DE102010005981A1

DE102010005981A1 - Kondensatabscheider

Info

Publication number: DE102010005981A1
Application number: DE102010005981A
Authority: DE
Inventors: Christoph 73092 Batsch
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: DE102010005981B4

Abstract

Es handelt sich um einen Kondensatabscheider zum Abscheiden von Kondensat aus strömender Druckluft. Der Kondensatabscheider arbeitet nach dem Zentrifugalprinzip und weist eine Dralleinrichtung (7) auf, die die hindurchströmende Druckluft in Rotation versetzt. Die Dralleinrichtung (7) verfügt über mehrere Leitschaufeln (25), die jeweils mittels einer Torsionsfeder (26) an einem Leitschaufelträger (23) verschwenkbar befestigt sind. Somit ist jede Leitschaufel (25) durch die auf sie einwirkenden Strömungskräfte in ihrer Neigung verstellbar, um eine selbsttätige Anpassung an den momentanen Volumenstrom der Druckluft zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensatabscheider zum Abscheiden von Kondensat ausströmender Druckluft, mit einem zwischen zwei Luftkammern angeordneten ringförmigen Luftdurchtrittsspalt, in dem eine die hindurchtretende Druckluft in Rotation versetzende Dralleinrichtung angeordnet ist, die eine Vielzahl von in der Spaltumfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgenden, zwischen sich jeweils einen Luftdurchtrittskanal definierenden Leitschaufeln enthält, die an einem den Luftdurchtrittsspalt seitlich begrenzenden Leitschaufelträgern angeordnet sind, und mit Mitteln zur volumenstromabhängigen Veränderung des von den Luftdurchtrittskanälen definierten Strömungsquerschnittes.
Kondensatabscheider dieser Art werden häufig in Druckluftnetzen zur sogenannten Aufbereitung der von der Druckluftquelle zu einem oder mehreren Verbrauchern strömenden Druckluft eingesetzt. Der Kondensatabscheider kann allein oder in Kombination mit weiteren Luftaufbereitungsmodulen wie beispielsweise Filtermodule und/oder Druckregelmodule eingesetzt werden. Oftmals sind Kondensatabscheider, wie beispielsweise durch die EP 1 586 363 B1 dokumentiert wird, mit anderen Luftaufbereitungsfunktionen zu einem kombinierten Luftaufbereitungsgerät zusammengefasst, beispielsweise zu einem Kondensatfilter.
Ein Kondensatabscheider der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS-1 042 359 bekannt und arbeitet nach dem Zentrifugalprinzip. Er weist einen zwischen zwei Luftkammern angeordneten ringförmigen Luftdurchtrittsspalt auf, in dem eine Dralleinrichtung angeordnet ist, die sich aus einer Mehrzahl nach Art eines Kranzes verteilter Leitschaufeln zusammensetzt, die der durch den Luftdurchtrittsspalt hindurchtretenden Druckluft einen Drall versetzen, so dass die Druckluft zu einer Rotationsbewegung veranlasst wird und in ihr enthaltene Flüssigkeitspartikel fliehkraftbedingt abgeschieden werden. Damit die Druckluft unabhängig vom Volumenstrom eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist, ist der bekannte Kondensatabscheider mit Mitteln zur volumenstromabhängigen Veränderung des Strömungsquerschnittes der zwischen jeweils benachbarten Leitschaufeln definierten Luftdurchtrittskanäle ausgestattet. Diese Mittel bestehen darin, dass der die Leitschaufeln tragende Leitschaufelträger axial verschiebbar gelagert und durch Federmittel in eine Grundstellung vorgespannt ist, aus der heraus er verschiebbar ist, wenn die an ihm aufgrund einer Vergrößerung des Volumenstromes angreifenden Strömungskräfte größer werden.
Diese Maßnahmen erfordern allerdings einen relativ großen konstruktiven Aufwand und sind auch stark reibungsbehaftet, so dass das Ansprechverhalten beeinträchtigt sein dürfte.
Verglichen damit hat der aus der schon erwähnten EP 1 586 363 B1 bekannte Kondensatabscheider einen zwar relativ einfachen Aufbau, verfügt jedoch über keinerlei Maßnahmen zur Anpassung der Dralleinrichtung an variierende Strömungsraten der Druckluft.
Aus der DE 10 2006 023 255 A1 ist ein Flüssigkeitsabscheider bekannt, bei dem mehrere in sich elastisch nachgiebige Prallplatten derart im Strömungsweg eines Gases angeordnet sind, dass sie in Abhängigkeit von den auftretenden Strömungskräften elastisch verbiegbar sind, um den freien Strömungsquerschnitt zu erhöhen.
Ein aus der WO 02/09883 A1 bekannter Zyklonabscheider verfügt über eine Drallscheibe mit einer einzigen federelastischen Zunge, die abhängig von den auftretenden Strömungskräften mehr oder weniger weit ausgebogen wird, um einen variablen Strömungsquerschnitt freizugeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensatabscheider zu schaffen, dessen Dralleinrichtung kostengünstig realisierbar ist und über ein gutes Ansprechverhalten bei der Anpassung an unterschiedliche Volumenströme der Druckluft verfügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass jede Leitschaufel mittels einer Torsionsfeder um eine bezüglich dem Luftdurchtrittsspalt radiale Schwenkachse verschwenkbar an dem Leitschaufelträger fixiert ist, derart, dass jede Leitschaufel durch die auf sie einwirkenden Strömungskräfte in ihrer bezüglich der axialen Richtung des Luftdurchtrittsspaltes eingenommenen Neigung individuell verstellbar ist.
