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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung, umfassend ein drehbar gelagertes Filterelement zur Abscheidung von Rückständen, insbesondere von Öl aus den Kurbelgehäusegasen einer Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Die
DE 199 14 166 A1 zeigt einen rotatorisch arbeitenden Ölabscheider zur Reinigung des im Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine enthaltenen Gases, der vom Motorölstrom angetrieben ist.
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Die
WO 03/061838 A1 zeigt einen Apparat zur gleichzeitigen Reinigung einer Flüssigkeit und eines Gases mit einem Zentrifugal-Rotor. Die
WO 03/037521 A1 zeigt ebenfalls einen Apparat zur gleichzeitigen Reinigung einer Flüssigkeit und eines Gases mit einem Zentrifugal-Rotor. Die
EP 0 987 053 A1 beschreibt ein Ventilationssystem für das Kurbelgehäuse eines Dieselmotors mit einem Koaleszenzfilter zum Trennen von Öl/Luft-Gemischen mit fliehkraftunterstützter Drainage. Der Koaleszenzfilter kann an einem rotierenden Bauteil montiert werden, um in eine Drehbewegung versetzt zu werden. Der Koaleszenzfilter weist ein Filtermedium auf, das eine Mehrzahl von Durchströmporen hat. Die Drehgeschwindigkeit des Koaleszenzfilters ist ausreichend, um die Durchströmporen einer Zentrifugalkraft mit einer Größe zu unterwerfen, die ausreichend ist, um die Durchströmporen in einem im Wesentlichen trockenen Zustand zu halten. Der Koaleszenzfilter kann an einem rotierenden Bauteil des Dieselmotors angebracht sein, so dass sich der Koaleszenzfilter während des Betriebs des Dieselmotors mit dem rotierenden Bauteil dreht, an dem er montiert ist.
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Aus der
GB 1 508 212 ist eine Vorrichtung zur Abscheidung einer Flüssigkeit aus einer Suspension der Flüssigkeit in einem Gas bekannt geworden, bei der eine drehbare Kammer vorgesehen ist, welcher die Suspension an einem Gas-Einlass zugeführt und über einem Gas-Auslass wieder abgeführt wird, wobei der Gas-Auslass radial weiter innen liegt als ein Auslass für die Flüssigkeit. In der Kammer ist ein Faserelement vorgesehen, das mit der Kammer rotiert und von der Suspension durchströmt wird, so dass diese einer zentrifugalen Kraft ausgesetzt wird. Durch die Zentrifugalkraft wird die Flüssigkeit in radialer Richtung nach außen beschleunigt und durch den Auslass für die Flüssigkeit abgeführt. Die drehbare Kammer kann am Schaft eines Getriebes eines Verbrennungsmotors angebracht sein und rotiert in diesem Fall mit dem Schaft.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten rotierenden Filterelemente für die Abscheidung von Schmieröl aus Kurbelgehäusegasen einer Brennkraftmaschine sind typischer Weise mechanisch an den Verbrennungsmotor gekoppelt, so dass es in der Regel nicht möglich ist, die Drehgeschwindigkeit des Filterelements unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Motors zu wählen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Filteranordnung zur Reinigung von Kurbelgehäusegasen einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei welcher der Antrieb des rotierenden Filterelements auf besonders einfache Weise realisiert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Filteranordnung der eingangs genannten Art, bei der das Filterelement mechanisch mit einem Rotor einer Zentrifuge für die Reinigung des Öls der Brennkraftmaschine gekoppelt und insbesondere an dem Rotor angebracht ist, wobei das Filterelement (6) als Faser-Filterelement ausgebildet und so in dem Gehäuse (3) angeordnet und so ausgebildet ist, dass das Filterelement (6) nur in radialer Richtung von außen nach innen, von dem Kurbelgehäusegas durchströmbar ist.
