DE102010048484B4

DE102010048484B4 - Separator for liquid droplets from an aerosol

Info

Publication number: DE102010048484B4
Application number: DE102010048484.9A
Authority: DE
Inventors: Gabriele Gorbach; Manfred Piesche; Malte Junker
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: DE102010048484A8; DE102010048484A1

Abstract

Abscheider zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem Aerosol, insbesondere Ölabscheider für die Kurbelgehäuseentlüftung eines Hubkolben-Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse (10) angeordneten, um eine Rotorachse (16) drehantreibbaren Rotor (14), der einen Satz von mit der Rotorachse konzentrischen, parallel zueinander angeordneten Scheiben (20, 20a, 20b) aufweist, welche in Richtung der Rotorachse in Abständen voneinander angeordnet sind, mit einem Gasströmungspfad zwischen einem Rohgaseinlass (38) für ein abzuscheidende Flüssigkeitströpfchen mitführendes Gas und einem Reingasauslass (42) für das von den Flüssigkeitströpfchen mindestens weitgehend befreite Gas, mit einem Flüssigkeitsauslass (40) für die abgeschiedene Flüssigkeit sowie mit einem Ringraum (18) zwischen dem Umfang des Rotors und einer diesen umschließenden Umfangswand (30) des Gehäuses, wobei einander benachbarte Scheiben zwischen sich jeweils einen mit der Rotorachse konzentrischen, vom Gas zu durchströmenden Spalt (22) 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, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei einer Mehrzahl der Spalte (22) sich die in Richtung der Rotorachse (16) gemessene Spaltbreite in bezüglich der Rotorachse radialer Richtung von innen nach außen verkleinert.Separator for separating liquid droplets from an aerosol, in particular oil separator for the crankcase ventilation of a reciprocating piston internal combustion engine, with a rotor (14) which is arranged in a housing (10) and can be driven in rotation about a rotor axis (16) and has a set of concentric with the rotor axis, disks (20, 20a, 20b) arranged parallel to one another, which are arranged at intervals from one another in the direction of the rotor axis, with a gas flow path between a raw gas inlet (38) for a gas to be separated and a clean gas outlet (42) for the gas carried by the liquid droplets at least largely freed gas, with a liquid outlet (40) for the separated liquid and with an annular space (18) between the circumference of the rotor and a circumferential wall (30) of the housing surrounding it, with adjacent disks between each other one concentric with the rotor axis to flow through from the gas Forming gap (22) whose radially inner area communicates with the raw gas inlet and whose radially outer area communicates with the annular space which is connected to the clean gas outlet and into which the liquid outlet opens, characterized in that at least a plurality of the gaps (22) the gap width measured in the direction of the rotor axis (16) decreases from the inside to the outside in the radial direction with respect to the rotor axis.

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 fluid flow machine in the mode of operation of a separator for separating liquid droplets from an aerosol, in particular an oil separator for the crankcase ventilation of a reciprocating piston internal combustion engine, with a rotor which is arranged in a housing and can be driven to rotate about a rotor axis, which has a set of with the Rotor axis having concentric, parallel to each other arranged disks, which are arranged in the direction of the rotor axis at a distance from each other, with a gas flow path between a raw gas inlet for a liquid to be separated entrained gas and a clean gas outlet for the gas at least largely freed from the liquid droplets, with a liquid outlet for the separated liquid and with an annular space between the circumference of the rotor and a circumferential wall of the housing that surrounds it, with adjacent disks between each one concentric with the rotor axis form the gap through which the gas flows, the radially inner area of which communicates with the raw gas inlet and the radially outer area of which communicates 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 piston 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 these plate separators, the discs have the shape of frustoconical plates which follow one another in the direction of the rotor axis in such a way that the concave side of one plate faces the convex side of the adjacent plate. Such plate separators result, for example, from EP 1 273 335 B1 or the corresponding one US 6,821,319 B1 , namely also with such an operating mode that the gaps or gaps between the plates are flowed through by the gas to be cleaned in a radial direction from the inside to the outside. In such a centrifugal separator designed as a plate separator, the gas flowing through the spaces between the plates is accelerated by the rotating plate, whereby the liquid droplets carried along by the gas are also accelerated in the radial direction as a result of the centrifugal forces acting on them and thus mostly on the concave sides of the truncated cone-shaped plates strike; the oil thus separated on the plates is thrown off by the rotating plates on the outer circumference of the rotor and reaches the annular space between the rotor and the surrounding housing wall and then into the liquid outlet opening into this annular space.

