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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Medientrennung, insbesondere
zum Trennen von Gasen, wie Luft, aus einem Fluid, wie Öl,
mit einer Trenneinrichtung, die bei Eintritt des Mediums dieses zwecks
Durchführen der Trennung in Rotation versetzt und die voneinander
separiert jeweils eine Austrittsstelle für das Gas und
für das Fluid aufweist.
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Durch
das
US-Patent 5,240,477 ist
eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Medientrennung
bekannt. Bei der bekannten Lösung weist die Trenneinrichtung
einzelne Segmente auf, wobei ein Innenwandabschnitt eines Segmentes
in Richtung der Fluidaustrittsstelle konisch zulaufend ist und das
benachbart nachfolgende Segment mit seinem Innenwandabschnitt erweitert
sich in Richtung der Fluidaustrittsstelle gleichfalls in konischer
Weise. Das genannte erste Segment weist zum Herbeiführen
der Rotation des Mediums in seinem Innern eine Schlitzöffnung
auf, die außermittig angeordnet ein tangentiales Einströmen
des Mediums bewirkt. Im übrigen dient das konisch zulaufende
erste Segment der Beschleunigung des Fluidstromes und der anschließende
zweite Segmentteil führt zu einer Entschleunigung des Medienstromes.
Im Bereich der Übergangsstelle zwischen den beiden Segmenten,
bei dem im übrigen die Beschleunigung in die Entschleunigung
des Mediums übergeht, ist die Austrittsstelle für
das abzutrennende Gas angeordnet, die Teil eines Gasentnahmerohres
ist, das von einer Gehäusewandung der Trenneinrichtung
ins Innere derselben ragt.
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Mit
der bekannten Lösung lassen sich Medien, wie Fluide, mit
hohem Schaumanteil, beispielsweise in Form schäumenden
Hydrauliköls, vom Gasanteil regelmäßig
in Form von Luft befreien, indem die Gasblasen des in die Trenneinrichtung
eintretenden Mediums über die zugehörige Austrittsstelle
entfernt wird, wohingegen der derart vom Gas befreite Fluid-Volumenstrom
an anderer Austrittsstelle die Trenneinrichtung verläßt.
Die bekannte Lösung findet insbesondere dort ihre Grenzen,
wo stark verschmutzte Fluide zu behandeln sind und was die zu erzielende
Gasaustragsmenge für den Entschäumvorgang anbelangt,
läßt die bekannte Lösung noch Wünsche
offen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zur Medientrennung zu schaffen, mit der sich auch
stark verschmutzte Fluide behandeln lassen, die insoweit funktionssicher
im Gebrauch ist und die in hohem Maße eine Gasabscheidung
ermöglicht. Eine dahingehende Aufgabe löst eine
Vorrichtung zur Medientrennung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches
1 entlang der Trenneinrichtung verlaufend diese von einer Filtereinrichtung
umfaßt ist, die mindestens eine Filtermattenbahn aufweist,
und dass das Medium die Filtermattenbahn in Richtung der Trenneinrichtung
durchquert, lassen sich insbesondere Feststoffverschmutzungen vorab
aus dem Fluid abtrennen und das derart gereinigte Fluid wird dann
in der Trenneinrichtung vom Gasanteil, insbesondere in Form von
Schaum- oder Gasblasen, befreit, wobei die dahingehende Abtrennung
aufgrund des gereinigten Zustands des Mediums zu höheren
Abscheideraten an Gas führt gegenüber den bekannten
Lösungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Medientrennung führt insoweit eine Phasentrennung durch
und der Gas- oder Luftanteil wird durch einen in der Trenneinrichtung
erzeugten Gegendruck über die zugeordnete Austrittsstelle
aus der Trenneinrichtung effizient und funktionssicher abgeführt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Medientrennung
findet insbesondere dort in hydraulischen Kreisen Anwendung, bei
denen hohe Luftanteile in den fluidischen Kreis gelangen, was beispielsweise
bei Getriebeteilen von Windkraftanlagen regelmäßig
der Fall ist. Die Verwendung der erfindungsgemäßen
Medientrennvorrichtung ist aber nicht auf den Einsatz bei Hydrauliköl
eingeschränkt, sondern kann überall dort Anwendung
finden, wo sich eben Gas- oder Luftanteile im Fluidmedium sammeln
können. Insoweit sind auch Anwendungsfälle im
Kraftstoff- oder chemischen Bereich möglich.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Medientrennvorrichtung erstreckt sich die jeweilige Filtermattenbahn
endseitig zwischen zwei Endkappen, die jeweils von der Austrittsstelle
für das Gas und für das Fluid durchgriffen sind.