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Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, eine mechanische Kopplung des rotierenden Filterelements mit einer Vorrichtung zur Reinigung von (Schmier-)öl, die als Zentrifuge ausgebildet ist, vorzunehmen. Auf diese Weise kann ein gemeinsamer Antrieb für die Zentrifuge und das Filterelement mit Hilfe des Rotors realisiert werden, wobei die Drehgeschwindigkeit des Rotors insbesondere unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine gewählt werden kann. Der Antrieb des Rotors kann hierbei auf unterschiedliche Weise erfolgen, z. B. durch einen Elektromotor, einen pneumatischen oder einen hydraulischen Antrieb, etc. Im einfachsten Fall kann die mechanische Kopplung durch Befestigen des Filterelements an dem Rotor ausgeführt sein, es ist aber auch ggf. eine mechanische Kopplung mit dem Rotor über ein Getriebe möglich.
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Erfindungsgemäß umfasst die Filteranordnung ein Gehäuse mit einer Zuführleitung für zu reinigende Kurbelgehäusegase sowie mit einer Abführ- bzw. Saugleitung für gereinigte Kurbelgehäusegase. Die Reinigung der Kurbelgehäusegase erfolgt beim Durchtritt durch das Filterelement und ggf. an weiteren Stellen in dem Gehäuse. Um die Rohseite von der Reinseite des Filterelements zu trennen, können die Zuführleitung und die Abführleitung für das Kurbelgehäusegas an einer radial außen liegenden bzw. einer radial innen liegenden Seite des Filterelements angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß ist das Filterelement so in dem Gehäuse angeordnet und so ausgebildet, dass das Filterelement nur in radialer Richtung, insbesondere von Außen nach Innen, von dem Kurbelgehäusegas durchströmbar ist. Das Filterelement kann z. B. derart in dem Gehäuse angeordnet werden, dass die Stirnseiten des Filterelements nicht in Kontakt mit dem Kurbelgehäusegas kommen. Das Filterelement kann zusätzlich oder alternativ auch dichtende Endscheiben aufweisen, die einen Durchtritt des Kurbelgehäusegases an den Stirnseiten des Filterelements verhindern. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich ggf. auch ein Anströmen des Filterelements von einer Stirnseite erfolgen kann. Das Vorsehen der Reinseite im radial innen liegenden Bereich ist günstig, da durch die Zentrifugalkraft die in dem Filterelement abgeschiedenen Rückstände, insbesondere Öl, radial nach außen beschleunigt werden. Erfindungsgemäß ist das Filterelement als Faser-Filterelement ausgebildet. Filterelemente zur Ölabscheidung können insbesondere als Blockfilter ausgestaltet sein und z. B. aus einem Gewebe oder einem gewebeähnlichen Material hergestellt sein. Es versteht sich, dass das Filterelement auch auf andere Weise, z. B. als gefaltetes oder gewickeltes Filterelement ausgebildet sein kann, wobei als Filtermaterial ein Faser-Material, ein Filterpapier oder ein anderes Material verwendet werden kann.
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In einer Ausführungsform ist die Zentrifuge als Freistrahl-Zentrifuge ausgebildet, welche einen Ölzulauf zur Speisung des Rotors mit zu reinigendem Öl sowie einen Ölablauf für gereinigtes Öl aufweist. Hierbei kann der Antrieb der Zentrifuge und des Filterelements auf besonders einfache Weise über das der Zentrifuge zugeführte, zu reinigende Öl erfolgen, das den Rotor der Freistrahl-Zentrifuge antreibt, wie in der
DE 100 63 903 A1 der Anmelderin näher beschrieben ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
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Es versteht sich, dass das Filterelement unterschiedliche Geometrien aufweisen und insbesondere zylinderförmig ausgebildet werden kann. Neben einer zylinderförmigen Geometrie sind auch andere Geometrien möglich, z. B. die in der eingangs zitierten
EP 0 987 053 A1 dargestellten Geometrien. Bei der Wahl der Geometrie des Filterelements sollte darauf geachtet werden, dass dieses eine Symmetrie zur Mittelachse aufweist, um das Auftreten von Unwuchten bei der Rotation zu verhindern.