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.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 depending 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 through so-called downsizing and direct injection of the fuel and the charging of the engines leads to higher gas pressures in the combustion chambers (cylinders); With these increasing gas pressures, however, there is a reduction in the size of the oil droplets carried along by the blow-by gases, which, due to their lower mass, can be separated from the blow-by gases much more poorly by the known inertial and centrifugal separators. A significant entry of oil into the intake tract of the engine must be avoided, not only because otherwise the engine would otherwise use more engine oil during operation, but also because this would increase exhaust emissions, deposits on the turbocharger and a charge air cooler caused by it are formed at the intake valves of the engine and, due to the changing combustion properties, the function of the particulate filter in the engine's exhaust system 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 μm can be separated by the known disk separators either only insufficiently or, if at all, only with a very high energy expenditure for driving the rotor at very high speeds. In addition, an optimization of the separation efficiency of the plate 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 was therefore based on the object of creating a separator of the type mentioned, which has a better separation efficiency than the known disk separators even for fine and finest liquid droplets, without the need to increase the speed of the rotor or the disks.

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, to solve this problem, it is proposed to design the rotor as a friction fan or pump in the form of a disc fan (also called a disc pump), in such a way that the coalescence of fine and finest liquid droplets to larger liquid droplets and the degree of separation promoted is enhanced 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.A separator according to the invention of the type defined at the outset is characterized in that at least for a majority of the gaps, i.e. the spaces between adjacent disks, the gap width measured in the direction of the rotor axis decreases in a 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 context it should be pointed out that in the known disk separators and disk blowers, the spaces between the adjacent disks or plates have the same width everywhere, since the disks or plates have the same wall thickness everywhere and the opposing wall surfaces of adjacent disks or plates run parallel to each other.

Dies gilt auch für den in der eingangs genannten EP 1 273 335 B1 gezeigten Tellerseparator sowie für die sich aus der WO 2006/132577 A1 und der DE 10 2007 054 921 A1 ergebenden Tellerseparatoren, bei welchen die Scheiben jeweils einen radial inneren, ebenen und senkrecht zur Rotorachse verlaufenden Bereich und einen sich hieran anschließenden radial äußeren, kegelstumpfförmigen Bereich aufweisen und der von einander benachbarten Scheiben gebildete Spalt überall dieselbe Spaltbreite besitzt (stets gemessen senkrecht zu den an der Messstelle einander gegenüberliegenden Bereichen der einander zugewandten Scheibenstirnflächen).This also applies to the one mentioned in the introduction EP 1 273 335 B1 plate separator shown as well as for the WO 2006/132577 A1 and the DE 10 2007 054 921 A1 resulting plate separators, in which the disks each have a radially inner, flat and perpendicular to the rotor axis area and an adjoining radially outer, frustoconical area and the gap formed by adjacent disks has the same gap width everywhere (always measured perpendicular to the Measuring point opposite areas of the facing disc end faces).

Bei dem sich aus der JP S61-140112 U ergebenden Ölabscheider ist eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte und in Betrieb rotierende Welle mit in Richtung der Wellenachse voneinander beabstandeten flachen kreisringförmigen Scheiben versehen, und in die von jeweils zwei einander benachbarten Scheiben gebildeten Zwischenräume greifen in Richtung der Wellenachse gleichfalls voneinander beabstandete kreisringförmige Stege von Gehäuseabschnitten ein, und zwar in bezüglich der Wellenachse radialer Richtung von außen nach innen derart, dass jeder dieser Stege symmetrisch zur Mittelebene des zugehörigen Zwischenraums angeordnet und in Richtung der Wellenachse von den beiden benachbarten Scheiben der Welle beabstandet ist. Das dem Abscheideprozess zu unterwerfende Medium durchströmt die Zwischenräume zwischen den Scheiben und den Stegen.The JP S61-140112 U The resulting oil separator is a shaft mounted rotatably in a housing and rotating in operation with flat circular disks spaced from each other in the direction of the shaft axis, and the intermediate spaces formed by two adjacent disks engage in the direction of the shaft axis likewise spaced apart circular webs of housing sections in a radial direction with respect to the shaft axis from the outside to the inside in such a way that each of these webs is arranged symmetrically to the central plane of the associated space and is spaced apart in the direction of the shaft axis from the two adjacent disks of the shaft. The medium to be subjected to the separation process flows through the spaces between the panes and the webs.