Die Filtereinrichtung lässt sich gemeinsam mit der Trenneinrichtung
als eigenständige Baueinheit austauschbar in Gehäuseteile
der Medientrennvorrichtung einwechseln.
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Vorzugsweise
ist ferner vorgesehen, dass zum Herbeiführen der Rotation
des Mediums die Trenneinrichtung mindestens eine Schlitzöffnung aufweist,
die außermittig angeordnet ein tangentiales Einströmen
des Mediums bewirkt. Dergestalt erfolgt in der Art einer Zyklonbahn
das Einströmen des luftbehafteten Fluidmediums und durch
den dergestalt erzeugten Drallstrahl des Mediums innerhalb des zuordenbaren
Segmentes wirken Zentrifugalkräfte auf das Öl-Luftgemisch
ein, die die Phasentrennung bewirken aufgrund der bestehenden Dichteunterschiede
zwischen Öl und Luft. Der dahingehend erwünschte
Gasaustrag kann noch weiter dadurch begünstigt werden,
dass in Richtung der Fluidaustrittsstelle eine Blenden- oder Drosseleinrichtung
angeordnet ist, die in Richtung der Gas- oder Luftabfuhrstelle einen
erhöhten Gegendruck erzeugt, was insoweit den Austrag erleichtern hilft.
Diese Einrichtung kann bevorzugt innerhalb der Trenneinrichtung
angeordnet sein, aber auch außerhalb des Vorrichtungsgehäuses
liegen, beispielsweise im Bereich der entgasten Fluidabführleitung.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Medientrennvorrichtung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Medientrennvorrichtung
anhand zweier Ausführungsbeispiele nach der Zeichnung näher
erläutert. Dabei zeigten in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung
die
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1 in
der Art eines Längsschnittes ein erstes Ausführungsbeispiel
gemäß der Schnittlinie A-A nach der 2;
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2 eine
stirnseitige Ansicht in Richtung des Pfeiles X nach der 1;
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3 in
perspektivischer Ansicht eine Art Schnittdarstellung entsprechend
der Ausgestaltung nach der 1;
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4 eine
Ausführungsvariante betreffend den quadratischen Ausschnitt
Y nach der 1;
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5 einen
Schnitt gemäß der Linie Z-Z in 1;
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6 in
Ansicht eine Art Längsschnittdarstellung einer weiteren
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Medientrennvorrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Medientrennung,
insbesondere zum Trennen von Gasen, wie Luft, aus einem Fluid, wie Öl,
weist eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Trenneinrichtung
auf. In Blickrichtung auf die 1 gesehen
weist die Trenneinrichtung 10 auf ihrer rechten Seite eine
Austrittsstelle 12 für das Fluid auf und auf der
linken Seite eine Austrittsstelle 14 für das Gas.
Entlang der Trenneinrichtung 10 und in konzentrischer Anordnung
zu deren Längsachse 16 ist eine als Ganzes mit 18 bezeichnete
Filtereinrichtung angeordnet, die die Trenneinrichtung 10 insoweit
umfangsseitig umschließt.
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Die
Filtereinrichtung 18 weist eine Filtermattenbahn 20 auf,
die als zylindrischer Körper ausgebildet auch in plissierter
Mattenform (nicht dargestellt) vorliegen kann. Die Filtermattenbahn 20 dient
insbesondere dem Abtrennen von Festverschmutzungen aus dem zuzuführenden
Medienstrom. Anstelle nur einer Filtermattenbahn 20 könnten
auch mehrere Filtermattenbahnen oder -lagen, vorzugsweise in konzentrischer
Anordnung, um die Trenneinrichtung 10 angeordnet sein.
Um die Druckstabilität zu erhöhen, stützt
sich die Filtermattenbahn 20 auf ihrer Innenseite an einem
perforierten Stützrohr 22 ab. Der dahingehende
Aufbau eines Filterelementes ist in der Praxis üblich,
so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen
wird. In Abhängigkeit der auftretenden Verschmutzung sind
die einzelnen Filterlagen der Filtermattenbahn 20 selektiv
ausgesucht, was insoweit aber gleichfalls Stand der Technik ist.