Auf diese Weise ist jede Leitschaufel relativ zum Leitschaufelträger verschwenkbar ausgebildet, so dass je nach Schwenkstellung der zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Leitschaufeln definierte Luftdurchtrittsspalt über einen unterschiedlichen Strömungsquerschnitt verfügt. Das Verschwenken der Leitschaufeln geschieht ohne Fremdenergie allein durch die Strömungskraft der Druckluft, die vom aktuell vorherrschenden Volumenstrom abhängt. Je stärker der Volumenstrom ist, desto mehr werden die Leitschaufeln verschwenkt, um einen größeren Strömungsquerschnitt freizugeben. Somit kann erreicht werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit der die Dralleinrichtung verlassenden Druckluft unabhängig vom Volumenstrom relativ konstant ist und zumindest eine ausreichende Höhe aufweist, um den angestrebten Zentrifugaleffekt für das Abscheiden des Kondensates aufrecht zu halten. Durch die individuelle federnde Aufhängung der Leitschaufeln ergibt sich ein sehr gutes Ansprechverhalten für die Verstellbewegungen der Leitschaufeln, die somit annähernd verzögerungsfrei durch Veränderungen ihrer Neigung auf sich verändernde Strömungsverhältnisse reagieren können. Über die Stärke der Torsionsfedern lässt sich darüber hinaus das Ansprechverhalten anwendungsspezifisch voreinstellen, unter Berücksichtigung der zu erwartenden Bandbreite der die Dralleinrichtung beaufschlagenden Strömungsrate. Die Federelastizität kann beispielsweise über das gewählte Material und die Dimensionierung der Torsionsfedern gesteuert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zweckmäßigerweise sind die Leitschaufeln lediglich einseitig, und zwar an einer ihrer beiden radial orientierten Längsseiten, an dem Leitschaufelträger federelastisch aufgehängt. Auf diese Weise verfügt jede Leitschaufel über eine optimale Beweglichkeit. Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung, bei der die Leitschaufeln jeweils im Bereich ihrer bezüglich dem Luftdurchtrittsspalt nach radial innen orientierten Längsseite an einem den Luftdurchtrittsspalt radial innen begrenzenden Leitschaufelträger über eine Torsionsfeder elastisch reversibel verschwenkbar fixiert sind.
Zweckmäßigerweise sind die Leitschaufeln, die Torsionsfedern und der Leitschaufelträger als Bestandteile eines einstückigen Drallkörpers ausgebildet. Die Herstellung kann auf diese Weise in einem einzigen Formgebungsvorgang erfolgen, insbesondere durch Spritzgießen bei Herstellung aus einem Kunststoffmaterial.
Ein vorteilhafter Drallkörper verfügt über einen Leitschaufelträger, der den Luftdurchtrittsspalt an seiner radialen Innenseite begrenzt und von dessen Umfangsfläche nach radial außen ragende Torsionsfedern wegragen, die jeweils an ihrem freien, vom Leitschaufelträger wegweisenden Endbereich eine Leitschaufel tragen.
Bevorzugt sind die Torsionsfedern nach Art von Drehstabfedern ausgebildet, die sich sehr einfach realisieren lassen. Es handelt sich bei ihnen beispielsweise um stabförmige Elemente, insbesondere aus Kunststoffmaterial, die einerseits am Leitschaufelträger und andererseits an jeweils einer Leitschaufel drehfest fixiert sind, so dass sie bezüglich ihrer Längsachse tordiert werden, wenn die Leitschaufel verschwenkt wird. Die sich beim Tordieren aufbauende Gegenkraft sorgt für die anschließende Rückstellung jeder Leitschaufel in Richtung der neutralen Ausgangslage, wenn sich zuvor erhöhte Strömungskräfte wieder verringern.
Die Leitschaufeln sind zweckmäßigerweise in einem geringen radialen Abstand zu dem sie tragenden Leitschaufelträger angeordnet, wobei dieser radiale Abstand von der jeweils zugeordneten Torsionsfeder überbrückt wird. Der minimale radiale Abstand verhindert einen direkten Kontakt zwischen Leitschaufel und Leitschaufelträger, so dass keine die Schwenkbewegung der Leitschaufel beeinträchtigende Reibung auftreten kann.
Prinzipiell könnte der Torsionsstab derart an der Leitschaufel angreifen, dass die Leitschaufel nach Art eines nur einarmigen Hebels mit der Torsionsfeder zusammenwirkt. Abweichend hiervon wird derzeit allerdings eine Bauform bevorzugt, bei der der Angriffspunkt der Torsionsfeder derart mit Abstand zu beiden Stirnseiten der Leitschaufel angeordnet ist, dass die sich ergebende Schwenkachse die Leitschaufel in zwei nach entgegengesetzten Richtungen ragende Schaufelarme unterteilt, die jeweils den Strömungskräften der anströmenden Druckluft ausgesetzt sind. Um den gewünschten Effekt der selbsttätigen Neigungsvariation zu erhalten, erfolgt eine Platzierung der Schwenkachse allerdings derart, dass die der zuströmenden Luft zugewandten Flächen der beiden Schaufelarme unterschiedlich groß sind. Dadurch wirkt das von der anströmenden Luft hervorgerufene Drehmoment stets in der gleichen Schwenkrichtung.