Schließlich geht aus der JP H07-150925 A ein in einer Entlüftung liegender Ölabscheider hervor, welcher einen in einem Gehäuse drehbar gelagerten, länglichen Rotor mit einem zur Rotorachse konzentrischen Längskanal aufweist; Letzterer ist gegen eine mit dem Rotor fest verbundene kreisscheibenförmige Stirnplatte gerichtet, die in ihrer dem Rotor zugewandten Stirnfläche mit radialen Nuten versehen ist, deren Breite, ausgehend vom Zentrum der Stirnplatte, radial nach außen abnimmt.Finally goes out of the JP H07-150925 A an oil separator protruding in a vent, which has an elongated rotor rotatably mounted in a housing and having a longitudinal channel concentric to the rotor axis; The latter is directed against a circular disk-shaped end plate firmly connected to the rotor, which is provided with radial grooves in its end face facing the rotor, the width of which decreases radially outward from the center of the end plate.

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 in the following, in a separator according to the invention, the design of the gaps or of the disks enclosing the gaps between them leads to the fact that, due to a flow profile or profile of the gas flow velocity that forms in the gas flow between the disks, those carried along by the gas flow Liquid droplets are transported in the direction of both disk wall surfaces delimiting a gap, as a result of which the concentration of the liquid droplets and thus the probability of coalescence of liquid droplets is significantly increased in the region of these disk wall surfaces. Even the finest liquid droplets, in particular with a size of less than 0.7 μm, can then coalesce with larger liquid droplets due to the relatively great inertia. 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 forms on the disks, which is thrown off the rotor and permanently deposited on the housing wall that is located downstream of the rotor and encloses 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 in that liquid droplets are concentrated on the two disk wall surfaces delimiting a gap and separated on the latter, because this difference would also exist if one was known as a disk fan designed friction fan would use in a separator, because even with these friction fans, the disks are not profiled so that the gaps between the disks taper in the direction of flow of the conveyed medium. It should also be pointed out that this tapering of the gaps according to the invention in the direction of flow can improve the conveying effect of the disk fan.

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 is also pointed out that the separation efficiency can also be achieved in an otherwise conventionally designed plate separator 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 respective gaps between two disks do not have to be in the circumferential direction of the rotor (apart from their tapering according to the invention in the flow direction) be designed in the same way everywhere 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 is the case, for example, with the one in FIG 2 the EP 1 532 353 B1 illustrated plate separator 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 in the rotor are designed in such a way 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 is steadily reduced everywhere in the radial direction from the inside to the outside and sudden changes in the gap width are thus 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 also 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 area 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 operated in certain ranges of the size of the gas volume flowing through the separator per unit of time in a self-regulating manner, namely in spite of the time-changing volume flow at a constant speed, but because of its conveying effect, the separator according to the invention can also be used to regulate the pressure prevailing in the crankcase for which purpose the rotor speed is varied, i.e. controlled, as a function of the pressure in the crankcase. In this context, the following should be noted:

