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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Ölreinigungsvorrichtung eines Motorölkreislaufs einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einer Zentrifuge zur Entfernung von Partikeln aus dem Öl, die ein Zentrifugengehäuse umfasst, welches wenigstens einen Einlass für das von Partikeln zu befreiende Öl und wenigstens einen Ablauf für das von Partikeln befreite Öl aufweist, und welches einen Gehäusetopf umfasst, der einen trennbaren Gehäusedeckel aufweist und in dem ein Rotor um eine Rotationsachse drehbar angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Eine vom Markt her bekannte Zentrifuge ist in einem Motorölkreislauf einer Brennkraftmaschine angeordnet. Sie dient zum Entfernen von Partikeln, insbesondere Schmutz, aus dem Motoröl. Die Zentrifuge umfasst ein Zentrifugengehäuse, in das ein Einlass für das von Partikeln zu befreiende Öl führt. Der Einlass ist mit einem radial inneren Bereich eines Rotors verbunden, der um einen Rotationsachse drehbar in dem Zentrifugengehäuse angeordnet ist. Das zu reinigende Öl gelangt vom Einlass in den Innenbereich des Rotors. Durch die Drehung des Rotors werden die Partikel an entsprechenden Prallwänden des Rotors abgeschieden und in einem Sammelbereich gesammelt. Das von den Partikeln befreite Öl wird in einem Bodenbereich des Zentrifugengehäuses gesammelt. Es gelangt über einen Ablauf aus dem Zentrifugengehäuse heraus und wird dem Motorölkreislauf wieder zugeführt. Das Zentrifugengehäuse umfasst einen Gehäusetopf, welcher mit einem trennbaren Gehäusedeckel verschlossen ist. Der Gehäusedeckel befindet sich im Einbauzustand der Zentrifuge räumlich oben. Zu Wartungszwecken, insbesondere zum Austausch oder zur Reinigung des Rotors, kann der Gehäusedeckel geöffnet und der Rotor von oben aus dem Gehäusetopf entfernt werden. Es kann vorkommen, dass bei eingebauter Zentrifuge aus Platzgründen die Oberseite des Gehäusetopfs schwer oder gar nicht zugänglich ist. Um den Rotor zu entfernen, kann es in diesem Fall erforderlich sein, das Zentrifugengehäuse vom Motorölkreislauf zu trennen. Die
DE 11 31 600 A zeigt einen Fliehkraftreiniger für Flüssigkeiten, bestehend aus einem Gehäuse und einem nach oben zu öffnenden Gehäusedeckel. Im Gehäuse ist eine Leitwand konzentrisch zur Rotorachse eines Rotors angeordnet, die von der Gehäusewand nach innen vorspringt, wobei die Leitwand mit der Gehäusewand eine Ringrinne bildet, die an tiefgelegener Stelle eine Abflussöffnung aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ölreinigungsvorrichtung der eingangs benannten Art zu gestalten, die möglichst einfach aufgebaut ist und bei der der Rotor möglichst einfach zugänglich ist, insbesondere möglichst einfach ausgebaut und eingebaut werden kann. Bevorzugt soll der Rotor auch dann einfach erreichbar sein, wenn die Zentrifuge im eingebauten Zustand von oben nicht oder nur schwer zugänglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Gehäusedeckel im Einbauzustand der Zentrifuge den Gehäusetopf räumlich unten verschließt, der Ablauf durch eine Umfangswand des Gehäusetopfs führt und die Oberseite des Gehäusedeckels an ihrem radial äußeren Rand etwa auf Höhe oder oberhalb einer unteren Begrenzung einer Ablauföffnung des Ablaufs in der radial inneren Umfangsseite der Umfangswand des Gehäusetopfs angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß befindet sich eine Montageöffnung des Zentrifugengehäuses räumlich unten und wird durch den entfernbaren Gehäusedeckel verschlossen. Der Gehäusedeckel bildet so den Boden des Zentrifugengehäuses zumindest mit. Auf diese Weise ist die Montageöffnung des Zentrifugengehäuses von unten