Es wäre eine Ausgestaltung denkbar, bei der die insbesondere als federelastischer Drehstab ausgebildete Torsionsfeder sich unmittelbar zwischen dem Leitschaufelträger und dem zugewandten längsseitigen Seitenrand der betreffenden Leitschaufel erstreckt. Hier besteht allerdings das Problem, dass eine für eine ausreichende Federelastizität sorgende Länge der Torsionsfeder in der Regel nur gewährleistet werden kann, wenn auch der Zwischenraum zwischen dem Leitschaufelträger und der Leitschaufel entsprechend groß ist. Da jedoch angestrebt ist, diesen Zwischenraum möglichst klein zu halten, wird es als vorteilhaft angesehen, die Leitschaufel an ihrer dem Leitschaufelträger zugewandten Längsseite mit einer in Achsrichtung der Schwenkachse orientierten Aussparung zu versehen, in die die zugeordnete Torsionsfeder eintaucht und an deren der Öffnung der Aussparung zugewandter Grundfläche die Torsionsfeder stirnseitig fixiert sein kann. Auf diese Weise ergibt sich in der radialen Richtung des Luftdurchtrittsspaltes eine Überlappung von Torsionsfeder und Leitschaufel, was es möglich macht, die Torsionsfeder mit einer ausreichend großen Länge zu versehen und dennoch den Zwischenraum zwischen dem Längsrand der Leitschaufel und dem Leitschaufelträger minimal zu halten.
Obgleich es prinzipiell denkbar wäre, die Leitschaufeln in sich federelastisch biegbar auszubilden, wird derzeit eine Bauform vorgezogen, bei der die Leitschaufeln in sich starr ausgebildet sind. Letzteres bewirkt, dass eine Veränderung der Strömungsquerschnitte der Luftdurchtrittskanäle zumindest im Wesentlichen ausschließlich durch ein Verschwenken der Leitschaufeln als Ganzes hervorgerufen wird und die Rückstellkraft zumindest im Wesentlichen ausschließlich von der Torsionsfeder geliefert wird. Die starre Ausgestaltung der Leitschaufeln hat auch den Vorteil, dass die sich einstellenden Strömungsverhältnisse besser vorhersehbar sind.
Ein zweckmäßig ausgestaltetet Kondensatabscheider verfügt über ein die beiden Luftkammern und den dazwischen angeordneten Luftdurchtrittsspalt definierendes Gehäuse. Ein Gehäusekopf des Gehäuses ist mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass versehen, die jeweils mit einer der beiden Luftkammern in Fluidverbindung stehen. Die mit dem Luftauslass in Verbindung stehende Luftkammer ist zweckmäßigerweise Bestandteil einer lösbar an den Gehäusekopf angesetzten becherförmigen Auffangschale, die das abgeschiedene Kondensat auffängt.
In das Gehäuse des Kondensatabscheiders ist zweckmäßigerweise ein als Baueinheit ausgebildeter Drallkörper eingesetzt, der insbesondere einstückig ausgebildet ist und in dem der Leitschaufelträger, die Torsionsfedern und die Leitschaufeln integriert sind. Dieser Drallkörper ist zweckmäßigerweise ein lösbar in das Gehäuse eingesetztes Bauteil. Der Leitschaufelträger definiert zweckmäßigerweise die radial innenliegende Begrenzungswand für den Luftdurchtrittsspalt, während das Gehäuse die radial außenliegende Begrenzungswand des Luftdurchtrittsspaltes definiert.
Vorzugsweise ist der Leitschaufelträger hülsenförmig ausgebildet und ist von einer Durchgangsöffnung durchsetzt, die die fluidische Verbindung zwischen dem Luftauslass und der diesem zugeordneten Luftkammer herstellt.
Der erfindungsgemäße Kondensatabscheider kann sich flexibel verschiedenen Strömungsverhältnissen anpassen und gewährleistet eine auf dem Zentrifugalprinzip basierende wirksame Abscheidung von Kondensat in einer großen Bandbreite der Strömungsrate der zu entfeuchtenden Druckluft. Die Leitschaufeln passen sich in ihrer Neigung allein durch die auf sie einwirkenden Strömungskräfte dem jeweiligen Volumenstrom an und variieren dadurch den Strömungsquerschnitt des zwischen jeweils zwei in der Umfangsrichtung des Luftdurchtrittsspaltes aufeinanderfolgend angeordneten Leitschaufeln definierten Luftdurchtrittskanals.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensatabscheiders mit einem in einem Gehäuse untergebrachten Drallkörper,
2 den Drallkörper des in 1 gezeigten Kondensatabscheiders in einer perspektivischen Einzeldarstellung,
3 den in 2 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt III im Bereich mehrerer Leitschaufeln in einer vergrößerten Darstellung,
4 eine axiale Draufsicht auf den Drallkörper aus 2 mit Blickrichtung gemäß Pfeil IV,
5 den in 4 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt V im Bereich einer Leitschaufel in einer vergrößerten Abbildung,
6 einen Ausschnitt einer Seitenansicht des Leitschaufelkranzes in einer mit der Achsrichtung der Schwenkachse zusammenfallenden Blickrichtung gemäß Pfeil VI aus 5, wobei die Leitschaufeln in einer unausgelenkten Grundstellung gezeigt sind, wie sie sich bei einem geringen Volumenstrom der Druckluft ergeben kann,
7 die Anordnung aus 6 bei einer bezüglich der Grundstellung ausgelenkten Stellung der Leitschaufeln bei Auftreten eines verstärken Volumenstroms, und
8 einen der 5 entsprechenden Ausschnitt einer modifizierten Bauform des Drallkörpers.
