DE102010048484A1

DE102010048484A1 - Separator for separating liquid droplets from aerosol, particularly oil separator for crankcase ventilation of reciprocating internal combustion engine, comprises rotor, which is rotatably driven around rotor axis and is arranged in housing

Info

Publication number: DE102010048484A1
Application number: DE102010048484A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gorbach Gabriele; Manfred Piesche
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: DE102010048484B4; DE102010048484A8

Abstract

The separator comprises a rotor (14), which is rotatably driven around a rotor axis (16) and is arranged in a housing (10), and a gas flow path, which is formed between a raw gas inlet (38) and a clean gas outlet (42). A liquid outlet (40) is provided for the separated liquid. An annular space (18) is provided, which is arranged between the periphery of the rotor and a peripheral wall (10a) of the housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine in der Funktionsweise eines Abscheiders zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem Aerosol, insbesondere einen Ölabscheider für die Kurbelgehäuse-Entlüftung eines Hubkolben-Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse angeordneten, um eine Rotorachse drehantreibbaren Rotor, der einen Satz von mit der Rotorachse konzentrischen, parallel zueinander angeordneten Scheiben aufweist, welche in Richtung der Rotorachse in Abständen voneinander angeordnet sind, mit einem Gasströmungspfad zwischen einem Rohgaseinlass für ein abzuscheidende Flüssigkeitströpfchen mitführendes Gas und einem Reingasauslass für das von den Flüssigkeitströpfchen mindestens weitgehend befreite Gas, mit einem Flüssigkeitsauslass für die abgeschiedene Flüssigkeit sowie mit einem Ringraum zwischen dem Umfang des Rotors und einer diesen umschließenden Umfangswand des Gehäuses, wobei einander benachbarte Scheiben zwischen sich jeweils einen mit der Rotorachse konzentrischen, vom Gas zu durchströmenden Spalt bilden, dessen radial innerer Bereich mit dem Rohgaseinlass und dessen radial äußerer Bereich mit dem Ringraum kommuniziert, welcher mit dem Reingasauslass verbunden ist und in den der Flüssigkeitsauslass mündet.The invention relates to a turbomachine in the operation of a separator for separating liquid droplets from an aerosol, in particular an oil separator for the crankcase ventilation of a reciprocating internal combustion engine, arranged in a housing, rotatably driven about a rotor axis rotor, a set of with the Rotor axis concentric, arranged parallel to each other slices, which are arranged in the direction of the rotor axis at intervals, with a gas flow path between a raw gas inlet for a liquid droplet entrained liquid entraining gas and a clean gas outlet for the at least substantially freed from the liquid droplets gas, with a liquid outlet for the separated liquid as well as with an annular space between the circumference of the rotor and a circumferential wall surrounding the housing, wherein adjacent disks between each one with de r rotor axis concentric form, to be flowed through by the gas gap whose radially inner region communicates with the raw gas inlet and its radially outer region with the annular space, which is connected to the clean gas outlet and into which the liquid outlet opens.

Derartige Abscheider für die Reinigung sogenannter Blow-by-Gase, welche aus dem Kurbelgehäuse eines Hubkolben-Verbrennungsmotors abgesaugt und nach der Reinigung in den Ansaugtrakt des Motors eingeleitet werden, sind in Form sogenannter Tellerseparatoren bekannt; bei diesen Tellerseparatoren haben die Scheiben die Gestalt kegelstumpfförmiger Teller, welche in Richtung der Rotorachse so aufeinanderfolgen, dass jeweils die konkave Seite eines Tellers der konvexen Seite des benachbarten Tellers zugewandt ist. Solche Tellerseparatoren ergeben sich beispielsweise aus der EP 1 273 335 B1 bzw. der dieser entsprechenden US 6,821,319 B1 , und zwar auch mit einer solchen Betriebsweise, dass die Zwischenräume bzw. Spalte zwischen den Tellern von dem zu reinigenden Gas in radialer Richtung von innen nach außen durchströmt werden. Bei einem solchen als Tellerseparator gestalteten Zentrifugalabscheider wird das die Zwischenräume zwischen den Tellern durchströmende Gas durch die rotierenden Teller beschleunigt, wodurch die vom Gas mitgeführten Flüssigkeitströpfchen infolge der auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte auch in radialer Richtung beschleunigt werden und dadurch mehrheitlich auf die konkaven Seiten der kegelstumpfförmigen Teller auftreffen; das dadurch an den Tellern abgeschiedene Öl wird von den rotierenden Tellern am Außenumfang des Rotors abgeschleudert und gelangt in den Ringraum zwischen dem Rotor und der diesen umschließenden Gehäuseumfangswand und sodann in den in diesen Ringraum mündenden Flüssigkeitsauslass.Such separators for cleaning so-called blow-by gases, which are sucked out of the crankcase of a reciprocating internal combustion engine and introduced into the intake tract of the engine after cleaning, are known in the form of so-called plate separators; In the case of these plate separators, the disks have the shape of truncated cone-shaped plates which follow each other in the direction of the rotor axis such that in each case the concave side of one plate faces the convex side of the adjacent plate. Such Tellerseparatoren arise for example from the EP 1 273 335 B1 or the corresponding one US Pat. No. 6,821,319 B1 , Even with such an operation, that the gaps or gaps between the plates are traversed by the gas to be cleaned in the radial direction from the inside to the outside. In such a centrifugal separator designed as a plate separator, the gas flowing through the interspaces between the plates is accelerated by the rotating plates, whereby the liquid droplets entrained by the gas are accelerated in the radial direction as a result of the centrifugal forces acting on them and thereby predominantly on the concave sides of the frusto-conical plates strike; the thus separated at the plates oil is thrown off the rotating plates on the outer circumference of the rotor and enters the annular space between the rotor and the surrounding this housing peripheral wall and then into the opening into this annulus fluid outlet.

Nur der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass ein solcher Tellerseparator auch als Gebläse bzw. Gaspumpe wirken kann, wobei die Förderwirkung von der Rotordrehzahl abhängt.Only for the sake of completeness it should be mentioned that such a plate separator can also act as a fan or gas pump, the conveying effect depends on the rotor speed.

Die in jüngster Zeit erfolgte Steigerung des Wirkungsgrads von Hubkolben-Verbrennungsmotoren durch das sogenannte Downsizing sowie durch Direkteinspritzung des Brennstoffs und das Aufladen der Motoren führt zu höheren Gasdrücken in den Brennräumen (Zylindern); mit diesen steigenden Gasdrücken geht aber eine Verkleinerung der von den Blow-by-Gasen mitgeführten Öltröpfchen einher, welche infolge ihrer dann geringeren Masse durch die bekannten Trägheits- und Zentrifugalabscheider deutlich schlechter aus den Blow-by-Gasen abgeschieden werden können. Ein nennenswerter Öleintrag in den Ansaugtrakt des Motors muss aber vermieden werden, und zwar nicht nur deshalb, weil sonst der Motor auf diesem Weg im Betrieb vermehrt Motoröl verbraucht, sondern weil dadurch die Abgasemissionen erhöht werden, Ablagerungen am Turbolader und einem von diesem bedingten Ladeluftkühler sowie an den Einlassventilen des Motors gebildet werden und sich, bedingt durch die sich ändernden Verbrennungseigenschaften die Funktion des im Abgasstrang des Motors befindlichen Partikelfilters verschlechtert.The recent increase in the efficiency of reciprocating internal combustion engines by the so-called downsizing and by direct injection of the fuel and the charging of the engines leads to higher gas pressures in the combustion chambers (cylinders); but with these increasing gas pressures is accompanied by a reduction of the entrained by the blow-by gases oil droplets, which can be deposited much worse from the blow-by gases due to their then lower mass by the known inertial and centrifugal. However, a significant oil entry into the intake of the engine must be avoided, and not only because otherwise the engine consumes more engine oil in this way in operation, but because this exhaust emissions are increased, deposits on the turbocharger and a conditional intercooler and be formed on the intake valves of the engine and, due to the changing combustion characteristics, the function of the particulate filter located in the exhaust line of the engine deteriorates.

