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Die Erfindung betrifft einen Ölabscheider-Einsatz für eine Haube oder ein Gehäuse eines Verbrennungsmotors, insbesondere eine Zylinderkopfhaube, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ölabscheider, bei denen ein wendelförmiger Einsatz in einer Hülse angeordnet ist, die dann in eine entsprechend gearbeitete Bohrung einer Zylinderkopfhaube eingesetzt wird, sind beispielsweise aus
EP 1 199 448 B1 ,
DE 10 2004 011 176 A1 ,
DE 10 2004 011 177 A1 und
DE 10 2005 017 328 A1 bekannt. Der Aufbau in Form einer Patrone ist aufwendig und teuer und benötigt einen erheblichen Bauraum.
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DE 10 2004 037 157 A1 betrifft eine aus zwei patronenartigen Abscheideelementen zusammengesetzte Abscheidevorrichtung, wobei die Abscheideelemente jeweils ein Durchflussrohr mit stirnseitigem, axial gerichtetem Gaseintritt und -austritt und ein schneckenförmiges Segment aufweisen und einstückig beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt sein können. Die schneckenförmigen Segmente besitzen eine maximale Länge von einer halben Steigung des schneckenförmigen Segmentes.
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Ölabscheider-Einsätze für eine Zylinderkopfhaube nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sind aus
DE 101 27 820 A1 ,
DE 197 00 733 C2 und
DE 103 21 866 A1 bekannt. Umgehungsströme entlang der die Aufnahme bildenden Wandfläche unter Umgehung des Wendelkanals fuhren zu einer insgesamt verminderten Reinigungswirkung des Ölabscheiders. Andererseits ist eine Abdichtung des Kunststoffeinsatzes gegenüber der Aufnahme nur mit sehr engen Toleranzen zufriedenstellend zu gewährleisten, was eine wirtschaftliche Herstellbarkeit bei befriedigender Wirksamkeit des Abscheiders erschwert. Zudem erfordern die genannten Ölabscheider-Einsätze eine separate Befestigung in der Aufnahme der Zylinderkopfhaube, im Fall der
DE 197 00 733 C2 beispielsweise mittels einer Schraub- oder Schnappverbindung, was den Aufwand entsprechend vergrößert. Der Einsatz gemäß
DE 103 21 866 A1 umfasst ein in dem Wendelkanal angeordnetes Volumenänderungselement aus Gummi.
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EP 0 070 707 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Trennen von Feststoff aus einem strömenden Fluid, umfassend eine sich in Durchflussrichtung konisch erweiternde, röhrenförmige Wand und darin angeordnete Schraubenflächen, die mittels Abstandhaltern von der Wand beabstandet gehalten sind, um eine Strömung zwischen den Schraubenflächen und der Wand zu ermöglichen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ölabscheidereinsatz mit einem hohen Reinigungsgrad und geringem Fertigungsaufwand bereitzustellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Mitteln von Anspruch 1. Das erfindungsgemäße Übermaß des Einsatzes gegenüber der Aufnahme und die Verwendung von elastomerem Kunststoff mindestens am Außenrand der Wendelfläche, das heißt im Bereich des Übermaßes, erlaubt eine Abdichtung zwischen dem Einsatz und der Aufnahme in der Haube bzw. dem Gehäuse. Weiterhin kann durch elastische Verformung des Einsatzes beim Einsetzen in die Aufnahme eine Kraft erzeugt werden, die einem Auswandern des Einsatzes aus der Aufnahme entgegenwirkt. Der Einsatz kann dann ohne zusätzliche Befestigungsmittel fest in der Aufnahme gehalten werden.
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Der Wendelkanal ist nach außen zur Mantelfläche hin offen. Zur Bildung eines geschlossenen Wendelkanals wird der Einsatz durch eine Umfangswand abgeschlossen, die Teil des Gehäuses der Zylinderkopfhaube oder mit diesem fest verbunden, nicht jedoch Teil des Einsatzes oder mit diesem fest verbunden ist. Hierdurch ist der Gegenstand von patronenartigen Einsätzen abgegrenzt. Die offene Bauweise des Wendelkanals ermöglicht eine einfache Herstellung eines einteiligen Einsatzes mit mehr als einer Wendelflächenwindung.
