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Die
Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider mit einem in einem
Gehäuse angeordneten und um eine Rotorachse drehbaren Rotor,
welcher eine Antriebswelle und einen mit dieser drehantreibbar verbundenen
Tellerseparator aufweist, wobei das Gehäuse einen Rohgaseinlass
für ein abzuscheidende Flüssigkeitströpfchen
mitführendes Gas, einen Reingasauslass für das
von den Flüssigkeitströpfchen mindestens weitgehend
befreite Gas und einen Flüssigkeitsauslass für
die abgeschiedene Flüssigkeit besitzt und im Übrigen
geschlossen ist, der Tellerseparator mehrere in Richtung der Rotorachse
mit Abständen voneinander aufeinanderfolgende scheibenartige
Teller aufweist, welche sich in bezüglich der Rotorachse
radialer Richtung von der Antriebswelle weg erstrecken, mit dem
Gehäuse einen den Tellerseparator umschließenden
Ringraum bilden sowie einen von der Rotorachse durchsetzten Zentralraum
umfassen, welcher in Richtung der Rotorachse gasdurchlässig
ist, und der Rohgaseinlass mit dem einen und der Reingasauslass
mit dem anderen der beiden Räume verbunden ist.
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Die
Erfindung betrifft aber auch ähnliche derartige Zentrifugalabscheider,
bei denen der Tellerseparator von einem Gehäuse oder einer
Gehäusewand umschlossen wird, welches bzw. welche zusammen
mit dem Tellerseparator rotiert.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung einen Ölnebelabscheider in Form
eines solchen Zentrifugalabscheiders für die Kurbelgehäuseentlüftung
eines Hubkolben-Verbrennungsmotors, wie er in die Entlüftungsleitung
eines solchen Motors zwischen dem Kurbelgehäuse und einem
Ansaugrohr des Motors eingebaut wird.
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Zentrifugalabscheider
der eingangs erwähnten Art sind aus dem Stand der Technik
bekannt, unter anderem aus folgenden Dokumenten:
DE-101 63 924-A1 : Bei diesem
Gerät wird das Rohgas in den vom Tellerseparator und dem
Gehäuse gebildeten Ringraum tangential zum Tellerseparator-Umfang
eingeleitet und durchströmt die zwischen den Tellern des
Tellerseparators vorhandenen Spalte von außen radial nach
innen, wobei Öltröpfchen durch die Teller des
rotierenden Tellerseparators abgeschieden und in den Ringraum geschleudert
werden; das abgeschiedene Öl läuft über
einen im Boden des Gehäuses angeordneten Flüssigkeitsauslass
aus dem Gehäuse ab. Das vom Öl mehr oder minder
vollständig befreite Gas strömt in einen von den
Tellern umschlossenen ringförmigen, zur Rotorachse koaxialen
und von der Antriebswelle durchsetzten Zentralraum und von diesem
in einen Reingasauslass des Zentrifugalabscheiders. Die mit der Antriebswelle
des Zentrifugalabscheiders rotierenden Teller des Tellerseparators
sind alle gleich, zur Rotorachse rotationssymmetrisch und konisch
ausgebildet, wobei jeder Teller einen in einem zentralen Bereich
offenen Kegelstumpf bildet. Das mit den Öltröpfchen
beladene Rohgas wird beim Durchströmen der Spalte zwischen
den Tellern in Rotation versetzt, wobei die Öltröpfchen
aufgrund der auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte gegen
die konkaven Unterseiten der konisch bzw. kegelstumpfförmig
gestalteten Teller geschleudert und dann von diesen in den Ringraum
abgeschleudert werden.
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EP-1 273 335 B1 bzw.
US-A-6,821,319 :
Dieser Zentrifugalabscheider unterscheidet sich von dem vorstehend
geschilderten Zentrifugalabscheider nach der
DE-101 63 924-A1 nur dadurch,
dass bei ersten Ausführungsformen des Geräts das
Rohgas den Tellerseparator von radial innen nach radial außen
durchströmt und bei zweiten Ausführungsformen von
radial außen nach radial innen.