Die 1 zeigt einen zur Aufbereitung von Druckluft eingesetzten Kondensatabscheider 1, der über ein Gehäuse 2 verfügt, an dem in von außen her zugänglicher Weise ein Lufteinlass 3 und ein Luftauslass 4 ausgebildet sind. Im Betrieb des Kondensatabscheiders 1 strömt über den Lufteinlass 3 mit Kondensat angereicherte Druckluft in das Gehäuse 2 ein, die nach Befreiung von dem Kondensat gemäß Pfeil 6 durch den Luftauslass 4 hindurch wieder aus dem Gehäuse 2 austritt.
Beim Hindurchströmen durch das Gehäuse 2 wird das in der Druckluft enthaltene Kondensat mittels einer im Strömungsweg der Druckluft platzierten Dralleinrichtung 7 abgeschieden.
Mit seinem Lufteinlass 3 und Luftauslass 4 kann das Gehäuse 2 in den Verlauf einer Druckluftleitung eingeschaltet werden, die beispielsweise dazu dient, von einem Drucklufterzeuger bereitgestellte Druckluft einem oder mehreren an den Luftauslass 4 angeschlossenen Verbrauchern zur Verfügung zu stellen.
Der Kondensatabscheider 1 kann ein Druckluftaufbereitungsmodul sein, das mit weiteren Druckluftaufbereitungsmodulen zu einer Aufbereitungseinheit zusammengefasst werden kann. Mehrere Druckluftaufbereitungsmodule sind hierbei in Reihe geschaltet. Bauarten weiterer Druckluftaufbereitungsmodule sind beispielsweise Druckluftöler, Druckluftfilter, Druckregelventile usw.. Häufig werden Druckluftaufbereitungsmodule auch als Wartungsmodule oder Wartungsgeräte bezeichnet.
Das Gehäuse 2 hat beispielhaft einen Gehäusekopf 8, in dem zweckmäßigerweise sowohl der Lufteinlass 3 als auch der Luftauslass 4 ausgebildet sind. Vorzugsweise befinden sich Lufteinlass 3 und Luftauslass 4 an einander entgegengesetzt orientierten Außenflächen des beispielsweise würfelförmigen Gehäusekopfes 8.
Das Gehäuse 2 besitzt eine zweckmäßigerweise mit seiner Längsachse zusammenfallend Hauptachse 12 und in seinem Innern eine dem Gehäusekopf 8 zugeordnete erste Luftkammer 13 sowie eine in Achsrichtung der Hauptachse 12 darauffolgende zweite Luftkammer 14. Zwischen den beiden Luftkammern 13, 14 befindet sich ein zu der Hauptachse 12 koaxialer, ringförmiger Luftdurchtrittsspalt 15, der eine ständige Fluidverbindung zwischen den beiden Luftkammern 13, 14 herstellt. Der Lufteinlass 3 steht mit der ersten Luftkammer 13 in ständiger Fluidverbindung. Ebenso besteht eine ständige Fluidverbindung zwischen dem Luftauslass 4 und der zweiten Luftkammer 14.
Im Betrieb des Kondensatabscheiders 1 gelangt die über den Lufteinlass 3 eingetretene Druckluft zunächst in die erste Luftkammer 13, dann durch den Luftdurchtrittsspalt 15 hindurch in die zweite Luftkammer 14 und von dort gemäß Pfeil 9 zu dem Luftauslass 4.
Aus der Druckluft abgeschiedenes Kondensat sammelt sich im unteren Bereich der zweiten Luftkammer 14 an. Die zweite Luftkammer 14 ist zweckmäßigerweise in einer mit ihrer offenen Seite voraus lösbar an den Gehäusekopf 8 angesetzten becherförmigen Auffangschale 16 ausgebildet.
In die zweite Luftkammer 14 kann ein Abschirmelement 17 eingesetzt sein, das den unteren Abschnitt der zweiten Luftkammer 4, in dem sich das abgeschiedene Kondensat ansammelt, von einem darüber liegenden oberen Abschnitt abschirmt, der sich direkt an den Luftdurchtrittsspalt 15 anschließt. Das Abschirmelement 17 kann beispielsweise nach Art einer Blende ausgebildet sein und dient dazu, den unteren Abschnitt der zweiten Luftkammer 14 von Luftwirbeln abzuschirmen, gleichwohl jedoch einen Übertritt von Kondensat aus dem oberen Abschnitt in den unteren Abschnitt der zweiten Luftkammer 14 zu ermöglichen.
Der Luftdurchtrittsspalt 15 ist radial außen von einer zur Hauptachse 12 konzentrischen äußeren Begrenzungswand 18 begrenzt, die ortsfest bezüglich des Gehäuses 2 angeordnet und insbesondere ein unmittelbarer Bestandteil des Gehäuses 2 ist. Beim Ausführungsbeispiel ist sie von der Seitenwand der Auffangschale 16 gebildet.