For crankcase ventilation, the pressure in the crankcase ventilation line after the separator is specified by the gas pressure in the engine's intake system. If the amount of blow-by gas occurring per unit of time increases during engine operation, this initially leads to an increase in the gas pressure in the crankcase. Since the gas pressure in the crankcase ventilation line after the separator, which also acts as a fan, is higher than in the crankcase, this leads to a reduction in the difference in gas pressure upstream and downstream of the separator and thus to an increase in the gas delivery rate according to the fan characteristic. 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 kind of control behavior of the separator during engine operation, since the fan continuously adapts to changing operating states of the engine and peaks the gas pressure of the blow-by gas is reduced by increasing the 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 delimited by end faces of these disks, at least one of which is conical so that the gap tapers in the direction of gas flow. The other end face could then, for example, lie in a plane perpendicular to the rotor axis. A further improved separation efficiency of the separator according to the invention results, however, when both the end faces of the two disks forming the gap are conical, since the probability of a coalescence of liquid droplets in the areas of the two disk end faces delimiting the gap as well as for the separation of liquid droplets then increases 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.

Based on the above explanations, it is also understandable 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 central plane, this central plane preferably running 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, at least the majority of the disks advantageously each having a central plane perpendicular to the rotor axis, with respect to which the end faces of the respective disk are designed to be mirror-symmetrical.

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 disks at the end with respect to the rotor axis (that is, the first and last disks seen in the direction of the rotor axis), 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 can also be advantageous if the distances between adjacent disks are all the same, although it can also be advantageous to dimension the distances differently with regard to a possibly uneven distribution of the raw gas flow over the gaps. 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 jumps, this should not exclude the following embodiment of the separator according to the invention:

In this case, the gap width is reduced by leaps and bounds at least for a majority of the gaps on the rotor circumference in order to create a narrowed outlet cross-section for the gas flows and thereby significantly increase the gas flow speed on the rotor circumference once again, whereby the housing circumferential wall surrounding the rotor acts as a baffle wall Inertial separation of liquid droplets takes place. This measure of sudden reduction in 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 abrupt reduction in the gap width is brought about by a diaphragm provided on the rotor circumference with an elongated and narrow diaphragm opening extending in the rotor circumferential direction, which is preferably in the area of the gap center plane. The simplest way of designing the construction is to provide a rotor casing wall on the rotor circumference, in which a diaphragm opening is formed for each gap, which aperture can be interrupted in the rotor circumferential direction in order to obtain a one-piece rotor casing 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 circumferential housing wall has such a small radial distance from the rotor circumference that gas jets emerging from it in the radial direction on the circumference of the rotor impinge on the circumferential housing wall in such a way and so sharply be deflected so that the circumferential housing wall forms a second separating element for the liquid droplets, which is arranged downstream of the rotor.

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 circumferential wall in the area of the rotor has a porous and in particular gas-permeable structure on its side facing it and is arranged at such a small radial distance from the rotor circumference that it is a part of the rotor downstream second separating element for liquid droplets, which are carried along by gas jets emerging from the rotor in the radial direction on the circumference of the rotor. The easiest way to create this porous structure is to use a fiber fleece layer.

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 spaces (gaps) between the panes to increase the separation efficiency, in particular by swirl elements to generate a rotation of the gas and / or by guide 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:

1 einen schematischen axialen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders;
2 eine schaubildliche Darstellung eines aufgeschnittenen Teils des Rotors dieses Abscheiders;
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;
3B den in 3A dargestellten Abscheiderbereich mit einer Darstellung eines typischen Wegs eines Flüssigkeitströpfchens zwischen zwei einander benachbarten Scheiben, und
4 einen Schnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders mit einer den Rotorumfang umschließenden Faservliesauflage auf der Innenseite der Gehäuse umfangswand.

Further features, advantages and details of the invention emerge from the accompanying drawings and the following description of particularly advantageous embodiments of the separator according to the invention; show in the drawing:

1 a schematic axial section through a first embodiment of the separator according to the invention;
2 a diagrammatic representation of a cut-open part of the rotor of this separator;
3A an excerpt from according to 2 left area of the rotor including the adjacent circumferential housing wall with a representation of the flow profile or velocity profile of the gas flow between two adjacent disks in a gap between two adjacent disks, namely in the area of the entry of the gas flow into the gap delimited by the two disks and in a radially approximately central gap area;
3B the in 3A shown separator area with a representation of a typical path of a liquid droplet between two adjacent discs, and
4th a section through part of a second embodiment of the separator according to the invention with a non-woven fabric layer surrounding the rotor circumference on the inside of the housing circumferential 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 The separator, shown only very schematically in an axial section for the sake of simplicity, has a housing 10 , in which a drive shaft 12 for a rotor designed as a disk fan 14th by means not shown around a rotor axis 16 is rotatably mounted and immovable in the axial direction. The drive shaft 12 can be driven by any means known in fluid flow machines and in particular in centrifugal separators, for example by a hydraulic motor, but an electric motor is preferred. The rotor 14th is from a perimeter wall 10a of the housing 10 enclosed, with an annular space between the rotor and this peripheral wall 18th is located. It is recommended to use the rotor and the peripheral wall 10a rotationally symmetrical to the rotor axis 16 to design, although it would in principle also be possible to design the rotor differently, for example so that its circumference in a view in the direction of the rotor axis 16 forms a polygon - it only has 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 14th assigns a set of disks 20th on, which can all be designed identically, but need not, and in practice they are made in accordance with 1 bottom and top pane 20a or. 20b be designed flat at the bottom or top and only on their respective other side so that all the spaces between the panes 20th are designed identically. How out 1 results, each of these spaces has the shape of one with the rotor axis 16 concentric annular gap 22nd .

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 can be seen from the above, in preferred embodiments of the separator according to the invention, the disks are 20th with in the direction of the rotor axis 16 equally spaced from each other. For this purpose you can use the discs 20th , 20a , 20b in 1 Spacer elements (not shown) may be provided, for example in the form of ribs running in the radial direction, via which the disks are connected to one another to form a stable body. At the in 1 The disks are a very simplified and schematically illustrated embodiment 20th , 20a , 20b but on a pipe 24 attached, which by means of two end disks 26th and 28 closed at the bottom and top and on the drive shaft 12 so attached that the pipe 24 and the discs 20th , 20a , 20b one with respect to the rotor axis 16 Form a rotationally symmetrical structure. The front disk 26th closes together with the drive shaft 12 the central area of the lowest disc 20a , and the central area of the topmost disc 20b could be closed with an equivalent element, with the help of which also the top disc 20b on the drive shaft 12 is attached, but this element would have to be in the direction of the rotor axis 16 Be gas-permeable, for example have gas passage openings. It should also be mentioned that the drive shaft 12 gas-tight from the bottom of the housing 10 led out, the uppermost end disk 28 gas-tight on the drive shaft 12 attached and the pipe 24 on top of the case 10 can be led out gas-tight from the latter, there between the housing 10 and the pipe 24 in addition to a ring seal, not shown, a sliding or roller bearing, also not shown, could be provided around the tube 24 and thus the drive shaft 12 rotatable and axially immovable at the top of the housing.

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 bottom and the top pane 20a , 20b of the rotor 14th has a peripheral wall 32 of the tube 24 in the area of the column 22nd Gas passage openings 34 on so that the column 22nd with a central room 36 communicate, which surrounds the peripheral wall 32 and which 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.An aerosol consisting of a gas to be cleaned and liquid droplets carried along by it is introduced via a raw gas inlet 38 , which could be provided in the upper or lower area of the housing, into the central space 36 initiated; by the rotor designed according to the invention as a disk fan 14th Liquid separated out in a manner yet to be described is discharged via a liquid outlet 40 from the bottom of the case 10 discharged, and the clean gas at least largely freed from the entrained liquid droplets leaves the separator via a clean gas outlet 42 , which according to the invention at the lower (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.