Sehr kleine Öltröpfchen mit einer Tröpfchengröße von insbesondere weniger als 0,7 μm lassen sich aber durch die bekannten Tellerseparatoren entweder nur ungenügend oder, wenn überhaupt, nur mit einem sehr hohen Energieaufwand für den Antrieb des Rotors mit sehr hohen Drehzahlen abscheiden. Außerdem ist dann eine Optimierung der Abscheideleistung des Tellerseparators durch Regelung/Steuerung der Rotordrehzahl in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand des Motors zwingend erforderlich.Very small oil droplets with a droplet size of in particular less than 0.7 microns can be deposited by the known plate separators either insufficient or, if at all, only with a very high energy consumption for driving the rotor at very high speeds. In addition, an optimization of the separation efficiency of the disk separator by regulating / controlling the rotor speed as a function of the respective operating state of the engine is absolutely necessary.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Abscheider der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welcher auch für feine und feinste Flüssigkeitströpfchen eine bessere Abscheideeffizienz als die bekannten Tellerseparatoren aufweist, ohne dass hierzu die Drehzahl des Rotors bzw. der Scheiben erhöht werden muss.The invention therefore an object of the invention to provide a separator of the type mentioned above, which has a better separation efficiency than the known Tellerseparatoren for fine and fine liquid droplets, without having to increase the speed of the rotor or the discs for this purpose.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, den Rotor als Reibungsgebläse bzw. -pumpe in Form eines Scheibengebläses (auch Scheibenpumpe genannt) zu gestalten, und zwar derart, dass dadurch die Koaleszenz von feinen und feinsten Flüssigkeitströpfchen zu größeren Flüssigkeitströpfchen gefördert und der Grad der Abscheidung von Öltröpfchen verbessert wird.According to the invention is proposed to solve this problem to make the rotor as a friction fan or pump in the form of a disk blower (also called disk pump), in such a way that thereby promotes the coalescence of fine and fine liquid droplets to larger liquid droplets and the degree of deposition is improved by oil droplets.

Ein erfindungsgemäßer Abscheider der eingangs definierten Art zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens bei einer Mehrzahl der Spalte, das heißt der Zwischenräume zwischen einander benachbarten Scheiben, sich die in Richtung der Rotorachse gemessene Spaltbreite in bezüglich der Rotorachse radialer Richtung von innen nach außen verkleinert. An inventive separator of the type defined above is characterized in that at least in a plurality of gaps, that is, the spaces between adjacent slices, the gap width measured in the direction of the rotor axis decreases in the radial direction with respect to the rotor axis from inside to outside.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass bei den bekannten Tellerseparatoren und Scheibengebläsen die Zwischenräume zwischen den einander benachbarten Scheiben bzw. Tellern überall dieselbe Breite aufweisen, da die Scheiben bzw. Teller überall dieselbe Wanddicke haben und die einander gegenüberliegenden Wandflächen einander benachbarter Scheiben bzw. Teller parallel zueinander verlaufen.In this connection, it should be noted that in the known disk separators and disk blowers, the spaces between the adjacent disks or plates everywhere have the same width, since the disks or plates everywhere have the same wall thickness and the opposing wall surfaces of adjacent disks or plates parallel to each other.

Wie im Folgenden noch gezeigt werden wird, führt bei einem erfindungsgemäßen Abscheider die Gestaltung der Spalte bzw. der die Spalte zwischen sich einschließenden Scheiben dazu, dass aufgrund eines sich in der Gasströmung zwischen den Scheiben ausbildenden Strömungsprofils bzw. Profils der Gasströmungsgeschwindigkeit die von der Gasströmung mitgeführten Flüssigkeitströpfchen in Richtung auf beide, einen Spalt begrenzenden Scheibenwandflächen transportiert werden, wodurch im Bereich dieser Scheibenwandflächen die Konzentration der Flüssigkeitströpfchen und damit die Wahrscheinlichkeit einer Koaleszenz von Flüssigkeitströpfchen signifikant erhöht wird. Auch feinste Flüssigkeitströpfchen, insbesondere mit einer Größe von weniger als 0,7 μm, können dann aufgrund der verhältnismäßig großen Trägheit größerer Flüssigkeitstropfchen mit diesen koaleszieren. Weiterhin werden die Flüssigkeitströpfchen zum Teil bereits im Rotor an den erfindungsgemäß (zur Verkleinerung der Spaltbreite) profilierten Scheiben abgeschieden, so dass sich an den Scheiben ein Flüssigkeitsfilm ausbildet, der vom Rotor abgeschleudert und an der stromabwärts des Rotors befindlichen und den Rotor umschließenden Gehäusewand dauerhaft abgeschieden wird.As will be shown below, in a separator according to the invention, the design of the gap or of the gaps between them encloses the fact that due to a forming in the gas flow between the discs flow profile or profile of the gas flow velocity entrained by the gas flow Liquid droplets are transported toward both, a gap bounding disk wall surfaces, whereby in the region of these disk wall surfaces, the concentration of the liquid droplets and thus the probability of coalescence of liquid droplets is significantly increased. Even the finest liquid droplets, in particular with a size of less than 0.7 μm, can then coalesce with them due to the relatively large inertia of larger liquid droplets. Furthermore, some of the liquid droplets are already deposited in the rotor on the disks profiled according to the invention (to reduce the gap width) so that a liquid film is formed on the disks which is thrown off the rotor and permanently deposited on the housing wall located downstream of the rotor and enclosing the rotor becomes.

Der Rotor des erfindungsgemäßen Abscheiders zeichnet sich nicht nur gegenüber den bekannten, als Tellerseparatoren gestalteten Abscheidern dadurch aus, dass Flüssigkeitstropfen an den beiden einen Spalt begrenzenden Scheibenwandflächen aufkonzentriert und an Letzteren abgeschieden werden, denn dieser Unterschied bestünde auch dann, wenn man ein bekanntes, als Scheibengebläse gestaltetes Reibungsgebläse in einem Abscheider verwenden würde, weil auch bei diesen Reibungsgebläsen die Scheiben nicht so profiliert sind, dass sich die zwischen den Scheiben befindlichen Spalte in Strömungsrichtung des geförderten Mediums verjüngen. Hinzuweisen ist auch noch darauf, dass sich durch diese erfindungsgemäße Verjüngung der Spalte in Strömungsrichtung eine Verbesserung der Förderwirkung des Scheibengebläses erreichen lässt.The rotor of the separator according to the invention is not only distinguished from the known separators designed as plate separators by the fact that liquid droplets are concentrated on the two disk wall surfaces delimiting a gap and deposited on the latter, since this difference would also exist if a known disk blower were used designed frictional fan would use in a separator, because even with these friction fans, the discs are not profiled so that the gaps located between the discs in the flow direction of the pumped medium taper. It should also be pointed out that an improvement in the conveying effect of the disk blower can be achieved by this inventive tapering of the gap in the flow direction.

Ferner wird noch darauf hingewiesen, dass sich auch bei einem ansonsten herkömmlich gestalteten Tellerseparator die Abscheideeffizienz durch eine Verjüngung der Spalte zwischen den Tellern erzielen lässt.It should also be pointed out that even with an otherwise conventionally designed plate separator, the separation efficiency can be achieved by tapering the gaps between the plates.