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In einer Weiterbildung ist die Zuführleitung so an das Gehäuse angeschlossen, dass das zugeführte Kurbelgehäusegas durch ein Volumen geführt wird, in dem sich ein durch Antriebsdüsen des Rotors erzeugter Ölnebel befindet. Auf diese Weise kommt das Kurbelgehäusegas mit dem gereinigten Schmieröl aus der Zentrifuge in Verbindung, wobei sich in dem Ölnebel in dem Kurbelgehäusegas vorhandene Rückstände abscheiden. Hierbei kann es sich ebenfalls um feine Öltröpfchen oder um fein verteilte Schmutzpartikel handeln, die an den Öltropfen des Ölnabels haften bleiben, was zu einer Vorreinigung der Kurbelgehäusegase führt.
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In einer weiteren Weiterbildung mündet die Zuführleitung am unteren Ende des Gehäuses und bildet bevorzugt mit dem Ölablauf zumindest teilweise einen gemeinsamen Verbindungskanal. In dem gemeinsamen Verbindungskanal kommt das Kurbelgehäusegas ebenfalls mit dem gereinigten Öl in Berührung, wodurch eine Vorabscheidung von in dem Kurbelgehäusegas vorhandenen Rückständen erfolgen kann. Es versteht sich, dass noch weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Durchströmungsstrecke des Kurbelgehäusegases durch den Ölnebel vorgesehen werden können, z. B. eine zusätzliche Wäscherdüse, die an der Zentrifuge vorgesehen ist und deren Auslass radial von der Drehachse des Rotors weg gerichtet sein kann, um einen zusätzlichen Wäscherstrahl für das Kurbelgehäusegas zu erzeugen.
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Bei einer Ausführungsform weist der Rotor zumindest am Außenumfang Leitschaufeln zur Beschleunigung des Kurbelgehäusegases in Umfangsrichtung des Rotors auf. Die Leitschaufeln dienen der Ablagerung von Rückständen in dem Kurbelgehäusegases, die durch die Zentrifugalkraft radial nach außen beschleunigt werden uns sich an der Gehäusewand abscheiden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Filterelement oberhalb der Zentrifuge angeordnet. Wird das Kurbelgehäusegas am unteren Ende des Gehäuses eingeleitet, kann durch die Zentrifuge oder auf andere Weise (siehe oben) eine Vorreinigung der Kurbelgehäusegase stattfinden, bevor diese dem rotierenden Filterelement zugeführt werden. Auf diese Weise kann das Filterelement vor zu groben Verunreinigungen geschützt werden, so dass eine besonders lange Standzeit des Filterelements gewährleistet werden kann. Es versteht sich, dass ggf. auch auf andere als die oben beschriebene Weise gewährleistet werden kann, dass das Filterelement der Zentrifuge bzw. dem weiteren Vorabscheider nachgeschaltet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Druckregelventil zur Einstellung des Drucks der Kurbelgehäusegase an der Filteranordnung vorgesehen und insbesondere in das Gehäuse integriert. Das Druckregelventil ist typischer Weise an der Reinseite des Filterelements angeordnet und dient der Druckregelung des angesaugten Kurbelgehäusegases.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:
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1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filteranordnung, die in ein Ventilationssystem einer Brennkraftmaschine integriert ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1 sowie eine Filteranordnung 2 zur Reinigung des Schmieröls der Brennkraftmaschine 1 sowie der Kurbelgehäusegase der Brennkraftmaschine 1 schematisch als Blockschaltbild dargestellt. Die Filteranordnung 2 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Rotor 4 drehbar gelagert ist, welcher in einem unteren axialen Bereich eine Freistrahlzentrifuge 5 bildet und auf den in einem oberen axialen Bereich ein Faser-Filterelement 6 aufgesteckt ist, welches den Rotor 4 umgibt.