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.The raw gas inlet 38 opens into a hollow cuff 44 showing the top of the tube 24 surrounds and on top of the housing 10 is attached. This cuff 44 has an annular slot on its inner circumference to which several, in particular, slot-shaped openings on the outer circumference of the tube 24 are opposite, so that gas openings 48 for the raw gas to be cleaned 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 between the inner circumference of the cuff 44 and the outer circumference of the pipe 24 Sealing means, for example sliding seals, can be provided, which in 1 for the sake of simplicity not shown and serve the purpose of connecting the central space 36 with the interior of the cuff 44 outside of the gas passage openings 48 to design 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 fan as a rotor, is now designed so that it can be used to at least largely separate liquid droplets from an aerosol, the droplet size of which is also smaller than 0.7 μm and in particular also smaller than Can be 0.5 µm. In particular, the invention relates to an oil mist separator in the form of such a centrifugal separator for the crankcase ventilation of a reciprocating piston internal combustion engine, as it is installed in the ventilation line of such an engine between the crankcase and an intake pipe of the engine. Such an oil mist separator can be arranged both in a cylinder head cover of the engine and 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.The following are details of the rotor 14th based on 1 , 2 , 3A and 3B described, for the sake of simplicity in 2 the Gas passage openings 34 in the peripheral wall 32 of the tube 24 have been 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 14th a set of disks, namely a plurality of identically shaped disks 20th as well as the lower and the upper terminal disk 20a or. 20b , with all these disks equidistant (in the direction of the rotor axis 16 ) are arranged from each other. The rotor 14th can also be one with the rotor axis 16 coaxial rotor jacket wall 50 have, which is preferably designed circular cylindrical; this rotor jacket wall encloses the set of disks 20th , 20a , 20b which then at their radially outer ends with the rotor shell wall 50 are firmly connected, for example 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 14th with the help of the drive shaft 12 not centrally over the pipe 24 to drive, but the rotor shell wall 50 rotatable with the drive shaft 12 to be connected, for example via spoke-like connecting elements or a particularly frustoconical 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 22nd tapers in relation to the rotor axis 16 radial direction steadily from the inside to the outside, according to the invention up to the radially outer ends of the disks 20th , 20a , 20b which, in a modified embodiment of the separator shown in the drawing, define the rotor circumference, because in this embodiment the rotor jacket wall 50 should be omitted and as a result the discs 20th , 20a , 20b are only attached to a carrier at their radially inner ends, in particular to the pipe 24 . Alternatively, the disks could be connected to one another, in particular via spacer elements arranged between them, to form a disk package, which then is connected to 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 22nd arises from the fact that each of the discs 20th , 20a , 20b on her one crack 22nd facing side has a disk end face, which with respect to the rotor axis 16 has a conical shape - each of the discs 20th has such a conical lower disk face 20c and such a conical upper disc face 20d , the lower terminal disk 20a has such a conical upper disc face 20ad , and the upper terminal disc 20b has such a conical lower disk face 20bc . How out 3B each of the disks has 20th a disk center plane 20e which is perpendicular to the rotor axis 16 runs and to which the profile or the cross section of the disc 20th 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 separator according to the invention each of the gaps 22nd 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 14th for every gap 22nd one in 3A slot diaphragm denoted by 52 with a diaphragm opening 54 on which the radially outer, that is to say the downstream end of the gap up to the aperture 54 closes and thus leads to a further, and indeed abrupt, reduction in the flow cross-section. In the embodiment shown in the drawing, all slit diaphragms 52 from the rotor shell wall 50 educated; the aperture openings 54 are preferably slit-shaped for each gap in the gap center plane 22e lying openings are formed, which extend in the rotor circumferential direction, but are expediently interrupted at several points on the rotor circumference, around a one-piece rotor jacket 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.With an even further improved and in 4th The illustrated embodiment of the separator according to the invention has the housing peripheral wall 10a at least in the area of the rotor 14th on its side facing this a porous structure, which is preferably made of a nonwoven fabric 60 is formed that with the housing peripheral wall 10a is firmly connected. It is advantageous if the fiber fleece overlay 60 not only in the radial direction, but also in the direction of the rotor axis 16 gas-permeable, but above all also permeable to the separated liquid in the axial direction, so that the latter is under the influence of gravity in the fiber fleece layer 60 can flow downwards.