Bezüglich des Grundkonzepts des erfindungsgemäßen Abscheiders muss noch Folgendes erwähnt werden:
Die jeweils zwischen zwei Scheiben liegenden Spalte müssen in Umfangsrichtung des Rotors (abgesehen von ihrer erfindungsgemäßen Verjüngung in Strömungsrichtung) nicht überall gleich ausgebildet oder gar ohne jede Unterbrechung gestaltet sein; so könnten beispielsweise an der einen oder beiden, einen Spalt bildenden Scheibenwandflächen Leitrippen für die Gasströmung vorgesehen sein, so wie dies beispielsweise bei dem in 2 der EP 1 532 353 B1 dargestellten Tellerseparator der Fall ist.With regard to the basic concept of the separator according to the invention, the following must also be mentioned:
The gap between each two slices must be in the circumferential direction of the rotor (apart from their inventive taper in the flow direction) is not the same everywhere designed or even without any interruption; For example, guide ribs for the gas flow could be provided on one or both of the disk wall surfaces forming a gap, as can be seen, for example, in the case of FIG 2 of the EP 1 532 353 B1 Tellerseparator shown is the case.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders sind alle Spalte des Rotors so gestaltet, dass sie sich in radialer Richtung verjüngen.In preferred embodiments of the separator according to the invention, all gaps of the rotor are designed so that they taper in the radial direction.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Spaltbreite zwischen einander benachbarten Scheiben überall in radialer Richtung von innen nach außen stetig verkleinert und so sprunghafte Veränderungen der Spaltbreite vermieden werden.It is particularly advantageous if the gap width between adjacent disks steadily decreases continuously from the inside to the outside in the radial direction and thus abrupt changes in the gap width are avoided.

Schließlich sei noch erwähnt, dass sich in der Betriebslage des erfindungsgemäßen Abscheiders der Auslass für die abgeschiedene Flüssigkeit zweckmäßigerweise in einem unteren Bereich des Abscheidergehäuses befindet.Finally, it should be mentioned that in the operating position of the separator according to the invention, the outlet for the separated liquid is expediently located in a lower region of the separator housing.

Erfindungsgemäß lassen sich bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders in bestimmten Bereichen der Größe des den Abscheider pro Zeiteinheit durchströmenden Gasvolumens selbstregelnd, nämlich trotz sich zeitlich ändernden Volumenstroms mit konstanter Drehzahl betreiben, wegen seiner Förderwirkung kann der erfindungsgemäße Abscheider aber auch zur Regelung des im Kurbelgehäuse herrschenden Drucks verwendet werden, wozu die Rotordrehzahl in Abhängigkeit von dem im Kurbelgehäuse herrschenden Druck variiert, das heißt gesteuert wird. In diesem Zusammenhang ist auf Folgendes hinzuweisen:
Für eine Kurbelgehäuse-Entlüftung ist der Druck in der Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung nach dem Abscheider durch den Gasdruck im Ansaugtrakt des Motors vorgegeben. Erhöht sich im Motorbetrieb die pro Zeiteinheit anfallende Menge an Blow-by-Gas, führt dies zunächst zu einem Anstieg des Gasdrucks im Kurbelgehäuse. Da der Gasdruck in der Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung nach dem auch als Gebläse wirkenden Abscheider höher ist als im Kurbelgehäuse, führt dies zu einer Verringerung der Differenz des Gasdrucks vor und hinter dem Abscheider und damit gemäß der Gebläsekennlinie zu einer Erhöhung der Gasförderleistung. Somit passt sich der als Gebläse wirkende erfindungsgemäße Abscheider an eine Erhöhung der vom Motor erzeugten Menge an Blow-by-Gas an, was im Motorbetrieb zu einer Art Regelverhalten des Abscheiders führt, da sich das Gebläse kontinuierlich an sich verändernde Betriebszustände des Motors anpasst und Spitzen des Gasdrucks des Blow-by-Gases durch eine Erhöhung des geförderten Gasvolumenstroms abbaut.According to the invention, preferred embodiments of the separator according to the invention can be self-regulating in certain regions of the size of the gas volume flowing through the separator per unit time, namely in spite of time-varying volume flow at constant speed, but because of its conveying effect the separator according to the invention can also be used to control the pressure prevailing in the crankcase be, for which the rotor speed varies depending on the pressure prevailing in the crankcase pressure, that is controlled. In this context, the following should be noted:
For crankcase ventilation, the pressure in the crankcase ventilation line after the separator is dictated by the gas pressure in the intake tract of the engine. If the amount of blow-by gas per unit time increases during engine operation, this initially leads to an increase in the gas pressure in the crankcase. As the gas pressure in the Crankcase breather pipe after which also acts as a blower separator is higher than in the crankcase, this leads to a reduction in the difference of the gas pressure in front of and behind the separator and thus according to the blower characteristic to an increase in the gas flow rate. Thus, the separator according to the invention acting as a fan adapts to an increase in the amount of blow-by gas generated by the engine, which leads to a type of control behavior of the separator during engine operation, since the fan continuously adapts to changing engine operating conditions and peaks of the gas pressure of the blow-by gas degrades by an increase in the delivered gas volume flow.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders wird der Spalt zwischen zwei einander benachbarten Scheiben von Stirnflächen dieser Scheiben begrenzt, von denen mindestens die eine konisch gestaltet ist, damit sich der Spalt in Gasströmungsrichtung verjüngt. Die andere Stirnfläche könnte dann zum Beispiel in einer zur Rotorachse senkrechten Ebene liegen. Eine weiter verbesserte Abscheideeffizienz des erfindungsgemäßen Abscheiders ergibt sich jedoch dann, wenn beide den Spalt bildenden Stirnseiten der beiden Scheiben konisch gestaltet sind, da sich dann die Wahrscheinlichkeit für eine Koaleszenz von Flüssigkeitströpfchen in den Bereichen beider, den Spalt begrenzenden Scheibenstirnflächen sowie für die Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen an den Scheibenstirnflächen erhöht.In preferred embodiments of the separator according to the invention, the gap between two adjacent disks is limited by end faces of these disks, at least one of which is conical, so that the gap tapers in the gas flow direction. The other end face could then lie, for example, in a plane perpendicular to the rotor axis. However, a further improved separation efficiency of the separator according to the invention is obtained if both end faces of the two disks forming the gap are conically shaped, since then the probability of coalescence of liquid droplets in the areas of both the disk end faces delimiting the gap and for the separation of liquid droplets increased at the disc end faces.

Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen wird auch verständlich, dass die folgenden Merkmale bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders einzeln oder in beliebiger Kombination zu Vorteilen führen:
Der Spalt zwischen zwei einander benachbarten Scheiben weist eine Mittelebene auf, wobei diese Mittelebene bevorzugt senkrecht zur Rotorachse verläuft.On the basis of the above explanations, it is also understood that the following features of preferred embodiments of the separator according to the invention lead to advantages individually or in any combination:
The gap between two adjacent disks has a median plane, wherein this median plane is preferably perpendicular to the rotor axis.

Die Scheiben sind senkrecht zur Rotorachse angeordnet, wobei mindestens die Mehrzahl der Scheiben vorteilhafterweise jeweils eine zur Rotorachse senkrechte Mittelebene aufweist, bezüglich welcher die Stirnflächen der jeweiligen Scheibe spiegelsymmetrisch gestaltet sind.The disks are arranged perpendicular to the rotor axis, wherein at least the plurality of disks advantageously each have a center plane perpendicular to the rotor axis, with respect to which the end faces of the respective disk are designed mirror-symmetrically.

Aus Gründen der Herstellkosten ist es zu bevorzugen, wenn abgesehen von den beiden bezüglich der Rotorachse endständigen Scheiben (das heißt die in Richtung der Rotorachse gesehen erste und letzte Scheibe) alle Scheiben identisch gestaltet sind.For reasons of manufacturing costs, it is preferable if apart from the two with respect to the rotor axis end disks (that is, as seen in the direction of the rotor axis first and last disc) all disks are designed identically.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Abstände zwischen einander benachbarten Scheiben alle gleich groß sind, obwohl es im Hinblick auf eine möglicherweise ungleichmäßige Verteilung der Rohgasströmung auf die Spalte auch vorteilhaft sein kann, die Abstände unterschiedlich zu dimensionieren. Auf alle Fälle ist es aber zu bevorzugen, alle Spalte zumindest qualitativ identisch zu gestalten.It may also be advantageous if the distances between adjacent disks are all the same size, although it may also be advantageous in view of a possibly uneven distribution of the raw gas flow to the column to dimension the distances differently. In any case, it is preferable to make all columns at least qualitatively identical.