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Mit
den bekannten Zentrifugalabscheidern der eingangs erwähnten
Art lassen sich in der Praxis aus einem Aerosol aus einem Flüssigkeitströpfchen mit
sich führenden Gas sehr kleine Flüssigkeitströpfchen
mit einer Tropfengröße von weniger als 1 μm, insbesondere
weniger als 0,8 μm nicht so weitgehend abscheiden, dass
damit die immer strenger werdenden Umweltverordnungen erfüllt
werden können; dies trifft insbesondere auf Ölnebelabscheider zu,
wie sie in die Entlüftungsleitungen von Hubkolben-Verbrennungsmotoren
zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ansaugrohr des Motors
eingebaut werden. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass sich
bei Zentrifugalabscheidern der eingangs erwähnten Art hinsichtlich
der Abscheiderate von Flüssigkeitströpfchen mit
einer Tropfengröße von weniger als 1 μm
auch durch eine im Hinblick auf den erforderlichen Energieaufwand
noch wirtschaftlich sinnvolle Erhöhung der Drehzahl des
Tellerseparators und/oder durch eine Veränderung der Geometrie des
Tellerseparators keine signifikanten Verbesserungen erzielen lassen.
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Der
Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Zentrifugalabscheider
der eingangs erwähnten Art mit einem Tellerseparator so
zu verbessern, dass sich mit ihm aus dem zu reinigenden Gas sehr
kleine Flüssigkeitströpfchen deutlich weitgehender
abscheiden lassen als mit den bekannten Tellerseparator-Zentrifugalabscheidern.
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Der
Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung
dieser Aufgabe besteht darin, zumindest einen Teller, vorzugsweise
mehrere und insbesondere alle Teller des Tellerseparators so zu
gestalten, dass zumindest Bereiche der Oberfläche eines
solchen Tellers Oberflächenstrukturen (im Folgenden Koaleszenzelemente
genannt) aufweisen, welche die Koaleszenz kleiner Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen
bewirken. Bei diesen Oberflächenstrukturen handelt es sich
insbesondere um Unebenheiten bzw. Rauigkeiten, das heißt
Vertiefungen und/oder Vorsprünge, oder Öffnungen
einer solchen Gestalt und Größe, dass diese Oberflächenstrukturen
eine Koaleszenz sehr kleiner Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen
signifikant fördern.
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Eine
besonders effiziente erfindungsgemäße Lösung
der gestellten Aufgabe ermöglicht ein Zentrifugalabscheider
der eingangs erwähnten Art, bei dem in bekannter Weise
wenigstens mehrere der Teller mindestens in einem Teller-Ringbereich
konisch gestaltet sind, so dass sie eine konvexe und eine konkave
Seite aufweisen, wobei nach dem vorstehend geschilderten Grundprinzip
der Erfindung mindestens einige der Teller auf ihrer konkaven Seite und
vorzugsweise nur auf dieser Seite zumindest Oberflächenbereiche
aufweisen, in denen die Telleroberfläche unter Bildung
von Koaleszenzelementen uneben gestaltet ist. Wie bereits erwähnt,
können solche Koaleszenzelemente von einer rauen oder einer
porösen Telleroberfläche gebildet werden, wobei das
Tellermaterial selbst eine solche raue oder poröse Oberfläche
bilden kann. Alternativ wird ein Koaleszenzelemente aufweisender
Oberflächenbereich eines Tellers von einem Belag gebildet,
welcher mit einem steifen Tellerkörper fest verbunden ist.
Für einen solchen Belag empfehlen sich insbesondere Gewebe,
Faservliese, hinreichend beständige Schaumstoffe, Sintermaterialien
mit entsprechend rauer oder poröser Oberfläche,
aber auch auf einem Tellerkörper aufgesprühte
oder aus der Gasphase niedergeschlagene, insbesondere metallische
Materialien, wobei alle diese Beläge hinsichtlich ihrer
Oberflächenstruktur so gestaltet sind, dass sie effektive
Koaleszenzelemente bilden. Bei einer weiteren Alternative weist
ein mit Koaleszenzelementen versehener Teller einen steifen Tellerkörper
ohne Koaleszenzelemente und mindestens eine mit diesem Tellerkörper unmittelbar
oder mittelbar verbundene und gegen den letzteren anliegende und
insoweit insbesondere formgleiche Tellerscheibe aus einem Koaleszenzelemente
bildenden Material, wie einem Gewebe, einem Faservlies oder einem
gegebenenfalls auch metallischen Schaumstoff auf. Eine solche Tellerscheibe wird
vorzugsweise nur auf der konkaven Seite des steifen Tellerkörpers
vorgesehen, es könnten aber auch auf beiden Seiten des
Tellerkörpers derartige Tellerscheiben angeordnet werden.
