etc.)
bewirkt wird.