zugänglich. Die Zentrifuge kann von unten gewartet werden. So kann die Zentrifuge auch in solchen Einbausituationen einfach gewartet werden, wo aufgrund des Bauraums der Zugang von oben erschwert oder versperrt ist. Vorteilhafterweise kann der Rotor unten durch die Montageöffnung aus dem Zentrifugengehäuse entnommen werden. Der Ablauf führt durch die Umfangswand in den Innenraum des Zentrifugengehäuses. Auf eine separate Ablaufleitung am Gehäusedeckel kann so verzichtet werden. Dies ist platzsparend und materialsparend. Außerdem kann so der Montageaufwand verringert werden. Der Ablauf kann vorteilhafterweise direkt oberhalb des Gehäusedeckels, also in der Nähe des Bodens des Zentrifugengehäuses, in den Innenraum des Zentrifugengehäuses münden. Auf diese Weise kann Öl, welches sich am Boden des Zentrifugengehäuses sammelt, einfach ablaufen. So kann verhindert werden, dass Öl beim Entfernen des Gehäusedeckels durch die Montageöffnung des Gehäusetopfs in die Umgebung gelangen kann. Vorteilhafterweise kann die Oberseite des Gehäusedeckels so in eine untere Begrenzungsfläche des Ablaufs übergehen, dass Öl aus Bereichen radial innerhalb des äußeren Randes der Oberseite des Gehäusedeckels, welche höher liegen als der äußere Rand der Oberseite des Gehäusedeckels selbst, in den Ablauf fließen kann. Auf diese Weise kann Öl, welches nicht durch einen etwaigen umfangsmäßigen Rand an der Oberseite des Gehäusedeckels radial innen gehalten werden kann, über den Ablauf abfließen. Die Oberseite des Gehäusedeckels an dem radial äußeren Rand kann bevorzugt maximal etwa 5 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, unterhalb der unteren Begrenzung der Öffnung des Ablaufs angeordnet sein. Bevorzugt kann die Oberseite des Gehäusedeckels vom radial äußeren Rand auf Höhe oder oberhalb der unteren Begrenzung angeordnet sein. Vorteilhafterweise können zumindest die radial innere Seite der Umfangswand des Gehäusetopfs, der Rotor und der Gehäusedeckel koaxial zur Rotorachse sein. Ferner kann vorteilhafterweise der Gehäusedeckel rotationssymmetrisch sein. Auf diese Weise kann die Montage vereinfacht werden. Insbesondere kann auf Positionierhilfen verzichtet werden. Vorteilhafterweise kann die Rotationsachse im Einbauzustand der Zentrifuge vertikal verlaufen. Darüber hinaus kann vorteilhafterweise der Rotor an einer Stirnseite am Gehäusedeckel um die Rotationsachse drehbar gelagert sein. Auf diese Weise kann auf eine separate Lagerung verzichtet werden. Im Übrigen kann vorteilhafterweise der Gehäusedeckel mittels einer Dreh- und/oder Steckverbindung, insbesondere einer Schraubverbindung oder einer bajonettartigen Verbindung, lösbar mit dem Gehäusetopf verbunden sein. Dreh- und/oder Steckverbindungen können einfach geschlossen und wieder getrennt werden. Sie können außerdem platzsparend realisiert werden. Der Gehäusedeckel kann vorteilhafterweise in einem entsprechenden Aufnahmebereich des Gehäusetopfs montiert werden. Alternativ kann der Gehäusedeckel auf dem Gehäusetopf montiert werden. Vorteilhafterweise kann sich eine Ablauföffnung des Ablaufs zum Innenraum des Zentrifugengehäuses in Richtung der Rotationsachse über Austrittsöffnungen für das gereinigte Öl erstrecken, die aus einem Gehäuse des Rotors heraus führen. Auf diese Weise kann das aus dem Rotorgehäuse herausströmende gereinigte Öl noch besser ablaufen. Vorteilhafterweise kann die Ölreinigungsvorrichtung im Bereich einer Ölwanne der Brennkraftmaschine angeordnet sein. Sie kann insbesondere platzsparend innerhalb der Ölwanne angeordnet sein. Die Ölreinigungsvorrichtung kann vorteilhafterweise modular aufgebaut sein. Sie kann auf diese Weise einfach vormontiert mit dem Motorölkreislauf verbunden werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen der Oberseite des Gehäusedeckels und dem Ablauf ein Gefälle bestehen, über das Öl, welches sich auf der Oberseite des Gehäusedeckels an der radial inneren Umfangsseite der Umfangswand des Gehäusetopfs sammelt, ablaufen kann. Das Gefälle zwischen der Oberseite des Gehäusedeckels und dem Ablauf ermöglicht, dass möglichst viel von dem Öl, welches sich auf der Oberseite des Gehäusedeckels befindet, das Zentrifugengehäuse über den Ablauf verlassen kann. Um einfach ein Gefälle zwischen der Oberseite des Gehäusedeckels und dem Ablauf realisieren zu können, kann der Ablauf vorzugsweise räumlich unterhalb der Oberseite des Gehäusedeckels liegen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Oberseite des Gehäusedeckels vom Innenraum des Gehäusetopfs aus betrachtet konvex geformt sein. Auf diese Weise kann das Öl auf der Oberseite des Gehäusedeckels radial nach außen fließen, sich im Bereich des radial äußeren Randes sammeln und durch die Ablauföffnung abfließen. Auf diese Weise kann die Menge an Öl, welche an der Oberseite des Gehäusedeckels zurückbleibt, weiter verringert werden.
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Vorteilhafterweise kann der Ablauf mit einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine verbunden sein. Das von Partikeln befreite Öl kann so direkt durch den Ablauf dem Ölsumpf zugeführt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Ölreinigungsvorrichtung wenigstens einen Ölkühler und/oder einen Ölfilter aufweisen, die fluidtechnisch mit der Zentrifuge verbunden sein können. Mit einem Ölfilter kann das Öl zusätzlich filtriert werden. Der Ölfilter kann dabei strömungstechnisch vor oder nach der Zentrifuge angeordnet sein. Es kann sich um einen Grobfilter oder einen Feinfilter handeln. Mit dem Ölkühler kann das Öl gekühlt werden. Die Zentrifuge kann einfach mit dem Ölkühler und/oder dem Ölfilter eine platzsparende Einheit bilden. Vorteilhafterweise kann die Ölreinigungsvorrichtung modular aufgebaut sein. Je nach Verwendungszweck kann die Zentrifuge mit einem Ölkühler oder einem Ölfilter oder mit beiden kombiniert sein. Die Ölreinigungsvorrichtung kann so vormontiert einfach mit dem Motorölkreislauf verbunden werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch:
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1 einen Schnitt einer Zentrifuge zur Entfernung von Partikeln aus dem Öl eines Motorölkreislaufs einer Brennkraftmaschine, wobei eine Rotationsachse eines Rotors der Zentrifuge in der Schnittebene liegt;
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2 einen Schnitt der Zentrifuge aus der 1 durch eine zweite Schnittebene, entlang der Mittellinie des Einlasses, in entgegengesetzter Betrachtungsrichtung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist eine Zentrifuge 10 in einem Schnitt durch eine erste Schnittebene gezeigt. In der ersten Schnittebene liegt eine Rotationsachse 20 eines Rotors 22 der Zentrifuge 10. Die 2 zeigt die Zentrifuge 10 in einem Schnitt durch eine zweite Schnittebene. Die zweite Schnittebene verläuft parallel zur ersten Schnittebene aus 1. Eine Betrachtungsrichtung in der 1 ist einer Betrachtungsrichtung in der 2 entgegen gerichtet. Die Zentrifuge 10 ist in einem ansonsten nicht gezeigten Motorölkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Sie dient zur Entfernung von im Motoröl enthaltenen Partikeln, beispielsweise Schmutz. Die Zentrifuge 10 ist insgesamt modular aufgebaut. Sie wird vormontiert und bei der Endmontage der Brennkraftmaschine mit dem Motorölkreislauf verbunden. Die Zentrifuge 10 ist in einer ansonsten nicht gezeigten Ölwanne der Brennkraftmaschine angeordnet.