Dabei können der feste Tellerkörper und die Tellerscheibe
unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei im Falle zweier Tellerscheiben
auch deren Durchmesser voneinander verschieden sein können.
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Wenn
vorstehend, im Folgenden und/oder in den beigefügten Ansprüchen
von einem Teller die Rede ist, welcher insgesamt oder in einem Teller-Ringbereich
konisch gestaltet ist und infolgedessen eine konvexe sowie eine
konkave Seite aufweist, dürfen diese Angaben nicht streng
im Sinne der geometrischen Definitionen verstanden werden; da die Flächen
eines hohlen Kegels oder eines hohlen Kegelstumpfs im Schnitt längs
einer Durchmesserebene gerade und nicht gewölbte Linien
bilden, soll unter der konkaven Seite eines konischen Tellers oder
eines konischen Teller-Ringbereichs dessen hohle Seite verstanden
werden, unter der konvexen Seite die gegenüberliegende
Seite, und im Sinne der Erfindung ist unter einem ”konischen” Teller
bzw. Teller-Ringbereich auch eine solche geometrische Form zu verstehen,
bei der der Teller bzw. Teller-Ringbereich in einem Schnitt längs
einer Durchmesserebene von gewölbten Linien begrenzt wird – unter
einem konischen Teller ist also beispielsweise auch ein ungefähr
glockenförmiger Teller zu verstehen.
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Wenn
vorstehend, im Folgenden und/oder in den beigefügten Ansprüchen
von einer Tellerscheibe die Rede ist, darf dies nicht so einengend
interpretiert werden, dass hierunter ein flaches scheibenförmiges Gebilde
verstanden werden muss; wird ein mit erfindungsgemäßen
Koaleszenzelementen versehener Teller von einem steifen Tellerkörper
und einer Tellerscheibe aus einem Koaleszenzelemente bildenden Material
gebildet, so ist die Tellerscheibe in ihrer Form an diejenige des
steifen Tellerkörpers angepasst, und zwar hinsichtlich
ihres Querschnitts in einem Schnitt durch den steifen Tellerkörper
und die Tellerscheibe längs einer Durchmesserebene.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines solchen
erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheiders ist bei
einem Koaleszenzelemente aufweisenden Teller mindesten ein Koaleszenzelemente
aufweisender Tellerbereich in Richtung der Rotorachse gasdurchlässig,
wobei Ausführungsformen besonders vorteilhaft sind, bei
denen mindestens ein Ringbereich eines Koaleszenzelemente aufweisenden
Tellers von einem Gewebe aus Metalldraht oder Kunststoffdraht gebildet
wird.
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Bei
allen diesen erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheidern,
bei denen wenigstens mehrere der Teller mindestens in einem Teller-Ringbereich
konisch gestaltet sind, ergibt sich durch auf der konkaven Tellerseite
vorgesehene Koaleszenzelemente ein besonders günstiger
Effekt, und zwar sowohl bei einem Tellerseparator, dessen zwischen
seinen Tellern vorhandene Spalte von dem zu reinigenden Gas radial
von außen nach innen durchströmt werden, als auch
bei einer Durchströmung von innen nach außen:
Da das mit den Flüssigkeitströpfchen beladene Gas
beim Durchströmen der Spalte des rotierenden Tellerseparators
in Rotation versetzt wird, werden die Flüssigkeitströpfchen
gegen die konkaven Unterseiten der zumindest bereichsweise konisch
gestalteten Teller geschleudert und treffen dort auf die dort erfindungsgemäß vorgesehenen
Koaleszenzelemente, aufgrund welcher auch feinste Flüssigkeitströpfchen zu
größeren Tröpfchen koaleszieren, welche
dann von den Tellern nach außen in den Ringraum zwischen
dem Tellerseparator und dem Gerätegehäuse und überwiegend
gegen die Gehäusewand geschleudert werden. Aufgrund dieses
Effekts wird verständlich, dass bei besonders vorteilhaften
Ausführungsformen eines solchen erfindungsgemäßen
Zentrifugalabscheiders jeder der Koaleszenzelemente aufweisenden
Teller insgesamt konisch gestaltet ist, wobei ein solcher Teller
einen in einem zentralen Bereich offenen oder bis auf Gasdurchlassöffnungen geschlossenen
Kegelstumpf bilden kann.
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Besteht
ein solcher kegelstumpfförmiger Teller zumindest im Wesentlichen
aus einem Metalldraht- oder Kunststoffdraht-Gewebe, so sollte dieses Gewebe
natürlich hinreichend formstabil sein.