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Der erfindungsgemäße Einsatz findet insbesondere Anwendung als integrierter Ölabscheider in von Blow-by-Gas durchströmten Zylinderkopfhauben. Denkbar ist auch eine Anwendung in von Blow-by-Gas durchströmten Bohrungen oder Kanälen im Zylinderkopf oder Motor- bzw. Kurbelgehäuse. Die Erfindung ist damit abgegrenzt gegenüber externen, nicht im Motor angeordneten Ölabscheidern.
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Erfindungsgemäß ist der gesamte Einsatz aus einem Elastomer oder einem thermoplastischen Elastomer gefertigt, was mit besonders geringem Herstellungsaufwand verbunden ist und für die Ausübung einer Dicht- und/oder Verankerungsfunktion des Einsatzes im Bereich des Zusammenwirkens mit der Aufnahme, d. h. an seinem Außenrand bzw. im Bereich einer Überdeckung relativ zu der Aufnahme, sorgt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
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1: einen Querschnitt durch eine Zylinderkopfhaube im Ausschnitt;
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2: eine perspektivische Ansicht eines Ölabscheider-Einsatzes für eine Zylinderkopfhaube;
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3: einen Querschnitt durch einen Ölabscheider-Einsatz für eine Zylinderkopfhaube mit geneigter Einbaulage;
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4: eine weitere Ausführungsform eines Ölabscheider-Einsatzes in einem in eine Gehäusebohrung eingepressten Zustand;
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5: eine Detailansicht aus 4 im Kontaktbereich zwischen Einsatz und Bohrung;
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6: den Einsatz aus 4 im Zustand vor der Montage;
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7: eine Detailansicht aus 6 im Kontaktbereich zwischen Einsatz und Wendel; und
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8: eine halb geschnittene Ansicht des Einsatzes aus 6.
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1 zeigt im Ausschnitt eine Zylinderkopfhaube 10 für einen Zylinderkopf 11. Die Zylinderkopfhaube 10 besteht aus einer oberen Gehäuseschale 12 und einer unteren Gehäuseschale 13, die beispielsweise aus thermoplastischem Kunststoff bestehen und durch Schweißen miteinander verbunden sein können. Der zwischen den Gehäuseschalen 12, 13 gebildete Raum wird von mittels Pfeilen angedeuteten Blow-by-Gasen durchströmt und bildet somit einen Teil der Kurbelgehäuseentlüftung. Die aus dem Zylinder entweichenden Blow-by-Gase werden durch Bohrungen oder Kanäle in dem Motor- bzw. Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf zum einem Gaseinlassbereich 14 der Zylinderkopfhaube 10 geleitet.
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Zum Reinigen der Blow-by-Gase, insbesondere zum Abscheiden von darin enthaltenen kleinen und kleinsten Ölpartikeln, ist in der Zylinderkopfhaube 10, d. h. in dem zwischen den Gehäuseschalen 12, 13 gebildeten Raum, ein Ölabscheider-Einsatz 15 angeordnet. Der Einsatz 15 besteht aus einem Schaftteil 16 und einer an der Außenseite des Schaftteils 16 angeordneten Wendelfläche 17. Die Wendelfläche 17 verläuft in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 durchgehend von einem axialen Ende 18 des Schaftteils 16 bis zu einem entgegengesetzten axialen Ende 19 des Schaftteils 16. Hierdurch wird ein axial durchgehend verlaufender Wendelkanal 20 gebildet. „Axial” bezieht sich dabei auf eine Längsachse L des Schaftteils 16 bzw. des Einsatzes 15. Die Einhüllende 40 des Einsatzes 15 ist im wesentlichen zylindrisch, was eine vorteilhafte Konizität der Einhüllenden 40 einschließt, und umfasst eine Mantelfläche 41 und Stirnflächen 18, 19, wie in den 2 und 3 gezeigt ist.
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Der Einsatz 15 ist bezüglich des Wendelkanals, das heißt des zwischen der Wendelfläche 17 gebildeten Raums, zur Mantelfläche hin radial nach außen offen. Zur Bildung eines geschlossenen Wendelkanals 20 wird der Einsatz 15 durch eine Umfangswand 21 abgeschlossen. Die Umfangswand 21 ist dabei Teil des Gehäuses 12, 13 der Zylinderkopfhaube 10 oder mit diesem fest verbunden, nicht jedoch Teil des Einsatzes 15 oder mit diesem fest verbunden (hierdurch wird der Gegenstand von patronenartigen Einsätzen abgegrenzt). Die Umfangswand 21 kann einteilig oder mehrteilig gebildet sein. In 1 ist beispielsweise ein mit der Gehäuseschale 12 verbundenes Wandteil 23 und ein mit der Gehäuseschale 13 verbundenes Wandteil 22 gezeigt. Der geschlossene Wendelkanal 20 wird durch Einsetzen des Einsatzes 15 in die Umfangswand 21 der Zylinderkopfhaube 10 gebildet.