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,

Based on 3A is now the flow or velocity profile of the gas flow through a gap 22nd be explained through, which is due to the inventive design of the column 22nd results. The training of the in 3A The flow and velocity profiles shown have two parameters in particular have a significant influence, namely the following two parameters:

Due to the on the disc front surfaces 20c , 20d , 20ad and 20bc forming boundary layers of the gas flow, the latter is slowed down at these disc end faces,

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.As a result of the tapering of the column 22nd in the radial direction, that is to say in the flow direction of the gas flow, as well as the fact that in every operating state of the separator according to the invention a certain gas volume per unit of time is in a gap 22nd flows in, namely at the radially inner end of the gap in question, the flow velocity of the gas in the vicinity of the boundary layers mentioned must be in relation to the rotor axis 16 increasing in the radial direction.

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 shown flow or velocity profiles, whereby the length of the in the 3A arrows drawn the size of the locally different flow velocity was reproduced qualitatively, on the one hand in the area of the inflow-side, that is, radially inner end of the in 3A illustrated gap 22nd and on the other hand approximately in the middle of the flow path of the gas flow within the gap 22nd .

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 inclination according to the invention of the disk end faces relative to the main flow direction of the gas (this runs in the illustrated embodiment in relation 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 in the gas flow are not only in relation to the rotor axis 16 radial direction, but also towards both, a gap 22nd bounding disc end faces transported and concentrated on the latter and in the vicinity of the disc end faces; this not only leads to a deposition of liquid droplets on the disc end faces, but above all to a significant increase in the probability of coalescence between liquid droplets and thereby the formation of larger droplets. Even liquid droplets with a size of less than 0.7 µm coalesce with the latter due to the relatively great inertia of larger liquid droplets.

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 path of a liquid droplet 70 shown, on which this is through a gap 22nd moves, wherein the liquid droplet moves not only in the radial direction outward, 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.The inventive design of the column 22nd The separator not only improves the separating effect of the rotor, but the rotor, which is designed in principle as a friction or disk fan, also leads to an increase in the conveying effect compared to known designs of friction fans due to the gaps tapering downstream.

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 gaps tapering in the direction of flow 22nd also lead to such an acceleration of the gas flow that even without the slit diaphragms 52 the gas to be cleaned with such a high flow velocity on the rotor circumference from each of the gaps 22nd emerges that the housing peripheral wall 10a acts as a baffle on which further liquid droplets are separated from the gas flow. By using the slit diaphragms 52 the flow rate of the gas to be cleaned is increased even further, and thus also the separation efficiency of the circumferential housing wall acting as a baffle 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.Shows the circumferential wall of the housing 10a in the circumferential area of the rotor 14th on its side facing this a porous structure, as is the case with the in 4th illustrated embodiment due to the fiber fleece layer 60 is the case, the separation efficiency becomes that of the housing peripheral wall 10a formed second separation stage is additionally increased, namely by diffusion of the gas to be cleaned together with the liquid droplets still entrained into this porous structure and / or within this porous structure. It is advantageous here that the pressure loss caused by such a porous structure (difference in gas pressure upstream and downstream of the separator) can be compensated for by the effect of the rotor designed according to the invention as a friction fan.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Gehäusecasing
10a10a: UmfangswandPerimeter wall
1212: Antriebswelledrive shaft
1414th: Rohrpipe
1616: RotorachseRotor axis
1818th: RingraumAnnulus
2020th: ScheibenDiscs
20a20a: unterste Scheibebottom pane
20b20b: oberste Scheibetop disc
20c20c: untere Scheibenstirnflächelower disc face
20d20d: obere Scheibenstirnflächeupper disc face
20ad20ad: obere Scheibenstirnflächeupper disc face
20bc20bc: untere Scheibenstirnflächelower disc face
20e20e: ScheibenmittelebeneDisc center plane
2222nd: Spaltgap
22e22e: SpaltmittelebeneGap center plane
2424: Rohrpipe
2626th: StirnscheibeEnd disk
2828: StirnscheibeEnd disk
3030th: UmfangswandPerimeter wall
3434: GasdurchtrittsöffnungenGas passage openings
3636: ZentralraumCentral room
3838: RohgaseinlassRaw gas inlet
4040: FlüssigkeitsauslassLiquid outlet
4242: ReingasauslassClean gas outlet
4444: Manschettecuff
4848: GasdurchtrittsöffnungenGas passage openings
5050: RotormantelwandRotor shell wall
5252: SchlitzblendeSlit diaphragm
5454: BlendenöffnungAperture
6060: FaservliesauflageNon-woven pad
7070: FlüssigkeitströpfchenLiquid droplets