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Ein
anderer Typ eines erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheiders
der eingangs erwähnten Art, bei dem das Grundprinzip der
erfindungsgemäßen Lösung der gestellten
Aufgabe verwirklicht ist und dessen Teller nicht insgesamt oder
mindestens in einem Teller-Ringbereich konisch gestaltet sein müssen,
zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens einige der Teller zur
Bildung von eine Koaleszenz kleiner Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen
bewirkenden Koaleszenzelementen mindestens in einem Bereich (welcher
Koaleszenzelemente aufweist) in Richtung der Rotorachse gasdurchlässig
sind, wobei ein solcher gasdurchlässiger Tellerbereich
wieder von einem Gewebe, einem Faservlies oder einem Schaumstoff
gebildet sein kann; grundsätzlich wäre es aber
auch möglich, einen Teller zu verwenden, dessen Material
mindestens bereichsweise derart offenporig ist, dass in einem solchen
Bereich der Teller in Richtung der Rotorachse gasdurchlässig
ist.
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Bei
einem dritten Typ eines erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheiders
der eingangs erwähnten Art, bei dem das Grundprinzip der
erfindungsgemäßen Lösung der gestellten
Aufgabe verwirklicht ist, ohne dass wenigstens mehrere der Teller
ganz oder bereichsweise konisch gestaltet sein müssen,
weisen mindestens einige der Teller auf ihren beiden Seiten jeweils
zumindest Oberflächenbereiche auf, in denen die Telleroberfläche
zur Bildung von eine Koaleszenz kleiner Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen
bewirkenden Koaleszenzelementen uneben gestaltet ist. Hinsichtlich
der Ausbildung der die Koaleszenzelemente bildenden Teile des Tellerseparators
kann auf die vorstehenden Ausführungen zum ersten Typ eines
erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheiders verwiesen
werden.
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Werden
Koaleszenzelemente von einer rauen oder porösen Oberfläche
eines Tellers, eines Tellerbelags oder einer zusätzlichen
Tellerscheibe gebildet, so hat eine solche Oberfläche erfindungsgemäß insbesondere
eine chaotische Struktur, d. h. eine keiner geometrischen Regelmäßigkeit
folgende Oberflächenstruktur – sieht man von Ausführungsformen
ab, bei denen die Koaleszenzelemente erfindungsgemäß von
einem Gewebe, einem Gestrick oder einem Gewirke gebildet werden.
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Aus
der
EP-0 320 105-A ergibt
sich zwar ein Zentrifugalabscheider mit einem vom zu behandelnden
Medium von außen nach innen durchströmten Tellerseparator,
dessen Teller kegelstumpfförmig gestaltet und auf ihren
konvexen Seiten mit in Abständen voneinander angeordneten
noppenartigen (siehe Sp. 4, Zeilen 20 und 21) oder würfelförmigen
(siehe
4 und
5) Vorsprüngen versehen
sind, dieser Zentrifugalabscheider ist jedoch in besonderer Weise
für die Abscheidung von Partikeln aus Flüssigkeiten
ausgebildet, und die Vorsprünge sind so gestaltet, dass
die radial nach innen gerichtete Strömungskomponente der
zu behandelnden Flüssigkeit hauptsächlich an der
konvexen Seite der Teller auftritt, um so das Abschleudern der abgeschiedenen Partikel
von der konkaven Seite der Teller durch eine radial nach innen gerichtete
Flüssigkeitsströmung möglichst wenig
zu beeinträchtigen.
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Schließlich
sei noch erwähnt, dass solche Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Zentrifugalabscheider bevorzugt
werden, bei denen der Tellerseparator von dem zu reinigenden Gas
von radial außen nach radial innen durchströmt
wird, indem der Rohgaseinlass mit dem Ringraum und der Reingasauslass
mit dem Zentralraum verbunden ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten
zeichnerischen Darstellung und/oder der nachfolgenden Beschreibung
einiger besonders vorteilhafter Ausführungsformen erfindungsgemäßer
Zentrifugalabscheider; in den Zeichnungen zeigen:
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1 einen
schematischen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
Zentrifugalabscheider mit Tellerseparator;
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2 eine
schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäß gestalteten, Koaleszenzelemente
aufweisenden Teller des Tellerseparators;
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3 einen
Ausschnitt aus 1 mit zwei Tellern gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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3A den
Ausschnitt ”A” aus 3 in stark vergrößerter
Darstellung;
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4 und 5 eine
dritte und eine vierte Ausführungsform der Erfindung in
einer der 3 entsprechenden Darstellung;
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6 eine
der 3 entsprechende schematische Darstellung einer
fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Tellers, welcher aus einem porösen Material bestehen soll;
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6A den
Ausschnitt ”A” aus 6 in stark vergrößertem
Maßstab, und
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7 eine
sechste Ausführungsform der Erfindung in einer der 3 entsprechenden
schematischen Darstellung.