Obwohl sich die Spaltbreite vorzugsweise stetig und sprungfrei verkleinert, soll dadurch die folgende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders nicht ausgeschlossen werden:
Bei dieser verkleinert sich die Spaltbreite mindestens bei einer Mehrzahl der Spalte am Rotorumfang sprunghaft, um einen verengten Auslassquerschnitt für die Gasströmungen zu schaffen und dadurch am Rotorumfang die Gasströmungsgeschwindigkeit noch einmal signifikant zu erhöhen, wodurch die den Rotor umschließende Gehäuseumfangswand als Prallwand wirkt, an der eine Trägheitsabscheidung von Flüssigkeitströpfchen erfolgt. Diese Maßnahme der sprunghaften Verkleinerung der Spaltbreite ist aber auf den Rotorumfang beschränkt.Although the gap width preferably decreases steadily and without jerking, the following embodiment of the separator according to the invention should not be excluded thereby:
In this case, the gap width decreases at least in a plurality of gaps on the rotor circumference abruptly to create a narrowed outlet cross section for the gas flows and thereby significantly increase the gas flow velocity again at the rotor circumference, whereby the rotor enclosing housing peripheral wall acts as a baffle at the one Inertia separation of liquid droplets takes place. However, this measure of the abrupt reduction of the gap width is limited to the rotor circumference.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders wird die sprunghafte Verkleinerung der Spaltbreite durch eine am Rotorumfang vorgesehene Blende mit einer länglichen und schmalen, sich in Rotorumfangsrichtung erstreckenden Blendenöffnung bewirkt, welche vorzugsweise im Bereich der Spaltmittelebene liegt. Am einfachsten lässt sich die Konstruktion dadurch gestalten, dass man am Rotorumfang eine Rotormantelwand vorsieht, in welcher für jeden Spalt eine Blendenöffnung ausgebildet ist, welche in Rotorumfangsrichtung unterbrochen sein kann, um eine einstückige Rotormantelwand zu erhalten.In particularly advantageous embodiments of the separator according to the invention, the sudden reduction in the gap width is effected by an aperture provided on the rotor circumference with an elongate and narrow aperture opening extending in the rotor circumferential direction, which aperture preferably lies in the region of the gap center plane. The simplest way to design the construction is that on the rotor circumference provides a rotor shell wall in which an aperture is formed for each gap, which may be interrupted in the rotor circumferential direction to obtain a one-piece rotor shell wall.

Für alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders empfiehlt es sich, die Konstruktion so zu gestalten, dass die Gehäuseumfangswand einen so geringen radialen Abstand vom Rotorumfang aufweist, dass am Umfang des Rotors aus diesem in radialer Richtung austretende Gasstrahlen derart auf die Gehäuseumfangswand auftreffen und an dieser derart scharf umgelenkt werden, dass die Gehäuseumfangswand ein dem Rotor nachgeordnetes zweites Abscheideelement für die Flüssigkeitströpfchen bildet.For all embodiments of the separator according to the invention, it is advisable to design the construction so that the housing peripheral wall has such a small radial distance from the rotor circumference that impinge on the circumference of the rotor from this radially outgoing gas jets on the housing peripheral wall and at this sharp be deflected so that the housing peripheral wall forms a downstream of the rotor second separation element for the liquid droplets.

Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders lässt sich die Abscheideeffizienz auch dadurch verbessern, dass die Gehäuseumfangswand im Bereich des Rotors auf ihrer diesem zugewandten Seite eine poröse und insbesondere gasdurchlässige Struktur aufweist und in einem so geringen radialen Abstand vom Rotorumfang angeordnet ist, dass sie ein dem Rotor nachgeordnetes zweites Abscheideelement für Flüssigkeitströpfchen bildet, welche von am Umfang des Rotors aus diesem in radialer Richtung austretenden Gasstrahlen mitgeführt werden. Am einfachsten lässt sich diese poröse Struktur durch eine Faservliesauflage bilden.In all embodiments of the separator according to the invention, the separation efficiency can also be improved in that the housing peripheral wall in the region of the rotor on its side facing this has a porous and especially gas-permeable structure and is arranged at such a small radial distance from the rotor circumference that they are the rotor downstream second separator for liquid droplets forms which of the periphery of the rotor emerging from this in the radial direction gas jets be carried along. The easiest way to form this porous structure through a fiber fleece overlay.

Schließlich lässt sich die Abscheideeffizienz eines erfindungsgemäßen Abscheiders auch dadurch verbessern, dass die Einlaufströmung des zu reinigenden Gases in die Zwischenräume (Spalte) zwischen den Scheiben in die Abscheideleistung erhöhender Weise beeinflusst wird, insbesondere durch Drallelemente zur Erzeugung einer Rotation des Gases und/oder durch Leitelemente zur Erhöhung der Beschleunigung.Finally, the separation efficiency of a separator according to the invention can also be improved by influencing the inlet flow of the gas to be cleaned into the intermediate spaces (gaps) between the panes in the separating capacity, in particular by swirl elements for generating a rotation of the gas and / or by guiding elements to increase the acceleration.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung besonders vorteilhafter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders; in der Zeichnung zeigen:Further features, advantages and details of the invention will become apparent from the accompanying drawings and the following description of particularly advantageous embodiments of the separator according to the invention; in the drawing show:

1 einen schematischen axialen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders; 1 a schematic axial section through a first embodiment of the separator according to the invention;

2 eine schaubildliche Darstellung eines aufgeschnittenen Teils des Rotors dieses Abscheiders; 2 a diagrammatic representation of a cut-open part of the rotor of this separator;

3A einen Ausschnitt aus dem gemäß 2 linken Bereich des Rotors samt benachbarter Gehäuseumfangswand mit einer Darstellung des sich in einem Spalt zwischen zwei einander benachbarten Scheiben ergebenden Strömungsprofils bzw. Geschwindigkeitsprofils der Gasströmung zwischen zwei einander benachbarten Scheiben, und zwar im Bereich des Eintritts der Gasströmung in den von den beiden Scheiben begrenzten Spalt sowie in einem radial ungefähr mittleren Spaltbereich; 3A a section of the according to 2 left area of the rotor together with adjacent housing peripheral wall with a representation of resulting in a gap between two adjacent disks flow profile or velocity profile of the gas flow between two adjacent slices, in the region of entry of the gas flow in the limited gap of the two slices and in a radially approximately middle gap region;

3B den in 3A dargestellten Abscheiderbereich mit einer Darstellung eines typischen Wegs eines Flüssigkeitströpfchens zwischen zwei einander benachbarten Scheiben, und 3B the in 3A shown separator region with a representation of a typical path of a liquid droplet between two adjacent disks, and

4 einen Schnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders mit einer den Rotorumfang umschließenden Faservliesauflage auf der Innenseite der Gehäuseumfangswand. 4 a section through a portion of a second embodiment of the separator according to the invention with a surrounding the rotor circumference fiber fleece overlay on the inside of the housing peripheral wall.