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Die Zentrifuge 5 wird durch eine Antriebsdüse 7 in Rotation versetzt. Dabei wird die Zentrifuge 5 von einem Ölkreislauf 8 mit zu reinigendem Schmieröl versorgt. Der Ölkreislauf 8 ist schematisch auf eine Pumpe 9 und eine Schmierstelle 10 reduziert. Im Ölkreislauf 8 enthalten ist weiterhin eine Ölwanne 11 der Brennkraftmaschine 1. Die Zentrifuge 5 ist in Bezug auf den Ölkreislauf 8 im Nebenstrom angeordnet. Das gereinigte Schmieröl, welches durch die Antriebsdüse 7 aus der Zentrifuge 5 ausgetreten ist, wird aus dem Gehäuse 3 über einen Ölablauf 12 der Ölwanne 11 wieder zugeführt. Die Versorgung der Zentrifuge 5 mit ungereinigtem Schmieröl wird über einen Ölzulauf 13 zu dem Gehäuse 3 gewährleistet.
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Weiterhin ist an dem Gehäuse 3 eine Zuführleitung 14 vorgesehen, durch die Kurbelgehäusegase aus der Brennkraftmaschine 1 in das Gehäuse 3 eingeleitet werden können. Die Einleitungsstelle befindet sich in einem Bereich, der in dem Gehäuse 3 ein unteres Volumen 15 für den durch die Antriebsdüse 7 erzeugten Ölnebel bildet. Die Düse 7 benötigt diesen Entspannungsraum, um den Rotor 4 in Drehung zu versetzen. Die Zuführleitung 14 für das Kurbelgehäusegas und der Ölablauf 12 münden in einen gemeinsamen Verbindungskanal 16, der in beiden Richtungen durchströmt wird und einen entsprechend großen Querschnitt zur Verfügung stellen muss.
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Durch das untere Volumen 15 erreicht das Kurbelgehäusegas den Rotor 4, den es entlang der Wände des Gehäuses 3 passieren muss, um zu einer Saug- bzw. Abführleitung 17 in einem dem Volumen 15 gegenüberliegenden, oberen Teil des Gehäuses 3 zu gelangen.
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Das an der Außenseite der Zentrifuge 5 entlang strömende Kurbelgehäusegas wird durch Leitschaufeln 18 in eine den Rotor 4 umlaufende Bewegung versetzt. Dadurch werden im Kurbelgehäusegas befindliche Partikel und Öltröpfchen an der Wand des Gehäuses 3 abgeschieden. Das so gereinigte Kurbelgehäusegas strömt in ein oberhalb der Zentrifuge 5 befindliches oberes Volumen 19 des Gehäuses 3 und tritt dort durch das Filterelement 6 hindurch, das von dem Kurbelgehäusegas von Außen nach Innen durchströmt wird und das der Abscheidung von Öl und von weiteren ggf. noch in dem Kurbelgehäusegas vorhandenen Feststoffen dient. Aufgrund der Rotation des Filterelements 6 werden die Rückstände, insbesondere das in dem Kurbelgehäusegas vorhandene Öl, durch die Zentrifugalkraft in radialer Richtung nach außen beschleunigt und sammeln sich ebenfalls an der Wand des Gehäuses 3.
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Das Kurbelgehäusegas tritt an der Reinseite des zylindrischen Filterelements 6 in den Rotor 4 ein, der im oberen Teilbereich als rohrförmiger Hohlkörper z. B. in Form eines Siebes mit einer Mehrzahl von mantelseitigen Durchtrittsöffnungen ausgebildet ist, durch die das durch das auf den Rotor 4 aufgesetzte Filterelement 6 hindurch getretene Kurbelgehäusegas in das Innere des Rotors 4 eintreten kann.