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Im Betrieb des Motors tritt Blow-by-Gas durch die Gaseinlassöffnung 24 in den Wendelkanal 20 ein. Die Gaseinlassöffnung 24 ist an einer Stirnseite 18, vorzugsweise an der oberen Stirnseite des Einsatzes 15 angeordnet. Die Gaseinlassöffnung 24 ist weiterhin so angeordnet, dass das einströmende Gas etwa tangential zu dem Schaftteil 16 eintritt. Das Gas strömt durch den gesamten Wendelkanal 20 bis zu der an der entgegengesetzten Stirnseite 19 des Einsatzes 15 angeordneten Gasauslassöffnung 25. Infolge der Wendelfläche 17 wird der Gasströmung ein Drall aufgezwungen. Die enthaltenen Flüssigkeitspartikel werden durch die Fliehkraftwirkung radial nach außen getrieben und insbesondere infolge von Koaleszenz (Tröpfchenbildung) an der Umfangswand 21 abgeschieden. Das abgeschiedene Öl läuft durch den Wendelkanal 20 zu einer Ölrücklauföffnung 26 in der Gehäuseschale 13, wodurch das Öl in den Motorölkreislauf zurückgeführt wird. Durch nicht dargestellte Mittel wird ein Eintreten von nicht gereinigtem Gas über die Ölrücklauföffnung 26 verhindert. Die gereinigte Luft wird durch die Zylinderkopfhaube 10 zum Ansaugtrakt zurückgeführt. Der Ölabscheider 15 beruht somit auf der Fliehkraftwirkung auf die in dem Blow-by-Gas enthaltenen Ölpartikel infolge der schraubenförmigen Bewegung des Blow-by-Gases in dem wendelförmigen Einsatz 15, so dass es sich funktional um einen Fliehkraftabscheider handelt.
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Der Einsatz 15 ist im Beispiel der 1 bis 3 vollständig aus einem Elastomer bzw. Gummi gefertigt. Die Außenkontur des Einsatzes 15 entspricht der Kontur der Aufnahme 21; insbesondere ist bei einer aufgrund Formschräge konischen Aufnahme 21 die Einhüllende 40 des Einsatzes 15 ebenfalls konisch geformt, wie beispielsweise aus 1 ersichtlich ist.
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Der Außenrand der Wendelfläche 17 ist mit Paßsitz und einem zweckmäßig gewählten Übermaß, insbesondere im 1/10 mm Bereich, in die Umfangswand 21 der Zylinderkopfhaube eingesetzt, wodurch der Spalt zwischen dem Einsatz 15 und der Umfangswand 21 abgedichtet wird. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln eine (in 1 beispielsweise vertikale) Umgehungsströmung zwischen dem Einsatz 15 und der Umfangswand 21, die aufgrund fehlender Fliehkraft keine Reinigungswirkung erzeugt, vermieden bzw. weitgehend unterdrückt.
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Die vollständige Ausbildung des Wendelkanals 20 von der eintrittsseitigen Stirnseite 18 bis zu der austrittsseitigen Stirnseite 19 hat den Vorzug, dass axialparallele, keine Fliehkraft erzeugende Strömungen weitgehend vermieden werden, wodurch die Reinigungswirkung erhöht wird.
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Aufgrund des oben angeordneten Gaseintritts 24 bildet der Einsatz 15 eine Barriere gegen in die Zylinderkopfhaube eintretendes Öl und verzögert so ein Überfluten des Abscheiders in Fahrzuständen wie beispielsweise einer Vollbremsung.
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Der Einsatz 15 kann ein über die Kontur 41 der Wendelfläche 17 überstehendes, beispielsweise stegförmiges Teil 27 aufweisen, das im Zusammenwirken mit einem entsprechenden beispielsweise schlitzförmigen Teil in der Zylinderkopfhaube 10, hier des Wandteils 23, zur eindeutigen Orientierung des Einsatzes 15 bei der Montage der Zylinderkopfhaube 10 dient.