Der in 1 in einem axialen Schnitt der Einfachheit halber nur sehr schematisch dargestellte Abscheider hat ein Gehäuse 10, in dem eine Antriebswelle 12 für einen als Scheibengebläse gestalteten Rotor 14 durch nicht dargestellte Mittel um eine Rotorachse 16 drehbar und in axialer Richtung unverschiebbar gelagert ist. Die Antriebswelle 12 kann durch beliebige, bei Strömungsmaschinen und insbesondere bei Zentrifugalabscheidern bekannte Mittel angetrieben werden, zum Beispiel durch einen Hydraulikmotor, zu bevorzugen ist jedoch ein Elektromotor. Der Rotor 14 wird von einer Umfangswand 10a des Gehäuses 10 umschlossen, wobei sich zwischen dem Rotor und dieser Umfangswand ein Ringraum 18 befindet. Empfehlenswert ist es, den Rotor und die Umfangswand 10a rotationssymmetrisch zur Rotorachse 16 zu gestalten, obwohl es grundsätzlich auch möglich wäre, den Rotor anders auszubilden, beispielsweise so, dass sein Umfang in einer Ansicht in Richtung der Rotorachse 16 ein Polygon bildet – es muss nur vermieden werden, dass der angetriebene Rotor eine Unwucht aufweist.The in 1 in an axial section for the sake of simplicity, only very schematically illustrated separator has a housing 10 in which a drive shaft 12 for a rotor designed as a disk blower 14 by means not shown about a rotor axis 16 is rotatably mounted and immovable in the axial direction. The drive shaft 12 may be driven by any means known in turbomachinery and especially in centrifugal separators, for example by a hydraulic motor, but an electric motor is preferred. The rotor 14 is from a peripheral wall 10a of the housing 10 enclosed, wherein between the rotor and this peripheral wall, an annular space 18 located. It is recommended to use the rotor and the peripheral wall 10a rotationally symmetric to the rotor axis 16 to design, although in principle it would also be possible to form the rotor differently, for example so that its circumference in a view in the direction of the rotor axis 16 a polygon forms - it only needs to be avoided that the driven rotor has an imbalance.

Der Rotor 14 weist einen Satz von Scheiben 20 auf, welche alle identisch gestaltet sein können, aber nicht müssen, und in der Praxis werden die gemäß 1 unterste und oberste Scheibe 20a bzw. 20b unten bzw. oben flach und nur auf ihrer jeweils anderen Seite so gestaltet sein, dass alle Zwischenräume zwischen den Scheiben 20 identisch gestaltet sind. Wie sich aus 1 ergibt, hat jeder dieser Zwischenräume die Gestalt eines mit der Rotorachse 16 konzentrischen ringförmigen Spalts 22.The rotor 14 has a set of discs 20 which can all be identically designed but do not have to, and in practice, the according to 1 lowest and highest disc 20a respectively. 20b flat or flat at the top and designed only on the other side so that all the spaces between the panes 20 are designed identically. As it turned out 1 gives, each of these spaces has the shape of one with the rotor axis 16 concentric annular gap 22 ,

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, sind bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders die Scheiben 20 mit in Richtung der Rotorachse 16 gleich großen Abständen voneinander angeordnet. Zu diesem Zweck können an den Scheiben 20, 20a, 20b in 1 nicht dargestellte Distanzelemente vorgesehen sein, z. B. in Form von in radialer Richtung verlaufenden Rippen, über welche die Scheiben miteinander zu einem stabilen Körper verbunden sind. Bei der in 1 sehr vereinfacht und schematisch dargestellten Ausführungsform sind die Scheiben 20, 20a, 20b jedoch 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 Scheiben 20, 20a, 20b ein bezüglich der Rotorachse 16 rotationssymmetrisches Gebilde bilden. Die Stirnscheibe 26 verschließt zusammen mit der Antriebswelle 12 den zentralen Bereich der untersten Scheibe 20a, und der zentrale Bereich der obersten Scheibe 20b könnte mit einem äquivalenten Element verschlossen sein, mit dessen Hilfe auch die oberste Scheibe 20b an der Antriebswelle 12 befestigt ist, jedoch müsste dieses Element in Richtung der Rotorachse 16 gasdurchlässig sein, z. B. Gasdurchtrittsöffnungen aufweisen. Erwähnt sei noch, dass die Antriebswelle 12 unten gasdicht aus dem Gehäuse 10 herausgeführt, die oberste Stirnscheibe 28 gasdicht an der Antriebswelle 12 angebracht und das Rohr 24 oben am Gehäuse 10 gasdicht aus Letzterem herausgeführt sein kann, wobei dort zwischen dem Gehäuse 10 und dem Rohr 24 zusätzlich zu einer nicht dargestellten Ringdichtung ein gleichfalls nicht gezeichnetes Gleit- oder Wälzlager vorgesehen sein könnte, um das Rohr 24 und damit die Antriebswelle 12 oben am Gehäuse drehbar und axial unverschieblich zu lagern.As is apparent from the above, in preferred embodiments of the separator according to the invention are the discs 20 with in the direction of the rotor axis 16 arranged at equal distances from each other. For this purpose can be attached to the discs 20 . 20a . 20b in 1 not shown spacer elements may be provided, for. B. in the form of radially extending ribs, via which the discs are connected together to form a stable body. At the in 1 very simplified and schematically illustrated embodiment are the discs 20 . 20a . 20b but on a pipe 24 attached, which by means of two end discs 26 and 28 closed at the top and bottom and at the drive shaft 12 fixed so that the pipe 24 and the discs 20 . 20a . 20b a with respect to the rotor axis 16 form rotationally symmetrical structure. The frontal disk 26 closes together with the drive shaft 12 the central area of the bottom pane 20a , and the central area of the top pane 20b could be closed with an equivalent element, with the help of which the top disc 20b on the drive shaft 12 is attached, however, this element would have to be in the direction of the rotor axis 16 be gas permeable, z. B. have gas passage openings. It should be mentioned that the drive shaft 12 down gas-tight from the housing 10 led out, the top disc 28 gas-tight on the drive shaft 12 attached and the pipe 24 at the top of the housing 10 can be led out of the latter gas-tight, where there between the housing 10 and the tube 24 in addition to a ring seal, not shown, a likewise not shown sliding or rolling bearing could be provided to the pipe 24 and thus the drive shaft 12 to store above the housing rotatable and axially immovable.

Zwischen der untersten und der obersten Scheibe 20a, 20b des Rotors 14 weist eine Umfangswand 32 des Rohrs 24 im Bereich der Spalte 22 Gasdurchtrittsöffnungen 34 auf, so dass die Spalte 22 mit einem Zentralraum 36 kommunizieren, den die Umfangswand 32 umschließt und der seinerseits die Antriebswelle 12 umgibt.Between the lowest and the highest disc 20a . 20b of the rotor 14 has a peripheral wall 32 of the pipe 24 in the area of the column 22 Gas openings 34 on, leaving the column 22 with a central room 36 communicate the peripheral wall 32 encloses and in turn the drive shaft 12 surrounds.