Ferner wäre es denkbar, die jeweils eingesetzte Filtereinrichtung 18 so
auszugestalten, dass eine zusätzliche Abscheidung von Stoffen
aus dem Fluidmedium möglich wäre, beispielsweise
in der Art einer Fettabtrennung od. dgl.. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach
der 1 dient aber die Filtermattenbahn 20 der
Filtereinrichtung 18 im wesentlich dazu, die Grobverschmutzung
aus dem Medienstrom (Öl mit Schaumanteil) heraus zu filtrieren.
Im übrigen durchquert das verschmutzte Fluid die Filtermattenbahn 20 von außen
nach in nen, so dass bereits abgereinigtes Fluid der Trenneinrichtung 10 für
die Weiterbehandlung zugeführt wird.
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Wie
insbesondere die perspektivische Schnittdarstellung nach der 3 belegt,
erstreckt sich die Filtermattenbahn 20 zwischen zwei Endkappen 24, 26,
wobei eine Mittenausnehmung der Endkappe 24 die Austrittsstelle 12 für
das Fluid begrenzt. Auf der abgewandten gegenüberliegenden
Seite weist die weitere Endkappe 26 die Austrittsstelle 14 für
das Gas auf. Beide Austrittsstellen 12, 14 sind
in konzentrischer Anordnung zu der Längsachse 16 der Trenneinrichtung 10 angeordnet,
wobei die Austrittsstelle 12 für das Fluid vom
freien Querschnitt her gesehen deutlich größer
ist als die Austrittsstelle 14 für das Gas. Im übrigen
erstreckt sich auch, wie dies insbesondere die 3 verdeutlicht,
die Trenneinrichtung 10 zwischen den beiden Endkappen 24, 26,
so dass die Trenneinrichtung 10 zusammen mit der Filtereinrichtung 18 eine
auswechselbare Baueinheit bildet, die als Ganzes mit 28 bezeichnet
ist.
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Wie
des weiteren die 1 und 3 zeigen,
weist die Trenneinrichtung 10 einzelne Segmente 30, 32 auf,
deren Innenwandabschnitte 34 unterschiedlich gestaltet
sind. So ist das erste Segment 30 aus einem zylindrischen
Hohlrohr gebildet, dessen Innenwandabschnitt 34 überwiegend
zylindrisch ausgebildet ist. In Blickrichtung auf die 1 und 3 gesehen
schließt sich an das erste Segment 30 das zweite
Segment 32 an, das ausgehend vom ersten Segment 30 einen
Innenwandabschnitt 34 aufweist, der sich kontinuierlich
in Richtung der Austrittsstelle 12 für Fluid erweitert,
insbesondere in Form eines Austrittskonus gebildet ist. Der dahingehende
Innenwandabschnitt 34 des zweiten Segmentes 32 kann aus
einem üblichen dünnwandigen Blechbauteil gebildet
sein, das mit seinem einen freien Ende den Außenumfang
des ersten Segmentes 30 bereichsweise umgreifend dort festgelegt
ist, wohingegen das andere freie Ende in der Art eines Klemmabschnittes
und die Innenseite der Filtermattenbahn 20 berührend seinen
Halt in der rechten Endkappe 24 findet.
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Das
erste Segment 30 ist gleichfalls in der Art eines Aufsteckteils
auf seiner linken Seite in einer Aufnahmebuchse 36 geführt,
die von einem Hohlkanal 38 durchgriffen ist, der mit die
Austrittsstelle 14 für das Gas bildet. An der Übergangsstelle
des ersten Segmentes 30 zu der Aufnahmebuchse 36 erweitert sich
der zugeordnete Innenwandabschnitt 34 konisch und geht
in ein im Durchmesser verbreitertes Wandsegment 40 über,
das gemäß der Schnittdarstellung Z-Z nach der 5 zwei
zur Längsachse 16 diametral einander gegenüberliegende
Schlitzöffnungen 42 aufweist, über die
das mittels der Filtereinrichtung 18 abgereinigte Fluid
randseitig eintritt, so dass das Medium entlang des Wandsegmentes 40 und
entlang des zylindrischen Innenwandabschnitte 34 des ersten
Segmentes 30 eine Rotations- oder Drallströmung
erfährt, die nach rechts gesehen bis zur Übergangsstelle
zum zweiten Segment 32 reicht. Dergestalt entsteht eine
Art konischer Drall-Fluidraum (nicht dargestellt), der eine sehr
große Fluidoberfläche ausbildet, was es dem Gas
erleichtert, sich in der Art einer Phasentrennung vom Fluid abzuscheiden. Das
dahingehend im Segment 30 abgeschiedene Gas wird in Blickrichtung
auf die 1 und 3 gesehen
nach links aus der Trenneinrichtung 10 über die
Austrittsstelle 14 herausgeführt, wohingegen auf der
gegenüberliegenden stirnseitigen Bereichsseite der Austritt
für das Fluid über die Austrittsstelle 12 erfolgt.