Radial innen ist der Luftdurchtrittsspalt 15 von einer zur Hauptachse 12 ebenfalls konzentrischen inneren Begrenzungswand 19 begrenzt, die von einem im Innern des Gehäuses 2 angeordneten Leitschaufelträger 23 gebildet ist.
Der Leitschaufelträger 23 ist zweckmäßigerweise Bestandteil einer im Folgenden als Drallkörper 24 bezeichneten Baueinheit, zu der unter anderem auch die oben schon erwähnte Dralleinrichtung 7 gehört. Die Dralleinrichtung 7 verfügt über eine Vielzahl nach Art eines Kranzes um den Leitschaufelträger 23 herum aufeinanderfolgend angeordnete Leitschaufeln 25, die in dem Luftdurchtrittsspalt 15 platziert sind. Jede Leitschaufel 25 ist individuell mittels je einer Torsionsfeder 26, die auch zu dem Drallkörper 24 gehört, federelastisch verschwenkbar an dem Leitschaufelträger 23 befestigt.
Besonders vorteilhaft ist eine einstückige Ausgestaltung des Drallkörpers 24, bei dem letztlich alle Leitschaufeln 25 über die zugeordnete Torsionsfeder 26 einstückig mit dem Leitschaufelträger 23 verbunden sind. Ein solcher einstückiger Drallkörper 24 kann kostengünstig insbesondere durch ein Spritzgießverfahren aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden.
Abgesehen von der jeweils individuell zugeordneten Torsionsfeder 26 sind die einzelnen Leitschaufeln 25 vorzugsweise nirgends befestigt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass keine Verbindung zwischen den Leitschaufeln 25 und der sich um sie herum erstreckenden äußeren Begrenzungswand 18 des Durchtrittsspaltes 15 vorliegt.
Der Drallkörper 24 kann bei abgenommener Auffangschale 16 von unten her an der dann zugänglichen Unterseite des Gehäusekopfes 8 in bevorzugt lösbarer Weise fixiert werden. Bei montierter Auffangschale 16 ragt er zweckmäßigerweise axial ein Stück weit in die Auffangschale 16 hinein, so dass der durch ihn mit definierte Luftdurchtrittsspalt 15 sowie die Dralleinrichtung 7 bevorzugt innerhalb der Auffangschale 6 liegen.
Vorzugsweise ist der Leitschaufelträger 23 hülsenförmig ausgebildet und zweckmäßigerweise koaxial zu der Hauptachse 12 ausgerichtet. Die von dem hülsenförmigen Leitschaufelträger 23 umgrenzte zentrale, axiale Durchgangsöffnung 27 bildet dabei einen Verbindungskanal zwischen der zweiten Luftkammer 14 und dem Luftauslass 4.
Die in dem Luftdurchtrittsspalt 15 angeordnete Dralleinrichtung 7 wird von der über den Lufteinlass 3 zuströmenden Druckluft im Wesentlichen axial, also parallel zu der Hauptachse 12, angeströmt. In der Zeichnung ist dies durch Strömungspfeile 28 illustriert. Beim Hindurchtreten durch den Luftdurchtrittsspalt 15 wird die Strömung durch Interaktion mit der Dralleinrichtung 7 umgelenkt, so dass sie gemäß Strömungspfeilen 32 eine Richtungskomponente quer zu der Hauptachse 12 erhält und in Rotation um die Hauptachse 12 herum versetzt wird. Die hierbei auf das in der Druckluft enthaltene Kondensat wirkenden Fliehkräfte befördern das Kondensat nach radial außen, so dass es sich an der seitlichen Begrenzungswand der zweiten Luftkammer 14 niederschlägt und daran nach unten bis in den Bereich des unteren Abschnittes der zweiten Luftkammer 14 abfließen kann. Für die Richtungsänderung der Luftströmung maßgeblich verantwortlich sind die Leitschaufeln 25, die bezüglich der Hauptachse 12 schräg angestellt sind. In der durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umfangsrichtung 33 des Luftdurchtrittsspaltes 15 unmittelbar benachbarte Leitschaufeln 25 definieren dabei zwischen sich jeweils einen Luftdurchtrittskanal 34 mit entsprechend geneigter Ausrichtung, durch den die Druckluft gemäß Strömungspfeilen 32 hindurchströmt.
Der von den einzelnen Luftdurchtrittskanälen 34 definierte Strömungsquerschnitt beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft. Bei gleichem Volumenstrom der gemäß Strömungspfeilen 28 zuströmenden Druckluft ist die Austrittsgeschwindigkeit der gemäß Strömungspfeilen 32 aus der Dralleinrichtung 7 austretenden Druckluft umso geringer, je größer der durch die Luftdurchtrittskanäle 34 zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt ist.
Der erfindungsgemäße Kondensatabscheider 1 ist nun mit Mitteln ausgestattet, die eine volumenstromabhängige Veränderung des von den Luftdurchtrittskanälen 34 definierten Strömungsquerschnittes bewirken. Damit ist sichergestellt, dass in einem weiten Bereich unabhängig vom Volumenstrom der Druckluft eine ausreichend hohe Luftaustrittsgeschwindigkeit nach der Dralleinrichtung 7 vorliegt, um den gewünschten Zentrifugalabscheideeffekt zu gewährleisten. Die besagten Mittel gewährleisten, dass bei einem hohen Volumenstrom ein größerer Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt wird als bei einem kleinen Volumenstrom. Die Anpassung des Strömungsquerschnittes erfolgt dabei stufenlos und ohne externe Antriebsmittel allein durch die auf die Leitschaufeln 25 auftreffende Druckluft selbst.