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Der
in 1 in einem axialen Schnitt schematisch dargestellte
Zentrifugalabscheider hat ein Gehäuse 10, in dem
eine Antriebswelle 12 eines als Tellerseparator 14 gestalteten
Rotors durch nicht dargestellte Mittel um eine Rotorachse 16 drehbar
und in axialer Richtung unverschiebbar gelagert ist. Der Tellerseparator 14 ist
zur Rotorachse 16 im Wesentlichen rotationssymmetrisch
gestaltet, und gleiches gilt für eine Umfangswand 10a des
Gehäuses 10, welche zusammen mit dem Außenumfang
des Tellerseparators 14 zwischen diesem und dem Gehäuse einen
Ringraum 18 bildet.
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Der
Tellerseparator 14 weist einen Satz von Tellern 20 auf,
welche alle identisch gestaltet sein können, aber nicht
müssen, und in der Praxis wird der gemäß 1 unterste,
gegebenenfalls auch der oberste Teller die im Folgenden noch zu
beschreibenden Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht aufweisen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind alle Teller kegelstumpfförmig
gestaltet und haben einen offenen zentralen Bereich, das heißt
jeder Teller hat die Form eines kegelstumpfförmigen Ringes.
Der Öffnungswinkel des von einem Teller 20 definierten
Kegels kann größer oder kleiner sein als in 1 dargestellt.
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Die
Teller 20 sind mit in Richtung der Rotorachse 16 insbesondere
gleich großen Abständen voneinander angeordnet,
so dass jeweils zwei Teller einen Ringspalt 22 zwischen
sich bilden. Zu diesem Zweck ist es aus dem Stand der Technik bekannt,
an den Tellern 20 Distanzelemente vorzusehen (in 1 nicht
dargestellt), die zum Beispiel die Form von in radialer Richtung
verlaufenden Rippen haben können und über welche
die Teller 20 mit einander verbunden sind. Bei der in 1 sehr
vereinfacht und schematisch dargestellten Ausführungsform
sind die Teller 20 an einem Rohr 24 befestigt,
welches mittels zweier Stirnscheiben 26 und 28 unten
und oben verschlossen und an der Antriebswelle 12 so befestigt
ist, dass das Rohr 24 und die Teller 20 ein bezüglich
der Rotorachse 16 rotationssymmetrisches Gebilde bilden.
Die Stirnscheibe 26 verschließt zusammen mit der
Antriebswelle 12 den zentralen Bereich des untersten Tellers 20,
und der zentrale Bereich des obersten Tellers 20 könnte
mit einem äquivalenten Element verschlossen sein, mit dessen
Hilfe auch der oberste Teller 20 an der Antriebswelle 12 befestigt
ist, jedoch müsste dieses Element in Richtung der Rotorachse 16 gasdurchlässig
sein, zum Beispiel Gasdurchtrittsöffnungen aufweisen. Erwähnt
sei noch, dass die Antriebswelle 12 unten gasdicht aus dem
Gehäuse 10 herausgeführt sein muss, die
obere Stirnscheibe 28 des Rohrs 24 gasdicht an
der Antriebswelle 12 angebracht ist und das Rohr 24 oben am
Gehäuse 10 gasdicht aus diesem herausgeführt sein
muss, wobei dort zwischen dem Gehäuse 10 und dem
Rohr 24 zusätzlich zu einer Ringdichtung ein Gleit-
oder Wälzlager vorgesehen sein könnte, um das
Rohr 24 und damit die Antriebswelle 12 oben am
Gehäuse 10 drehbar und axial unverschieblich zu lagern.
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Zwischen
dem obersten und dem untersten Teller 20 des Tellerseparators 14 weist
die Umfangswand 32 im Bereich der Ringspalte 22 Gasdurchtrittsöffnungen 34 auf,
so dass die Ringspalte mit einem Zentralraum 36 kommunizieren,
welchen die Umfangswand 32 umschließt und welcher
seinerseits die Antriebswelle 12 umgibt.