Das Wandsegment 40 des ersten Segmentes 30 ist
insoweit in der Art eines Strömungszyklons ausgeführt.
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Um
die Gasabscheidung noch weiter zu verbessern, kann vorgesehen sein,
den Fluidstrom in Richtung der Austrittsstelle 12 für
das Fluid anzudrosseln. Demgemäß kann nach der
Darstellung von 4 in die rechte freie Stirnseite
des ersten Segmentes 30 bezogen auf den zugeordneten Innenwandabschnitt 34 eine
Drossel- oder Blendeneinrichtung 44 eingesetzt sein. Hierdurch
entsteht ein erhöhter Gegendruck, so dass die Luft nunmehr
noch verstärkt über die Austrittsstelle 14 für
das Gas aus der Trenneinrichtung 10 abgeführt
werden kann. Ferner ist eine Bypasseinrichtung 46 (2)
mit vier einzelnen, einander zur Längsachse 16 der
Vorrichtung diametral einander gegenüberliegenden Einzelventilen 48 vorgesehen,
die in der Art von federbelasteten Rückschlagventilen ausgebildet
die Funktion der Medientrennvorrichtung aufrechterhalten, auch wenn die
Filtermattenbahn 20 von Verschmutzungen zugesetzt und insoweit
verblockt sein sollte. Im dahingehenden Fall wird in der Art einer
Bypass-Schaltung die Filtermattenbahn 20 der Filtereinrichtung 18 umgangen
und durch Öffnen der Bypasseinrichtung 46 gelangt
das verschmutzte Fluid dann direkt zur Trenneinrichtung 10 zwecks
Durchführen der Phasentrennung Gas/Fluid. Dahingehende
Bypasseinrichtungen sind bei Filterelementen an sich üblich,
so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher im Detail
eingegangen wird. Bei einer alternativen, nicht näher dargestellten
Ausführungsform kann die aufgezeigte Drossel- oder Blendeneinrichtung 44 auch im
sonstigen ausgangsseitigen Bereich, gegebenenfalls auch in Fluidstromrichtung
betrachtet, nach der Austrittsstelle 12 für Fluid
in den hydraulischen Kreis geschaltet sein.
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Die
als Ganzes in der 3 mit 28 bezeichnete
Baueinheit läßt sich gemäß der
Darstellung nach der 1 in einem als Ganzes mit 50 bezeichneten
Vorrichtungsgehäuse der Medientrennvorrichtung unterbringen.
Das dahingehende Vorrichtungsgehäuse 50 weist
ein zylindrisches Mittenstück 52 auf, das an seinen
beiden gegenüberliegenden Enden von einem aufschraubbaren
Kopfteil 54 sowie einem Fußteil 56 begrenzt
ist. Bei abgenommenem Kopfteil 54 oder Fußteil 56 läßt
sich die Baueinheit 28 gegen ein Neuteil austauschen, was
beispielsweise Sinn macht, wenn die Filtermattenbahn 20 entsprechend
von Verschmutzungen zugesetzt ist.
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Diametral
zur Längsachse 16 der Vorrichtung einander gegenüberliegend
weist das Fußteil 56 einen Medienzulauf 58 für
verschmutztes, mit Gas beladenes Fluid auf, wohingegen der Medienablauf 60 des
Gehäuses 50 dem Abtransport des von Gas befreiten
abgereinigten Fluids in den sonstigen hydraulischen Kreis dient.