Die vorgenannten Mittel zur volumenstromabhängigen Veränderung des Strömungsquerschnittes der Luftdurchtrittskanäle 34 umfassen zweckmäßigerweise pro Leitschaufel 25 eine der oben schon erwähnten Torsionsfedern 26. Jede Leitschaufel 25 ist mittels einer solche Torsionsfeder 26 um eine bezüglich dem Luftdurchtrittsspalt 15 radiale Schwenkachse 35 verschwenkbar an dem Leitschaufelträger 23 fixiert. Bei sich veränderndem Volumenstrom und sich dementsprechend verändernden Strömungskräften kann mithin jede Leitschaufel 25 unabhängig von jeder anderen Leitschaufel 25 gemäß Doppelpfeil 36 um die zugeordnete Schwenkachse 35 relativ zum Leitschaufelträger 23 verschwenken.
Bei der Schwenkbewegung bleibt die Struktur jeder einzelnen Leitschaufel 25 als solches zweckmäßigerweise unverändert. Die Leitschaufeln 25 sind bevorzugt in sich starre Körper, die durch die auftreffenden Strömungskräfte nicht verformbar sind. Die das Verschwenken gewährleistende Federelastizität liefern ausschließlich die sich zwischen einer jeweiligen Leitschaufel 25 und dem Leitschaufelträger 23 erstreckenden Torsionsfedern 26, die beim Verschwenken der Leitschaufeln 25 um ihre Längsachse tordiert werden und dabei ein rückstellend wirkendes Drehmoment aufbauen.
Die Torsionsfedern 26 sind zweckmäßigerweise jeweils stabförmig ausgebildet und arbeiten nach Art von sogenannten Drehstabfedern. Die Federelastizität kann hierbei über die gewählte Stablänge, Querschnittsform- und/oder größe und auch die Materialwahl beeinflusst und vorgegeben werden.
Ohne eine Luftströmung nehmen die Leitschaufeln 25 die in 6 illustrierte unausgelenkte Grundstellung ein. Die Torsionsfedern 26 befinden sich dabei in ihrem spannungslosen Neutralzustand. Jede Leitschaufel 25 ist bezüglich einer zur Hauptachse 12 radialen Ebene um ein gewisses Maß geneigt, so dass sie mit der Hauptachse 12 einen Neigungswinkel 37 von kleiner 90° einschließt.
Diese unausgelenkte Grundstellung bleibt auch bei strömender Druckluft so lange erhalten, wie der Volumenstrom noch zu gering ist, um die Leitschaufeln 25 zu verschwenken. Der durch einen Doppelpfeil angedeutete Strömungsquerschnitt 38 der Luftdurchtrittskanälen 34 beträgt dabei eine Minimum.
Die 7 zeigt einen Betriebszustand, bei dem verglichen mit 6 ein stark erhöhter Volumenstrom vorliegt. Hier sind die Leitschaufeln 25 durch die auf sie einwirkenden Strömungskräfte bezüglich der Hauptachse 12 steiler angestellt, so dass der Neigungswinkel 37 geringer ist. Gleichzeitig hat sich hierbei der geringste Abstand zwischen den jeweils benachbarten Leitschaufeln 25 vergrößert, so dass die Luftdurchtrittskanäle 34 nun einen größeren Strömungsquerschnitt 38 zur Verfügung stellen.
Es wäre prinzipiell denkbar, die einzelnen Leitschaufeln 25 sowohl an der inneren Begrenzungswand 19 als auch an der äußeren Begrenzungswand 18 aufzuhängen. Insbesondere auch zur Gewährleistung einer einfachen Herstellung und Montage ist es jedoch zweckmäßiger, die Leitschaufeln 25 nur einseitig aufzuhängen und hierbei insbesondere ausschließlich an der inneren Begrenzungswand 19. Zwischen den Leitschaufeln 25 und der in 4 nur strichpunktiert angedeuteten äußeren Begrenzungswand 18 liegt dann zweckmäßigerweise ein kleiner Zwischenraum 42 vor, der ein reibungsfreies Verschwenken der Leitschaufeln 25 ermöglicht.
Nach Maßgabe dieser Konzeption sind beim Ausführungsbeispiel alle Leitschaufeln 25 mithin im Bereich ihrer der inneren Begrenzungswand 19 zugewandten inneren Längsseite 43 federelastisch aufgehängt. Von dem Leitschaufelträger 23 ragen die einzelnen Torsionsfedern 26 nach radial außen weg und tragen jeweils eine Leitschaufel 25.
Damit die Leitschaufeln 25 in ihrer Schwenkbeweglichkeit möglichst wenig beeinträchtigt werden, sind sie zweckmäßigerweise auch zu der inneren Begrenzungswand 19 hin radial beabstandet. Auf diese Weise liegt radial zwischen jeder Leitschaufel 25 und der inneren Begrenzungswand 19 ein spaltförmiger Zwischenraum 44 vor, der lediglich von der pro Leitschaufel 25 zweckmäßigerweise einzigen Torsionsfeder 26 überbrückt wird.