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Ein
Aerosol aus einem zu reinigenden Gas und von diesem mitgeführten
Flüssigkeitströpfchen wird über einen
Rohgaseinlass 38 in das Gehäuse 10 eingeleitet;
durch den Tellerseparator 14 in noch zu beschreibender
Weise abgeschiedene Flüssigkeit wird über einen
Flüssigkeitsauslass 40 unten aus dem Gehäuse 10 abgeführt,
und das von den mitgeführten Flüssigkeitströpfchen
zumindest weitgehend befreite Reingas verlässt den Zentrifugalabscheider über
einen Reingasauslass 42, welcher in eine hohle Manschette 44 mündet,
die das obere Ende des Rohrs 24 umgibt und oben am Gehäuse 10 befestigt ist.
Diese Manschette 44 hat an ihrem Innenumfang einen ringförmigen
Schlitz, welcher mehreren schlitzförmigen Öffnungen
am Außenumfang des Rohrs 24 gegenüberliegt,
so dass diese Schlitze eine Gasdurchtrittsöffnung 48 für
das Reingas bilden, welches vom Zentralraum 36 in den Innenraum
der Manschette 44 einströmt und von dort über
den Reingasauslass 42 den Zentrifugalabscheider verlässt.
Zu beiden Seiten (in Richtung der Rotorachse 16) der Gasdurchtrittsöffnung 48 sind
zwischen dem Innenumfang der Manschette 44 und dem Außenumfang
des Rohrs 24 Dichtmittel, zum Beispiel Gleitdichtungen vorgesehen,
welche in 1 der Einfachheit halber nicht
dargestellt wurden und dem Zweck dienen, die Verbindung des Zentralraums 36 mit
dem Innenraum der Manschette 44 außerhalb der
Gasdurchtrittsöffnung 48 gasdicht zu gestalten.
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Soweit
der zeichnerisch dargestellte Zentrifugalabscheider vorstehend beschrieben
wurde, entspricht er zumindest weitgehend dem bekannten Stand der
Technik.
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Die
Erfindung betrifft nun Zentrifugalabscheider der eingangs erwähnten
Art, zum Beispiel den in 1 dargestellten Zentrifugalabscheider,
die bzw. der erfindungsgemäß so gestaltet ist,
dass sich mit ihm aus einem Aerosol Flüssigkeitströpfchen
zumindest weitgehend abscheiden lassen, deren Tröpfchengröße
zwischen ungefähr 0,1 μm und ungefähr 100 μm
liegt, wobei vor allem eine gute Abscheidung solcher Flüssigkeitströpfchen
gewährleistet sein soll, deren Tröpfchengröße
kleiner als ungefähr 0,5 μm ist. Insbesondere
betrifft die Erfindung einen Ölnebelabscheider in Form
eines solchen Zentrifugalabscheiders für die Kurbelgehäuseentlüftung
eines Hubkolben-Verbrennungsmotors, wie er in die Entlüftungsleitung
eines solchen Motors zwischen dem Kurbelgehäuse und einem
Ansaugrohr des Motors eingebaut wird. Ein solcher Ölnebelabscheider
kann sowohl in einer Zylinderkopfhaube des Verbrennungsmotors, als
auch außerhalb der Zylinderkopfhaube angeordnet sein.
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Bei
dem in 1 dargestellten Typ eines Zentrifugalabscheiders
wird der Tellerseparator 14 von dem zu reinigenden Gas
(Aerosol oder Rohgas) von radial außen nach radial innen
durchströmt, das heißt das in den Ringraum 18 eingeleitete
Rohgas tritt am Außenumfang des Tellerseparators 14 in
die Ringspalte 22 ein, wird dort in noch zu beschreibender
Weise gereinigt und verlässt dann den Tellerseparator 14 über
den Zentralraum 36. Grundsätzlich kann ein solcher
Zentrifugalabscheider aber auch so konstruiert werden, wie dies
aus dem Stand der Technik bekannt ist, dass die Ringspalte 22 von
dem Rohgas von radial innen nach radial außen durchströmt
werden.