Claims

Separator for separating liquid droplets from an aerosol, in particular oil separator for the crankcase ventilation of a reciprocating piston internal combustion engine, with a rotor (14) which is arranged in a housing (10) and can be driven in rotation about a rotor axis (16) and has a set of concentric with the rotor axis, disks (20, 20a, 20b) arranged parallel to one another, which are arranged at intervals from one another in the direction of the rotor axis, with a gas flow path between a raw gas inlet (38) for a gas to be separated and a clean gas outlet (42) for the gas carried by the liquid droplets at least largely freed gas, with a liquid outlet (40) for the separated liquid and with an annular space (18) between the circumference of the rotor and a circumferential wall (30) of the housing surrounding it, with adjacent disks between each other one concentric with the rotor axis to flow through from the gas Forming gap (22) whose radially inner area communicates with the raw gas inlet and whose radially outer area communicates with the annular space which is connected to the clean gas outlet and into which the liquid outlet opens, characterized in that at least a plurality of the gaps (22) the gap width measured in the direction of the rotor axis (16) decreases from the inside to the outside in the radial direction with respect to the rotor axis.

Separator after Claim 1 , characterized in that the gap (22) of end faces (20c, 20d, 20ad, 20bc) of two disks (20, 20a, 20b) forming the gap, at least one of which is conical with respect to the rotor axis.

Separator after Claim 2 , characterized in that both the end faces (20c, 20d, 20ad, 20bc) forming the gap (22) are designed conically.

Separator after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the gap (22) has a central plane (22e) perpendicular to the rotor axis (16).

Separator after Claim 4 , characterized in that the gap (22) is designed mirror-symmetrically to its central plane (22e).

Separator after one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the disks (20, 20a, 20b) are arranged perpendicular to the rotor axis (16).

Separator after one of the Claims 1 to 6th , characterized in that at least the majority of the disks (20, 20a, 20b) each have a central plane (20e) perpendicular to the rotor axis (16), with respect to which the end faces (20c, 20d, 20ad, 20bc) of each of these plurality of disks are designed mirror-symmetrically.

Separator after one of the Claims 1 to 7th , characterized in that apart from the two disks (20a, 20b) at the end with respect to the rotor axis (16), all disks (20) are designed identically.

Separator after one of the Claims 1 to 8th , characterized in that all gaps (22) are designed identically.

Separator after one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the disks (20, 20a, 20b) are arranged at equal distances from one another.

Separator after one of the Claims 1 to 10 , characterized in that the flow cross section formed by the gap (22) is abruptly reduced at least in the case of a plurality of the gaps on the rotor circumference.

Separator after Claim 11 , characterized in that the sudden reduction in the flow cross-section is brought about by a diaphragm (52) provided on the rotor circumference with an elongated and narrow diaphragm opening (54) extending in the rotor circumferential direction.

Separator after the Claims 4 and 12 , characterized in that the aperture (54) lies in the area of the gap center plane (22e).

Separator after Claim 12 or 13th , characterized in that a rotor jacket wall (50) is provided on the rotor circumference, in which the aperture openings (54) are formed.

Separator after one of the Claims 1 to 14th , characterized in that the housing circumferential wall (30) has such a small radial distance from the rotor circumference that on the circumference of the rotor (14) emerging gas jets from this in the radial direction impinge on the housing circumferential wall and are deflected so sharply that the housing circumferential wall a second separating element for the liquid droplets, which is arranged downstream of the rotor.

Separator after one of the Claims 1 to 15th , characterized in that the housing circumferential wall (30) in the area of the rotor (14) 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 has a second separating element downstream of the rotor for Forms liquid droplets which are carried along by gas jets emerging from the rotor in the radial direction on the circumference of the rotor.

Separator after Claim 16 , characterized in that the porous structure is formed by a fiber fleece layer (60).