Ein Aerosol aus einem zu reinigenden Gas und von diesem mitgeführten Flüssigkeitströpfchen wird über einen Rohgaseinlass 38, welcher im oberen oder unteren Bereich des Gehäuses vorgesehen sein könnte, in den Zentralraum 36 eingeleitet; durch den erfindungsgemäß als Scheibengebläse gestalteten Rotor 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 weitestgehend befreite Reingas verlässt den Abscheider über einen Reingasauslass 42, welcher erfindungsgemäß am unteren (im Betriebszustand des Abscheiders) Ende des Gehäuses 10 angeordnet ist. Der Reingasauslass 42 könnte aber auch in einem anderen Gehäusebereich angeordnet werden. Der Rohgaseinlass 38 mündet in eine hohle Manschette 44, welche das obere Ende des Rohrs 24 umgibt und oben am Gehäuse 10 befestigt ist. Diese Manschette 44 hat an ihrem Innenumfang einen ringförmigen Schlitz, dem mehrere insbesondere schlitzförmige Öffnungen am Außenumfang des Rohrs 24 gegenüber liegen, so dass Gasdurchtrittsöffnungen 48 für das zu reinigende Rohgas entstehen und das Rohgas vom Innenraum der Manschette 44 in den Zentralraum 36 einströmen kann. Zu beiden Seiten (in Richtung der Rotorachse 16) der Gasdurchtrittsöffnungen 48 können zwischen dem Innenumfang der Manschette 44 und dem Außenumfang des Rohrs 24 Dichtmittel, z. B. Gleitdichtungen vorgesehen sein, 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 Gasdurchtrittsöffnungen 48 gasdicht zu gestalten.An aerosol of a gas to be purified and liquid droplets entrained therein is supplied via a raw gas inlet 38 , which could be provided in the upper or lower region of the housing, in the central space 36 initiated; by the inventively designed as a disk blower rotor 14 in a manner to be described further separated liquid is via a liquid outlet 40 down from the case 10 removed, and the at least largely freed from the entrained liquid droplets clean gas leaves the separator via a clean gas outlet 42 , which according to the invention at the bottom (in the operating state of the separator) end of the housing 10 is arranged. The clean gas outlet 42 but could also be arranged in a different housing area. The raw gas inlet 38 flows into a hollow cuff 44 , which is the upper end of the pipe 24 surrounds and at the top of the housing 10 is attached. This cuff 44 has on its inner circumference an annular slot, the plurality of particular slot-shaped openings on the outer circumference of the tube 24 lie opposite, so that gas passage openings 48 arise for the raw gas to be purified and the raw gas from the interior of the cuff 44 in the central room 36 can flow in. On both sides (in the direction of the rotor axis 16 ) of the gas passage openings 48 can be between the inner circumference of the cuff 44 and the outer circumference of the tube 24 Sealant, z. B. sliding seals may be provided which in 1 have not been shown for simplicity and serve the purpose of connecting the central space 36 with the interior of the cuff 44 outside the gas passage openings 48 gas-tight.

Der erfindungsgemäße Abscheider, bei dem es sich um einen Zentrifugalabscheider mit einem Scheibengebläse als Rotor handelt, ist nun so gestaltet, dass sich mit ihm aus einem Aerosol Flüssigkeitströpfchen zumindest weitestgehend abscheiden lassen, deren Tröpfchengröße auch kleiner als 0,7 μm und insbesondere auch kleiner als 0,5 μm sein kann. 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 Motors, als auch außerhalb der Zylinderkopfhaube angeordnet sein.The separator according to the invention, which is a centrifugal separator with a disk blower as the rotor, is now designed such that liquid droplets can at least largely be separated therefrom from an aerosol whose droplet size is also smaller than 0.7 μm and in particular smaller than 0.5 microns can be. In particular, the invention relates to a Ölnebelabscheider in the form of such a centrifugal separator for the crankcase ventilation of a reciprocating internal combustion engine, as it is installed in the vent line of such engine between the crankcase and an intake pipe of the engine. Such a Ölnebelabscheider can be arranged both in a cylinder head cover of the engine, as well as outside the cylinder head cover.

Im Folgenden werden Details des Rotors 14 anhand der 1, 2, 3A und 3B beschrieben, wobei der Einfachheit halber in 2 die Gasdurchtrittsöffnungen 34 in der Umfangswand 32 des Rohrs 24 weggelassen wurden.Below are details of the rotor 14 based on 1 . 2 . 3A and 3B for simplicity's sake 2 the gas passage openings 34 in the peripheral wall 32 of the pipe 24 were omitted.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders weist der Rotor 14 einen Satz von Scheiben auf, und zwar eine Vielzahl von identisch gestalteten Scheiben 20 sowie die untere und die obere endständige Scheibe 20a bzw. 20b, wobei alle diese Scheiben mit gleichen Abständen (in Richtung der Rotorachse 16) voneinander angeordnet sind. Der Rotor 14 kann ferner eine mit der Rotorachse 16 koaxiale Rotormantelwand 50 aufweisen, welche vorzugsweise kreiszylindrisch gestaltet ist; diese Rotormantelwand umschließt den Satz von Scheiben 20, 20a, 20b, welche dann an ihren radial äußeren Enden mit der Rotormantelwand 50 fest verbunden sind, z. B. durch Schweißen oder Kleben.In the illustrated preferred embodiment of the separator according to the invention, the rotor 14 a set of discs, a variety of identically designed discs 20 as well as the lower and the upper terminal disk 20a respectively. 20b , with all these disks at equal intervals (in the direction of the rotor axis 16 ) are arranged from each other. The rotor 14 can also have one with the rotor axis 16 coaxial rotor shell wall 50 have, which is preferably designed circular-cylindrical; this rotor shell wall encloses the set of discs 20 . 20a . 20b , which then at their radially outer ends with the rotor shell wall 50 are firmly connected, z. B. by welding or gluing.

Anders als vorstehend beschrieben, ist es auch möglich, den Rotor 14 mit Hilfe der Antriebswelle 12 nicht zentral über das Rohr 24 anzutreiben, sondern die Rotormantelwand 50 drehantreibbar mit der Antriebswelle 12 zu verbinden, beispielsweise über speichenartige Verbindungselemente oder eine insbesondere kegelstumpfförmige Scheibe, welche einerseits mit der Antriebswelle 12 und andererseits mit dem unteren Ende der Rotormantelwand 50 fest verbunden ist.Other than described above, it is also possible to use the rotor 14 with the help of the drive shaft 12 not centrally over the pipe 24 to drive, but the rotor shell wall 50 rotatably drivable with the drive shaft 12 to connect, for example via spoke-like connecting elements or a particular frusto-conical disc, which on the one hand with the drive shaft 12 and on the other hand with the lower end of the rotor shell wall 50 is firmly connected.

Jeder der Spalte 22 verjüngt sich in bezüglich der Rotorachse 16 radialer Richtung stetig von innen nach außen, und zwar erfindungsgemäß bis zu den radial äußeren Enden der Scheiben 20, 20a, 20b, welche bei einer abgewandelten Ausführungsform des zeichnerisch dargestellten Abscheiders den Rotorumfang definieren, weil bei dieser Ausführungsform die Rotormantelwand 50 entfallen soll und infolge dessen die Scheiben 20, 20a, 20b nur an ihren radial inneren Enden an einem Träger befestigt sind, insbesondere an dem Rohr 24. Alternativ könnten die Scheiben insbesondere über zwischen ihnen angeordnete Distanzelemente miteinander zu einem Scheibenpaket verbunden sein, welches dann mit der Antriebswelle 12 in geeigneter Weise fest verbunden ist.Each of the column 22 tapers in relation to the rotor axis 16 radial direction from the inside to the outside, according to the invention to the radially outer ends of the discs 20 . 20a . 20b which define the rotor circumference in a modified embodiment of the separator shown in the drawing, because in this embodiment, the rotor shell wall 50 should be omitted and as a result, the discs 20 . 20a . 20b are attached only at their radially inner ends to a support, in particular on the tube 24 , Alternatively, the disks could in particular be connected to one another via spacer elements arranged between them to a disk package, which then with the drive shaft 12 is firmly connected in a suitable manner.

Die besondere, erfindungsgemäße Gestalt der Spalte 22 ergibt sich dadurch, dass jede der Scheiben 20, 20a, 20b auf ihrer einem Spalt 22 zugewandten Seite eine Scheibenstirnfläche aufweist, welche eine bezüglich der Rotorachse 16 konische Form hat – jede der Scheiben 20 hat eine solche konische untere Scheibenstirnfläche 20c und eine solche konische obere Scheibenstirnfläche 20d, die untere endständige Scheibe 20a hat eine solche konische obere Scheibenstirnfläche 20ad, und die obere endständige Scheibe 20b hat eine solche konische untere Scheibenstirnfläche 20bc. Wie sich aus 3B ergibt, hat jede der Scheiben 20 eine Scheibenmittelebene 20e, welche senkrecht zur Rotorachse 16 verläuft und zu der das Profil bzw. der Querschnitt der Scheibe 20 spiegelsymmetrisch gestaltet ist.The special, inventive shape of the column 22 This is due to the fact that each of the discs 20 . 20a . 20b on her one crack 22 facing side has a disc end face, which with respect to the rotor axis 16 conical Shape has - each of the discs 20 has such a conical lower disc face 20c and such a conical upper disc face 20d , the lower terminal disc 20a has such a conical upper disc face 20A d , and the upper terminal disk 20b has such a conical lower disc face 20bc , As it turned out 3B results, has each of the discs 20 a disk center plane 20e , which are perpendicular to the rotor axis 16 runs and to the profile or the cross section of the disc 20 is designed mirror-symmetrically.