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Beim
Einströmen des Rohgases in die Ringspalte 22 des
rotierenden Tellerseparators 14 wird das Rohgas und werden
damit die von diesem mitgeführten Flüssigkeitströpfchen
um die Rotorachse 16 herum in Rotation versetzt; aufgrund
der auf die Flüssigkeitströpfchen dann einwirkenden
Zentrifugalkräfte und der konischen oder kegelstumpfförmigen
Gestaltung der Teller 20 bewegen sich die Flüssigkeitströpfchen
von den oberen, konvexen Seiten der Teller 20 weg und gelangen
an die unteren, konkaven Seiten der Teller 20, wo aufgrund
der noch zu beschreibenden Erfindung kleine und kleinste Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen koaleszieren
und dann zusammen mit den von vorn herein größeren
Flüssigkeitströpfchen von den rotierenden Tellern 20 abgeschleudert
und gegen die Umfangswand 10a des Gehäuses 10 geschleudert
werden, so dass sich dort ein Flüssigkeitsfilm ausbildet, welcher
aufgrund der Schwerkraft sich im Gehäuse 10 nach
unten bewegt, worauf die abgeschiedene Flüssigkeit den
Zentrifugalabscheider über den Flüssigkeitsauslass 40 verlässt.
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Im
Folgenden werden nun erfindungsgemäß gestaltete
Teller des Tellerseparators erläutert, welche zum Teil
oder alle, gegebenenfalls auch nur bereichsweise, zumindest auf
einer Tellerseite und vorzugsweise an der konkaven Seite eines kegelstumpfförmig
gestalteten Tellers eine derart strukturierte Oberfläche
aufweisen, dass diese strukturierte Oberfläche Koaleszenzelemente
bildet, durch die die Bildung größerer Flüssigkeitströpfchen
aus kleineren und kleinsten Flüssigkeitströpfchen
gefördert bzw. bewirkt wird.
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In 2 ist
ein erfindungsgemäß gestalteter Teller 20A in
einer Draufsicht dargestellt. Er hat die Gestalt eines Kreisringes,
welcher analog zu der Darstellung in 1 einen
Kegelstumpf bilden soll und zumindest im Wesentlichen aus einem
Gewebe aus Metall- oder Kunststoffdrähten besteht. Der
kreisringförmige Teller 20A kann, was in 2 nicht
dargestellt wurde, an seinem Außenumfang und/oder seinem
Innenumfang eine Verstärkung aufweisen, zum Bespiel in
Gestalt einer im Querschnitt U-förmigen Einfassung aus
einem dünnen Metallblech. Auf alle Fälle muss
der Teller 20A hinreichend formstabil sein, damit er seine
Gestalt aufgrund der Rotation des Tellerseparators 14 zumindest
nicht nennenswert verändert. Bei Wahl geeigneter Verstärkungselemente
können statt der Drähte 120A auch Fäden, insbesondere
Kunststofffäden, verwendet werden. Außerdem kann
anstelle eines Gewebes auch ein Gestrick oder ein Gewirke oder ein
Faservlies verwendet werden.
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Die
Dicke der Drähte, Fäden oder Fasern, die Maschenweite
des Gewebes, Gestricks oder Gewirke bzw. die Struktur des Faservlieses
sind so zu wählen, dass der Teller 20A zumindest
auf seiner konkaven Seite eine derart strukturierte Oberfläche besitzt,
dass diese Oberfläche Koaleszenzelemente bildet, welche
die Koaleszenz feiner und feinster Tröpfchen zu größeren
Tröpfchen fördern bzw. bewirken. In jedem Fall
ist der Teller 20A in Richtung der Rotorachse 16 gasdurchlässig.
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Die 3 zeigt
zwei Teller 206 und 20C des Tellerseparators 14,
deren jeder einen festen Tellerkörper 120B bzw. 120C sowie
auf der konkaven Tellerseite einen am jeweiligen Tellerkörper
befestigten Belag 220B bzw. 220C aufweist. Beim
Teller 20B überragt der Belag 220B den
festen Tellerkörper 120B, das heißt der
Belag hat einen größeren Außendurchmesser
als der Tellerkörper; hingegen weist bei dem Teller 20C der
Belag 220C denselben Außendurchmesser und denselben
Innendurchmesser auf wie der feste Tellerkörper 120C.
Je nach Art des verwendeten Belagmaterials können die Beläge
mit den festen Tellerkörpern zum Beispiel verklebt sein, handelt
es sich bei den festen Tellerkörpern um metallische Bauteile
und bei den Belägen zum Beispiel um Gewebe aus Metalldrähten,
können die Beläge aber auch durch Schweißen,
insbesondere durch Punktschweißen, mit den Tellerkörpern
verbunden sein.