Insoweit schließt sich also die Fluidaustrittsstelle 12 in
der Endkappe 24 an den Medienablauf 60 an. Das
Vorrichtungsgehäuse 50 weist einen radial vorgegebenen
Abstand zu der Außenumfangsseite der Filtermattenbahn 20 auf,
so dass insoweit ein kontinuierlicher Zustromraum für das
Medium über den Medienzulauf 58 erreicht ist. Das
Medium gelangt also zunächst über den Medienzulauf 58 in
den genannten Vorraum, gebildet durch den Innenumfang des Vorrichtungsgehäuses 50, durchquert
von außen nach innen die Filtermattenbahn 20 und
tritt dann über die Schlitzöffnungen 42 mit
tangentialer Strömung in den Innenbereich der Trenneinrichtung 10 wie
beschrieben ein.
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Die
geänderte Ausführungsform nach der 6 wird
nur noch insofern erläutert, als sie sich wesentlich von
der vorangegangenen Ausführungsform unterscheidet. Dabei
werden dieselben Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet
und die insoweit getroffenen Ausführungen gelten dann auch für
die vorliegende zweite Ausgestaltung. Die Ausführungsform
nach der 6 betrifft nur die Baueinheit 28 ohne
das Vorrichtungsgehäuse bestehend aus der Trenneinrichtung 10 und
der Filtereinrichtung 18. Die Filtereinrichtung 18 weist
wiederum eine zylindrische oder plissierte Filtermattenbahn 20 auf,
die nach innen hin von einem perforierten Stützrohr 22 abgestützt
ist, wobei der einfacheren Darstellung wegen die Perforation in
der 6 weggelassen wurde. Filtermattenbahn 20 sowie
Stützrohr 22 werden wiederum endseitig von zwei
Endkappen 24, 26 abgeschlossen. Innerhalb der
unteren Endkappe 26 befindet sich bodenseitig die Gas-
oder Luftaustrittsstelle 14, wobei ein Pfeil die mögliche
Strömungsrichtung für das Gas wiedergibt. Am gegenüberliegenden oberen
Ende ist die Austrittsstelle 12 für Fluid vorhanden
und auch insoweit wird die Fluidrichtung mit einem Pfeil wiedergegeben.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Trenneinrichtung 10 ein
sich konisch verjüngendes erstes Segment 30 auf,
das nach oben hin gesehen in ein zylindrisches Segment 32 übergeht,
mit einem insoweit gleichfalls zylindrisch ausgebildeten Innenwandabschnitt 34.
Zur Luftaustrittsstelle 14 hin geht das erste Segment 30 wiederum
in ein zylindrisches Wandsegment 40 über mit entsprechenden Schlitzöffnungen 42,
wobei in der Schnittdarstellung nach der 6 nur eine
Schlitzöffnung 42 im zylindrischen Wandabschnitt
gezeigt ist. Auch für die vorliegende Ausführungsform
kann in Richtung der Austrittsstelle 12 für Fluid
zur Androsselung des Medienstroms eine Drossel- oder Blendeneinrichtung (nicht
dargestellt) eingesetzt sein.
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Während
die Segmente 30 mit konisch zulaufendem Innenwandabschnitt 34 zu
einer Beschleunigung des Medienstroms führen, sind die
zylindrisch ausgebildeten Segmente 32 oder die, die sich
in Richtung der Fluidaustrittsstelle 12 konisch erweitern,
für eine gleichbleibende Mediengeschwindigkeit bzw. eine
abnehmende Mediengeschwindigkeit verantwortlich. Insgesamt ist mit
der Ausbildung der Segmente 30, 32 sowie unter
Einbezug des Wandsegmentes 40 mit den Schlitzöffnungen 42 eine gezielte
Medienstrombeeinflussung möglich, wobei die erfindungsgemäße
Lösung ohne eine vorkragende Gasaustrittsstelle im Segment 30 auskommt,
die, wie im Stand der Technik aufgezeigt, in einem Übergangsbereich
zwischen beschleunigter und entschleunigter Medienbewegung anzuordnen
ist, was insoweit auch Baukosten sparen hilft und die Funktionssicherheit
der erfindungsgemäßen Lösung erhöht.
Die erfindungsgemäße Lösung baut leicht
auf, insbesondere wenn für die Trenneinrichtung 10 sowie
für die Filtereinrichtung 18 Kunststoffmaterialien Anwendung
finden. Die Baueinheit 28 ist sehr druckstabil ausgeführt,
so dass auch bei hohen Drücken oder Vibrationen ein versagensfreier
Betrieb gewährleistet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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