Die 3B zeigt auch (siehe aber auch die 1), dass bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abscheiders jeder der Spalte 22 eine Spaltmittelebene 22e aufweist, welche senkrecht zur Rotorachse 16 verläuft und bezüglich welcher der Spalt spiegelsymmetrisch gestaltet ist.The 3B also shows (but see also the 1 ), that in preferred embodiments of the inventive separator, each of the column 22 a gap center plane 22e which is perpendicular to the rotor axis 16 runs and with respect to which the gap is designed mirror-symmetrically.

Bei dieser Ausführungsform weist der Rotor 14 für jeden Spalt 22 eine in 3A mit 52 bezeichnete Schlitzblende mit einer Blendenöffnung 54 auf, welche das radial äußere, das heißt das abströmseitige Ende des Spalts bis auf die Blendenöffnung 54 verschließt und so zu einer weiteren, und zwar sprunghaften Verkleinerung des Strömungsquerschnitts führt. Bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform werden alle Schlitzblenden 52 von der Rotormantelwand 50 gebildet; die Blendenöffnungen 54 werden für jeden Spalt vorzugsweise von schlitzförmigen, in der Spaltmittelebene 22e liegenden Öffnungen gebildet, die sich in Rotorumfangsrichtung erstrecken, jedoch zweckmäßigerweise an mehreren Stellen des Rotorumfangs unterbrochen sind, um eine einstückige Rotormantelwand 50 zu erhalten.In this embodiment, the rotor 14 for every gap 22 one in 3A With 52 designated slit diaphragm with an aperture 54 on which the radially outer, that is, the downstream end of the gap except for the aperture 54 closes and thus leads to a further, namely abrupt reduction of the flow cross-section. In the illustrated embodiment, all slit diaphragms 52 from the rotor shell wall 50 educated; the apertures 54 are preferably for each gap of slot-shaped, in the gap center plane 22e lying openings which extend in the rotor circumferential direction, but are advantageously interrupted at several points of the rotor circumference, to a one-piece rotor shell wall 50 to obtain.

Bei einer noch weiter verbesserten und in 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders weist die Gehäuseumfangswand 10a zumindest im Bereich des Rotors 14 auf ihrer diesem zugewandten Seite eine poröse Struktur auf, welche vorzugsweise von einer Faservliesauflage 60 gebildet wird, die mit der Gehäuseumfangswand 10a fest verbunden ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Faservliesauflage 60 nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in Richtung der Rotorachse 16 gasdurchlässig, in axialer Richtung vor allem aber auch für die abgeschiedene Flüssigkeit durchlässig ist, so dass Letztere unter dem Einfluss der Schwerkraft in der Faservliesauflage 60 nach unten fließen kann.At a still improved and in 4 illustrated embodiment of the separator according to the invention has the housing peripheral wall 10a at least in the area of the rotor 14 on its side facing this a porous structure, which preferably of a nonwoven fabric support 60 is formed with the housing peripheral wall 10a is firmly connected. It is advantageous if the fiber fleece pad 60 not only in the radial direction, but also in the direction of the rotor axis 16 permeable to gas, but above all permeable to the separated liquid in the axial direction, so that the latter is under the influence of gravity in the nonwoven fabric support 60 can flow down.

Anhand der 3A soll nun zunächst das Strömungs- bzw. Geschwindigkeitsprofil der Gasströmung durch einen Spalt 22 hindurch erläutert werden, welches sich aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Spalte 22 ergibt. Auf die Ausbildung der in 3A dargestellten Strömungs- bzw. Geschwindigkeitsprofile haben vor allem zwei Parameter einen wesentlichen Einfluss, nämlich die beiden folgenden Parameter:
Durch die sich an den Scheibenstirnflächen 20c, 20d, 20ad und 20bc ausbildenden Grenzschichten der Gasströmung wird Letztere an diesen Scheibenstirnflächen abgebremst,
Infolge der Verjüngung der Spalte 22 in radialer Richtung, das heißt in Strömungsrichtung der Gasströmung, sowie der Tatsache, dass in jedem Betriebszustand des erfindungsgemäßen Abscheiders pro Zeiteinheit ein bestimmtes Gasvolumen in einen Spalt 22 einströmt, und zwar am radial inneren Ende des betreffenden Spalts, muss die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der Nachbarschaft der erwähnten Grenzschichten in bezüglich der Rotorachse 16 radialer Richtung immer mehr zunehmen.Based on 3A Now, first, the flow or velocity profile of the gas flow through a gap 22 be explained, which due to the inventive design of the column 22 results. On the training of in 3A Above all, two parameters have a significant influence on the flow and velocity profiles shown, namely the two following parameters:
By the at the disc end faces 20c . 20d . 20A d and 20bc forming boundary layers of the gas flow, the latter is braked at these disc faces,
As a result of rejuvenation of the column 22 in the radial direction, that is to say in the flow direction of the gas flow, as well as the fact that in each operating state of the separator according to the invention per unit of time a certain volume of gas into a gap 22 flows in, at the radially inner end of the gap in question, the flow velocity of the gas in the vicinity of said boundary layers in relation to the rotor axis 16 radial direction increase more and more.

Deshalb ergeben sich die in 3A dargestellten Strömungs- bzw. Geschwindigkeitsprofile, wobei durch die Länge der in die 3A eingezeichneten Pfeile die Größe der örtlich unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeit qualitativ wiedergegeben wurde, und zwar zum einen im Bereich des einströmseitigen, das heißt radial inneren Endes des in 3A dargestellten Spalts 22 und zum anderen ungefähr in der Mitte des Strömungswegs der Gasströmung innerhalb des Spalts 22.That is why the in 3A represented flow or velocity profiles, wherein by the length of the in the 3A drawn arrows the size of the locally different flow velocity was reproduced qualitatively, and on the one hand in the region of the inflow, that is radially inner end of in 3A shown gaps 22 and second, approximately in the middle of the flow path of the gas flow within the gap 22 ,

Durch die erfindungsgemäße Neigung der Scheibenstirnflächen relativ zur Hauptströmungsrichtung des Gases (diese verläuft bei der dargestellten Ausführungsform in bezüglich der Rotorachse 16 radialer Richtung) sowie das durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Abscheiders herbeigeführte Strömungs- bzw. Geschwindigkeitsprofil der Gasströmung werden alle sich in der Gasströmung befindenden Flüssigkeitströpfchen nicht nur in bezüglich der Rotorachse 16 radialer Richtung, sondern auch in Richtung auf beide, einen Spalt 22 begrenzenden Scheibenstirnflächen transportiert und an den Letzteren sowie in der Nachbarschaft der Scheibenstirnflächen aufkonzentriert; dies führt nicht nur zu einer Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen an den Scheibenstirnflächen, sondern vor allem zu einer signifikanten Erhöhung der Wahrscheinlichkeit einer Koaleszenz zwischen Flüssigkeitströpfchen und dadurch der Bildung größerer Tropfen. Auch Flüssigkeitströpfchen mit einer Größe von weniger als 0,7 μm koaleszieren so aufgrund der verhältnismäßig großen Trägheit größerer Flüssigkeitströpfchen mit den Letzteren.Due to the inventive inclination of the disc end faces relative to the main flow direction of the gas (this runs in the illustrated embodiment with respect to the rotor axis 16 radial direction) as well as the flow or velocity profile of the gas flow brought about by the design of the separator according to the invention, all liquid droplets located in the gas flow are not only in relation to the rotor axis 16 radial direction, but also towards both, a gap 22 transported bordering disc faces and concentrated at the latter and in the vicinity of the disc faces; This not only leads to a separation of liquid droplets at the disk end faces, but above all to a significant increase in the probability of coalescence between liquid droplets and thereby the formation of larger droplets. Also, liquid droplets of less than 0.7 microns will thus coalesce with the latter due to the relatively large inertia of larger droplets of liquid.