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Der Ölabscheider-Einsatz 15 gemäß 1 und 2 ist für eine etwa vertikale Einbaulage des Einsatzes entsprechend einer etwa horizontal angeordneten Zylinderkopfhaube 10 angepasst. Demgegenüber ist der Ölabscheider-Einsatz 15 gemäß 3 an eine geneigte Einbaulage des Einsatzes 15 entsprechend einer geneigten Zylinderkopfhaube 10 angepasst, indem die Wendelflächen 17 im Querschnitt einen Winkel mit der Längsachse L des Einsatzes 15 einschließen, der etwa dem Neigungswinkel β des Einsatzes 15 gegen die Horizontale entspricht, wobei hier Abweichungen um bis zu ±10° oder sogar ±20° unschädlich sind. Durch diese Anordnung der Wendelfläche 17 wird in einer geneigten Anordnung der Zylinderkopfhaube 10, beispielsweise bei einem V-Motor, die Bildung von Ölreservoirs, aus denen abgeschiedenes Öl nicht abfließen kann und die eine sichere Funktion des Abscheiders gefährden können, vermieden. Die Neigung beträgt im Beispiel der 3 beispielsweise 45°, die Neigung der Wendelfläche 17 ist aber auf beliebige andere Neigungen anwendbar.
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Der Einsatz 15 gemäß den 1 bis 3 weist einen durchgehenden Wendelgang 20 auf. In einer anderen Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Wendelgängen vorgesehen sein.
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Die Zylinderkopfhaube 10 kann eine Mehrzahl von Aufnahmen 21 für eine entsprechende Mehrzahl von Ölabscheider-Einsätzen 15 aufweisen, die parallel und/oder in Reihe geschaltet sein können.
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Die Ausführungsform gemäß den 4 bis 8 betrifft allgemein einen in einen Kanal oder eine Bohrung 30 eines Gehäuses eines Verbrennungsmotors eingesteckten oder eingepressten Einsatz 15. Wie aus den 5 und 7 ersichtlich ist, weist die Wendelfläche 17 des Einsatzes 15 an ihrer Außenseite eine Spitze bzw. Dichtlippe 28 aus Elastomer auf, die sich bei in den Kanal bzw. die Bohrung 30 bzw. in die Aufnahme 21 eingesetztem Einsatz 15 aufgrund eines entsprechenden Übermaßes elastisch verformt (siehe 5) und hierdurch die gewünschte Dichtwirkung erzielt. Zudem wird aufgrund der elastischen Verformung der Spitze bzw. Dichtlippe 28 eine dem Auswandern des Einsatzes 15 aus der in der Regel konischen Bohrung 30 entgegenwirkende Kraft erzeugt, d. h. der Einsatz 15 sperrt bzw. spreizt sich gegen ein Herauswandern aus der konischen Bohrung 30. Hierdurch wird ein kraft- und formschlüssiger Festsitz des Einsatzes 15 in der Bohrung 30 in der Art eines Dübels ohne zusätzliche Befestigungsmittel erreicht.
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In der Ausführungsform gemäß 4 bis 8 umfasst der Einsatz 15 eine Mehrzahl von abschnittsweise gebildeten Wendelflächen 17a, 17b, 17c, ..., was die Herstellung vereinfachen kann, insbesondere wenn die Wendelflächen aus ebenen Flächen bestehen.
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Wie aus 6 ersichtlich kann die Wendelfläche eine variable Steigung mit abnehmenden Winkeln α1, α2, α3 in Strömungsrichtung aufweisen, womit gegenüber einer Wendel mit konstanter Steigung der Strömungswiderstand zur Erzeugung des Dralls verringert werden kann. Durch eine variable Steigung kann ferner erreicht werden, dass bei einer schrägen Einbaulage ein kontinuierliches Gefälle für den Ablauf des abgeschiedenen Öles sichergestellt ist.
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Das Schaftteil 16 des Einsatzes 15 kann hohl sein, wie in den 1 bis 3 gezeigt, was beispielsweise den Eingriff eines Montagewerkzeugs gestattet, das den Einsatz bei der Montage formstabil hält. Zur Erhöhung der Stabilität kann das Schaftteil 16 massiv ausgeführt sein. Bei einem Schaftteil 16 aus Elastomer kann eine verstärkende Einlage beispielsweise aus Draht vorgesehen sein.
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Der Einsatz 15 besteht im Hinblick auf die Anwendung in einem Verbrennungsmotor zweckmäßigerweise aus hinreichend temperaturbeständigem Material.