Die 8 zeigt eine mögliche Ausführungsform, bei der die Leitschaufeln 25 an ihrer dem Leitschaufelträger 23 zugewandten Längsseite 43 über einen stetigen Randverlauf verfügen und die Torsionsfeder 26 direkt außen an dem der inneren Begrenzungswand 19 zugewandten inneren Seitenrand 45 der Leitschaufel 25 befestigt ist. Hier hat dementsprechend die Torsionsfeder 26 eine der Breite des Zwischenraumes 42 entsprechende Länge. Da die Torsionsfeder 26 folglich relativ kurz ausfällt und in der Regel über eine hohe Federsteifigkeit verfügt, empfiehlt sich diese Bauform vor allem für Kondensatabscheider 1, die sehr hohe Strömungsraten an Druckluft zu bewältigen haben.
Die anderen Figuren zeigen eine als vorteilhafter eingeschätzte Bauform, da dort trotz schmalem Zwischenraum 44 eine relativ große Länge für die Torsionsfeder 26 realisierbar ist. Erreicht wird dies dadurch, dass – wie insbesondere die 5 zeigt – der dem Leitschaufelträger 23 zugewandte innere Seitenrand 45 der Leitschaufeln 25 von einer sich in Achsrichtung der Schwenkachse 35 erstreckenden Aussparung 46 unterbrochen ist, in die die Torsionsfeder 26 hineinragt. Mit ihrem bezüglich des Leitschaufelträgers 23 axial entgegengesetzt orientierten äußeren Endabschnitt 47 ist die Torsionsfeder 26 zweckmäßigerweise an der die Aussparung 46 innen begrenzenden Grundfläche 48 befestigt. Somit ergibt sich in der Achsrichtung der Schwenkachse 35 eine Überlappung der Torsionsfeder 26 und der zugeordneten Leitschaufel 25.
Die Aussparung 46 ist zweckmäßigerweise etwas breiter als der Durchmesser der Torsionsfeder 26, so dass ein zumindest geringfügiger Abstand zwischen den Seitenwänden der Aussparung 46 und der Umfangsfläche der Torsionsfeder 26 vorliegt.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Torsionsfeder 26 mit ihrer einen Stirnfläche am Leitschaufelträger 23 und mit ihrer entgegengesetzten anderen Stirnfläche an der zugeordneten Leitschaufel 25 befestigt. Zwischen diesen beiden Stirnflächen ist die Torsionsfeder 26 ringsum zweckmäßigerweise völlig freiliegend.
Aufgrund entsprechender Auslegung ist die Torsionsfeder 26 insbesondere so konzipiert, dass sie durch die an den Leitschaufeln 25 angreifenden Strömungskräfte keine relevante Biegung quer zu ihrer Längsachse erfährt. Dadurch wird verhindert, dass die Leitschaufeln 25 um eine zur Schwenkachse 35 quer verlaufende Achse möglicherweise abkippen.
Zweckmäßigerweise greift die Torsionsfeder 26 derart an der zugeordneten Leitschaufel 25 an, dass die Schwenkachse 35 einen derartigen Abstand zu beiden einander entgegengesetzten, in der Umfangsrichtung 33 orientierten Stirnflächen 49, 50 der Leitschaufel 25 aufweist, dass die Leitschaufel 25 durch die Schwenkache 35 in einen vorderen und einen hinteren Schaufelarm 51, 52 unterteilt wird. Jeder dieser beiden Schaufelarme 51, 52 definiert an der der ersten Luftkammer 13 zugewandten Seite eine Aufprallfläche für die gemäß Strömungspfeil 28 ankommende Druckluft, so dass diese Druckluft an der Leitschaufel 25 jeweils zwei einander entgegengesetzt orientierte Drehmomente hervorruft. Indem jedoch der Abstand der Schwenkachse 35 von den beiden Stirnflächen 49, 50 unterschiedlich groß gewählt ist, überwiegt das in der einen Richtung wirksame Drehmoment, womit die angestrebte volumenstromabhängige Winkelverstellung unter allen Umständen gewährleistet ist.
In der unausgerichteten Grundstellung sind die Leitschaufeln 25 so ausgerichtet, dass die Stirnfläche 49 des längeren, vorderen Schaufelarmes 51 der zweiten Luftkammer 14 und die Stirnfläche 50 des kürzeren, hinteren Schaufelarmes 52 der ersten Luftkammer 13 zugewandt ist.
Prinzipiell wäre es allerdings auch denkbar, die Leitschaufeln 25 nach Art lediglich einarmiger Hebel über die Torsionsfedern 26 aufzuhängen. In diesem Fall würde jede Leitschaufel 25 nur einen einzigen drehmomentwirksamen Schaufelarm aufweisen.
Die Leitschaufeln 25 sind zweckmäßigerweise in ihren Abmessungen und in ihrer Verteilung derart aufeinander abgestimmt, dass sich unmittelbar benachbarte Leitschaufeln 25 bei keiner ihrer möglichen Schwenkstellungen in der Umfangsrichtung 33 überlappen.
Alle Torsionsfedern 26 liegen zweckmäßigerweise in einer gemeinsamen, zu der Hauptachse 12 rechtwinkeligen Radialebene. In seiner solchen gemeinsamen Radialebene erstrecken sich zweckmäßigerweise auch sämtliche Schwenkachsen 35.