In 3B ist nur schematisch und natürlich auch nur qualitativ der Weg eines Flüssigkeitströpfchens 70 dargestellt, auf welchem sich dieses durch einen Spalt 22 bewegt, wobei sich das Flüssigkeitströpfchen nicht nur in radialer Richtung nach außen, sondern auch in Richtung auf eine der Scheibenstirnflächen bewegt.In 3B is only schematically and of course only qualitatively the way of a liquid droplet 70 represented, on which this through a gap 22 moves, wherein the liquid droplet moves not only in the radial outward direction, but also in the direction of one of the disc end faces.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Spalte 22 des Abscheiders wird aber nicht nur die Abscheidewirkung des Rotors verbessert, sondern der im Prinzip als Reibungs- bzw. Scheibengebläse gestaltete Rotor führt im Vergleich zu bekannten Bauformen von Reibungsgebläsen auch zu einer Erhöhung der Förderwirkung infolge der sich stromabwärts verjüngenden Spalte. Due to the inventive design of the column 22 the separator but not only the separation efficiency of the rotor is improved, but designed in principle as a friction or disk blower rotor leads in comparison to known types of friction blowers also to an increase in the conveying effect due to the downstream tapered column.

Die sich in Durchströmrichtung verjüngenden Spalte 22 führen auch zu einer derartigen Beschleunigung der Gasströmung, dass auch ohne die Schlitzblenden 52 das zu reinigende Gas mit einer so hohen Strömungsgeschwindigkeit am Rotorumfang aus jedem der Spalte 22 austritt, dass die Gehäuseumfangswand 10a als Prallwand wirkt, an der weitere Flüssigkeitströpfchen aus der Gasströmung abgeschieden werden. Durch die Verwendung der Schlitzblenden 52 wird die Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases noch weiter erhöht und damit auch die Abscheideeffizienz der als Prallwand wirkenden Gehäuseumfangswand 10a erhöht.The in the flow direction tapered column 22 also lead to such an acceleration of gas flow, that even without the slit diaphragms 52 the gas to be cleaned with such a high flow velocity at the rotor circumference from each of the gaps 22 exits that the housing peripheral wall 10a acts as a baffle, are deposited at the more liquid droplets from the gas flow. By using the slit diaphragms 52 the flow rate of the gas to be purified is further increased and thus also the separation efficiency of the housing peripheral wall acting as a baffle wall 10a elevated.

Weist die Gehäuseumfangswand 10a im Umfangsbereich des Rotors 14 an ihrer diesem zugewandten Seite eine poröse Struktur auf, so wie dies bei der in 4 dargestellten Ausführungsform aufgrund der Faservliesauflage 60 der Fall ist, wird die Abscheideeffizienz der von der Gehäuseumfangswand 10a gebildeten zweiten Abscheidestufe noch zusätzlich erhöht, und zwar durch Diffusion des zu reinigenden Gases samt noch mitgeführter Flüssigkeitströpfchen in diese poröse Struktur und/oder innerhalb dieser porösen Struktur. Dabei ist es von Vorteil, dass der durch eine solche poröse Struktur hervorgerufene Druckverlust (Differenz des Gasdrucks vor und hinter dem Abscheider) durch die Wirkung des erfindungsgemäß gestalteten Rotors als Reibungsgebläse kompensiert werden kann.Indicates the housing peripheral wall 10a in the peripheral region of the rotor 14 on its side facing this on a porous structure, as in the in 4 illustrated embodiment due to the fiber fleece overlay 60 the case is, the deposition efficiency of the housing peripheral wall 10a formed second separation stage still further increased, by diffusion of the gas to be cleaned together with still entrained liquid droplets in this porous structure and / or within this porous structure. It is advantageous that the pressure loss caused by such a porous structure (difference of the gas pressure in front of and behind the separator) can be compensated by the effect of the inventively designed rotor as a friction fan.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1273335 B1 [0002]
US 6821319 B1 [0002]
EP 1532353 B1 [0013]

Claims

Separator for separating liquid droplets from an aerosol, in particular oil separator for the crankcase ventilation of a reciprocating internal combustion engine, having a rotor rotatably driven in a housing, rotatable around a rotor axis, which has a set of concentric with the rotor axis, arranged parallel to each other discs, which in the direction the rotor axis are spaced from each other, with a Gasströmungspfad between a Rohgaseinlass for a liquid droplets entraining gas and a clean gas outlet for the liquid droplets at least substantially freed gas, with a liquid outlet for the separated liquid and with an annular space between the periphery of the rotor and a surrounding this circumferential wall of the housing, wherein adjacent disks each form a concentric with the rotor axis, to be traversed by the gas gap, the radia thereof l inner region communicates with the raw gas inlet and its radially outer region with the annular space which is connected to the clean gas outlet and into which the liquid outlet opens, characterized in that at least in a plurality of the gaps, the measured in the direction of the rotor axis gap width with respect to Rotor axis reduced radial direction from inside to outside.

Separator according to claim 1, characterized in that the gap is delimited by end faces of two discs forming the gap, of which at least one is conical with respect to the rotor axis.

Separator according to claim 2, characterized in that both the gap forming end faces are conical.

Separator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gap has a center plane perpendicular to the rotor axis.

Separator according to claim 4, characterized in that the gap is designed mirror-symmetrically to its center plane.

Separator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the discs are arranged perpendicular to the rotor axis.

Separator according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least the plurality of discs each having a vertical axis perpendicular to the rotor axis center plane, with respect to which the end faces of each of these plurality of discs are designed mirror-symmetrical.

Separator according to one of claims 1 to 7, characterized in that apart from the two with respect to the rotor axis end disks all discs are designed identically.

Separator according to one of claims 1 to 8, characterized in that all the gaps are identical.

Separator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the discs are arranged at equal intervals from each other.

Separator according to one of claims 1 to 10, characterized in that the flow cross-section formed by the gap is reduced at least in a plurality of gaps on the rotor circumference by leaps and bounds.

Separator according to claim 11, characterized in that the abrupt reduction of the flow cross-section is effected by an aperture provided on the rotor circumference with an elongated and narrow aperture extending in the circumferential direction of the rotor.

Separator according to claims 4 and 12, characterized in that the aperture is in the region of the gap center plane.

Separator according to claim 12 or 13, characterized in that a rotor shell wall is provided on the rotor circumference, in which the apertures are formed.

Separator according to one of claims 1 to 14, characterized in that the housing peripheral wall has such a small radial distance from the rotor circumference that impinge on the circumference of the rotor from this radially emerging gas jets on the housing peripheral wall and are deflected so sharply at this, that the housing peripheral wall forms a second deposition element for the liquid droplets downstream of the rotor.

Separator according to one of claims 1 to 15, characterized in that the housing peripheral wall in the region of the rotor on its side facing this has a porous, in particular gas-permeable structure and is arranged at such a small radial distance from the rotor circumference, that it is a second downstream of the rotor Forming separator for liquid droplets formed, which are carried on the circumference of the rotor from this emerging in the radial direction gas jets.

Separator according to claim 16, characterized in that the porous structure is formed by a non-woven fabric support.