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Das gereinigte Kurbelgehäusegas verlässt das Gehäuse 3 durch die Saugleitung 17 und passiert hierbei ein Druckregelventil 20. Sofern dieses geöffnet ist, wird das gereinigte Kurbelgehäusegas durch einen Ansaugtrakt 21 der Brennkraftmaschine 1 angesaugt und der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. An dieser Stelle ist das Kurbelgehäusegas weitgehend von Rückständen befreit, weswegen es ohne weiteres in der Brennkraftmaschine 1 verbrannt werden kann.
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Das Gehäuse
3 kann mit einem (nicht gezeigten) Gehäusesockel über eine Formdichtung an der Brennkraftmaschine
1 befestigt werden, um besonders kurze Wege für die Zuführung des Kurbelgehäusegases bzw. des Schmieröls auszubilden. Das Druckregelventil
20 kann integraler Bestandteil des Gehäuses
3 sein und insbesondere wie in der
DE 100 63 903 A1 der Anmelderin beschrieben ausgebildet sein.
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Der Rotor 3 in Kunststoffbauweise ist typischer Weise aus zwei oder mehr miteinander verschweißten Schalen hergestellt und über ein Kugellager 22 am oberen Ende und ein Gleitlager 23, welches zugleich einen Einlass 24 im Rotor 4 für das Schmieröl bildet, drehbar im Gehäuse 3 gelagert. Die Zufuhr an Schmieröl und somit die Drehgeschwindigkeit des Rotors 4 kann durch ein (nicht gezeigtes) Einlassventil beeinflusst werden.
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Der Schmierölkreislauf in dem Gehäuse 3 ist durch schmale Pfeile, der Fluss des Kurbelgehäusegases durch breite Pfeile angedeutet. Das Schmieröl gelangt über das Einlassventil und den Einlass 24 in ein Mittelrohr 25 des eine Zentrifuge 5 bildenden unteren Abschnitts des Rotors 4 und von dort über Öffnungen 26 in einen Abscheideraum 27 der Zentrifuge 5. Unter Abscheidung der Schmutzpartikel an den Außenwänden der Zentrifuge 5 verlässt der Ölstrom die Zentrifuge 5 durch die Antriebsdüse 7 sowie eine Wäscherdüse 28. Die Wäscherdüse 28 erzeugt einen Strahl, der radial vom Rotor 4 weggerichtet ist und durch den das Kurbelgehäusegas hindurch geleitet wird, was zu einer weiteren Auswaschung von Rückständen aus dem Kurbelgehäusegas führt. Aus dem unteren Volumen 15 verlässt das Schmieröl, welches sich am Boden des Gehäuses 3 sammelt, das Gehäuse 3 durch den Verbindungskanal 16.
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Dem zurücklaufenden Schmieröl entgegen strömt das Kurbelgehäusegas, das, nachdem es den Verbindungskanal 16 verlassen hat, direkt in das untere Volumen 15 eingeleitet wird. Dabei hindern keinerlei Barrieren oder Leitbleche das Kurbelgehäusegas an einer Vermischung mit dem Ölnebel. Hierdurch erfolgt eine effektive Auswaschung von Rückständen aus dem Kurbelgehäusegas. Es versteht sich aber, dass alternativ zur dem hier gezeigten, gemeinsamen Verbindungskanal 16 die Einleitung des Kurbelgehäusegases in das Gehäuse 3 und der Ablauf des Schmieröls aus dem Gehäuse 3 auch räumlich getrennt erfolgen können.
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Durch den Rotor 4, der sowohl als Freistrahl-Zentrifuge 5 als auch als Stützelement für das Filterelement 6 dient, wird Bauraum eingespart und ein besonders effektiver Antrieb für das Filterelement bereitgestellt. Durch die Kombination des Filterelements mit der Zentrifuge, die ebenso wie das Filterelement für die Reinigung der Kurbelgehäusegase eingesetzt wird, ist auch eine besonders effektive Reinigung der Kurbelgehäusegase mit einer hohen Abscheiderate möglich.