Jede Leitschaufel 25 ist ausschließlich über die ihr zugeordnete Torsionsfeder 26 am Leitschaufelträger 23 fixiert. Die Torsionsfeder 26 ist zweckmäßigerweise so angeordnet, dass ihre Schwenkachse 35, bei einer Betrachtung in Achsrichtung der Schwenkachse 35, innerhalb des Umrisses der zugeordneten Leitschaufel 25 liegt. Letzteres verdeutlichen sehr gut die 6 und 7.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1586363 B1 [0002, 0005]
DE 1042359 [0003]
DE 102006023255 A1 [0006]
WO 02/09883 A1 [0007]

Claims

Kondensatabscheider zum Abscheiden von Kondenstat aus strömender Druckluft, mit einem zwischen zwei Luftkammern (13, 14) angeordneten ringförmigen Luftdurchtrittsspalt (15), in dem eine die hindurchtretende Druckluft in Rotation versetzende Dralleinrichtung (7) angeordnet ist, die eine Vielzahl von in der Spaltumfangsrichtung (33) mit Abstand aufeinanderfolgenden, zwischen sich jeweils einen Luftdurchtrittskanal (34) definierenden Leitschaufeln (25) enthält, die an einem den Luftdurchtrittsspalt (15) seitlich begrenzenden Leitschaufelträger (23) angeordnet sind, und mit Mitteln zur volumenstromabhängigen Veränderung des von den Luftdurchtrittskanälen (34) definierten Strömungsquerschnittes, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitschaufel (25) mittels einer Torsionsfeder (26) um eine bezüglich dem Luftdurchtrittsspalt (15) radiale Schwenkachse (35) verschwenkbar an dem Leitschaufelträger (23) fixiert ist, derart, dass jede Leitschaufel (25) durch die auf sie einwirkenden Strömungskräfte in ihrer bezüglich der axialen Richtung des Luftdurchtrittsspaltes (15) eingenommenen Neigung individuell verstellbar ist.
Kondensatabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (25) lediglich einseitig, insbesondere im Bereich einer ihrer beiden radial orientierten Längsseiten (41), federelastisch verschwenkbar aufgehängt sind.
Kondensatabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelträger (23) den Luftdurchtrittsspalt (15) an seiner radialen Innenseite begrenzt und jede Leitschaufel (25) an einer von dem Leitschaufelträger (23) nach radial außen ragenden Torsionsfeder (26) befestigt ist.
Kondensatabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (25), die Torsionsfedern (26) und der Leitschaufelträger (23) Bestandteile eines einstückigen Drallkörpers (24) sind.
Kondensatabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfedern (26) nach Art von Drehstabfedern ausgebildet sind.
Kondensatabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (25) mit einem radialen Abstand zu dem sie tragenden Leitschaufelträger (23) angeordnet sind, wobei dieser radiale Abstand von der jeweils zugeordneten Torsionsfeder (26) überbrückt ist.
Kondensatabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Torsionsfeder (26) definierte Schwenkachse (35) derart platziert ist, dass die zugeordnete Leitschaufel (25) von der Schwenkachse (35) in zwei ausgehend von der Schwenkachse (35) nach entgegengesetzten Richtungen ragende Schaufelarme (51, 52) unterteilt wird, deren der zuströmenden Luft zugewandten Flächen unterschiedlich groß sind.
Kondensatabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (25) an ihrer dem Leitschaufelträger (23) zugewandten Längsseite (41) eine Aussparung (46) aufweisen, in die die zugeordnete Torsionsfeder (26) eintaucht, insbesondere derart, dass die Länge der Torsionsfeder (26) größer ist als der radiale Abstand zwischen dem Leitschaufelträger (23) und dem dieser zugewandten Seitenrand (45) der Leitschaufel (25).
Kondensatabscheider nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (26) mit ihrem dem Leitschaufelträger (23) entgegengesetzten äußeren Endabschnitt (47) an der dem Leitschaufelträger (23) zugewandten Grundfläche (48) der Aussparung (46) befestigt ist.
Kondensatabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (25) als starre, durch die strömende Druckluft in sich nicht verbiegbare Körper ausgebildet sind.
Kondensatabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er ein die beiden Luftkammern (13, 14) definierendes Gehäuse (2) aufweist, das einen Gehäusekopf (8) mit einem mit der einen Luftkammer (13) verbundenen Lufteinlass (3) und einem mit der anderen Luftkammer (14) verbundenen Luftauslass (4) enthält, wobei die mit dem Luftauslass (4) verbundene Luftkammer (14) zweckmäßigerweise von einer lösbar an den Gehäusekopf (8) angesetzten becherförmigen Auffangschale (16) begrenzt ist.
Kondensatabscheider nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) ein den Leitschaufelträger (23), die Torsionsfedern (26) und die Leitschaufeln (25) aufweisender Drallkörper (24) eingesetzt ist, wobei der Leitschaufelträger (24) eine radial innenliegende Begrenzungswand (19) und das Gehäuse (2) eine radial außenliegende Begrenzungswand (18) des Luftdurchtrittsspaltes (15) definiert.
Kondensatabscheider nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelträger (23) hülsenförmig ausgebildet ist, wobei seine Außenfläche den Luftdurchtrittsspalt (15) begrenzt und seine zentrale Durchgangsöffnung (27) eine fluidische Verbindung zwischen dem Luftauslass (4) und der der Dralleinrichtung (7) nachgeschalteten Luftkammer (14) herstellt.
Kondensatabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Torsionsfedern (26) in einer gemeinsamen, zur Längsachse des Luftdurchtrittsspaltes (15) radialen Ebene verlaufen.