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Die 3A zeigt
stark vergrößert und schematisch den Ausschnitt ”A” des
in 3 dargestellten Belags 220C. Bei der
in 3A dargestellten Ausführungsform kann
es sich bei dem Belag 220C zum Beispiel um einen Belag
aus einem Faservlies, aus einem mit dem Tellerkörper 120C fest
verbundenen keramischen Sintermaterial oder aus einem auf den festen
Tellerkörper aufgesprühten oder aus der Gasphase
niedergeschlagenen metallischen oder zum Beispiel keramischen Material
handeln. Solche Beläge sind typisch für Telleroberflächen
mit einer chaotischen Struktur, das heißt einer keiner
geometrischen Regelmäßigkeit folgenden Oberflächenstruktur,
welche Koaleszenzelemente 320C bildet.
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Die 4 zeigt
zwei identisch gestaltete Teller 20D des Tellerseparators 14;
jeder dieser Teller hat einen festen Tellerkörper 120D,
auf dessen konkaver Seite ein Belag 220D befestigt ist.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform
ist der Außendurchmesser des Belags 220D kleiner
als derjenige des festen Tellerkörpers 120D.
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Die 5 zeigt
eine weitere Ausführungsform zweier identischer Teller 20E des
Tellerseparators 14. Auch bei dieser Ausführungsform
hat der Teller 20E einen festen Tellerkörper 120E,
der jedoch auf seinen beiden Seiten, das heißt auf seiner
konkaven Seite und auf seiner konvexen Seite, mit einem Belag 220E bzw. 220E' versehen
ist, um einen Teller zu erhalten, der auf seinen beiden Seiten von
den Belägen gebildete Koaleszenzelemente aufweist.
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In
den 6 und 6A ist eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Tellers 20F des
Tellerseparators 14 dargestellt. Dieser Teller soll mindestens
auf seiner konkaven Seite, das heißt auf seiner gemäß 6 unteren
Seite, eine poröse Oberfläche aufweisen, durch
deren Oberflächenstruktur Koaleszenzelemente gebildet werden.
Obwohl die 6A den Ausschnitt ”A” aus 6 in stark
vergrößertem Maßstab darstellt, könnte
die 6A auch nur eine Schicht an der Unterseite des Tellers 20F darstellen,
welche eine mit Koaleszenzelementen versehene Oberfläche
bildet. Der in 6A schematisch dargestellte
Bereich des Tellers 20F kann zum Beispiel aus einem hinreichend
formstabilen und dauerhaften Schaumstoffmaterial bestehen, sei es
ein Kunststoff-Schaummaterial oder ein aus dem Stand der Technik
bekanntes geschäumtes metallisches Material; es könnte
sich aber auch um ein poröses gesintertes keramisches Material
handeln. Wenn das Material entgegen der Darstellung in 6A nicht
geschlossenporig, sondern offenporig ist und die Hohlräume
der Poren miteinander verbunden sind, könnte der Teller 20F in
Richtung der Rotorachse 16 sogar gasdurchlässig
sein.
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Schließlich
zeigt die 7 zwei Teller 20G und 20H einer
weiteren Ausführungsform des Tellerseparators 14;
bei dem Teller 20G kann es sich um einen herkömmlichen
Teller ohne Koaleszenzelemente handeln, während der nur
sehr schematisch dargestellte Teller 20H beidseitig poröse
Oberflächen haben soll oder feinste Durchlassöffnungen
haben kann, um so nicht nur Koaleszenzelemente zu bilden, sondern
den Teller in Richtung der Rotorachse 16 gasdurchlässig
zu gestalten. In einem erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheider
könnten analog zur Darstellung in 7 herkömmliche
Teller und erfindungsgemäß gestaltete Teller abwechselnd
aufeinander folgen.
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Wenn
in einem erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheider
auf einer Seite eines Tellers Koaleszenzelemente bildende Vorsprünge
vorgesehen sind, ist deren Höhe natürlich um Größenordnungen kleiner
als der Abstand von im Tellerseparator 14 aufeinanderfolgenden
Tellern.
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Der
Tellerseparator eines erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheiders
kann nicht nur herkömmliche Teller und erfindungsgemäß gestaltete
und mit Koaleszenzelementen versehene Teller aufweisen, sondern
er könnte auch unterschiedlich ausgebildete, jedoch erfindungsgemäß gestaltete
Teller enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10163924
A1 [0004, 0005]
- - EP 1273335 B1 [0005]
- - US 6821319 A [0005]
- - EP 0320105 A [0018]