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Die Zentrifuge 10 umfasst ein Zentrifugengehäuse 12 mit einem Gehäusetopf 14 und einem Gehäusedeckel 16. Eine Montageöffnung 17 des Gehäusetopfs 14 ist in dem Einbauzustand der Zentrifuge 10, der in den 1 und 2 dargestellt ist, räumlich unten angeordnet. In der Montageöffnung 17 ist von unten der Gehäusedeckel 16 eingeschraubt.
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Der Gehäusetopf 14 ist an einer radial äußeren Umfangsseite einstückig mit einem Anschlussflansch 18 verbunden. Mit dem Anschlussflansch 18 ist die Zentrifuge 10 in hier nicht weiter interessierender Weise an einem nicht gezeigten Verbindungsflansch des Motorölkreislaufs befestigt. Die radial innere Umfangsseite des Gehäusetopfs 14 und der Gehäusedeckel 16 sind koaxial zu der Rotationsachse 20 angeordnet.
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Durch den Anschlussflansch 18 führt ein Einlass 24, welcher in der 2 gezeigt ist, in einen Innenraum einer Lageraufnahme 26 für den Rotor 22. An seinem anderen Ende ist der Einlass 24 mit einer in den 1 und 2 nicht gezeigten Zuleitung des Motorölkreislaufs verbunden. Über den Einlass 24 wird das von Partikeln zu befreiende Motoröl der Zentrifuge 10 zugeführt. Die Lageraufnahme 26 befindet sich oben im Gehäusetopf 14. Es handelt sich dabei um ein mehrfach abgestuftes, insgesamt kreiszylindrisches Sackloch, welches koaxial zur Rotationsachse 20 ist.
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In der Lageraufnahme 26 ist ein zur Rotationsachse 20 koaxialer oberer Zapfen 28 des Rotors 22 drehbar gelagert. Der obere Zapfen 28 ist innen hohl. Durch den oberen Zapfen 28 führt eine Fluidverbindung axial zur Rotationsachse 20 von dem Innenraum der Lageraufnahme 26 in einen Innenraum eines Zentralrohrs 30 des Rotors 22. Das Zentralrohr 30 verfügt in einem oberen Bereich seiner Umfangswand über eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 32 für das zugeführte Motoröl. Von der radial äußeren Umfangsseite des Zentralrohrs 30 führt eine Mehrzahl von Prallplatten 34 zu einer in der 2 gezeigten Umfangswand 36 des Rotors 22. Die Prallplatten 34 sind etwa sternförmig angeordnet. Sie erstrecken sich bezüglich der Rotationsachse 20 in radialer Richtung und in axialer Richtung. Ein Rotorboden 38 des Rotors 22 weist eine bezüglich der Rotationsachse 20 umfangsmäßig verlaufende Senke 40 auf. Durch den Rotorboden 38 führt unten eine Mehrzahl von Düsen 42 aus einem Rotorinnenraum des Rotors 22 heraus. Der Rotorinnenraum wird durch die Umfangswand 36, den Rotorboden 38 und auf der dem Rotorboden 38 gegenüberliegenden Seite durch eine Decke begrenzt. Die im Rotorinnenraum befindlichen Öffnungen der Düsen 42 sind in einem Abstand über dem Boden der Senke 40 angeordnet. Jede Düse 42 weist unten, auf der dem Rotorinnenraum abgewandten äußeren Unterseite des Rotors 22, eine Düsenöffnung 44 auf. Die Düsenöffnungen 44 sind so ausgerichtet, dass ein Rückstoß des durch sie austretenden Motoröls den Rotor 22 zu einer Rotation um die Rotationsachse 20 antreiben kann.
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Räumlich unterhalb des Rotorbodens 38, etwa auf Höhe der Düsen 42, führt ein Ablauf 46 durch die Umfangswand des Gehäusetopfs 14 aus dem Zentrifugengehäuse 12 heraus. Der Ablauf 46 führt durch den Anschlussflansch 18 und ist über eine in den 1 und 2 nicht dargestellte Rückführleitung mit einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch den Ablauf 46 und die Rückführleitung kann von Partikeln befreites Motoröl aus dem Zentrifugengehäuse 12 in den Ölsumpf gelangen.
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An der dem Rotorinnenraum abgewandten äußeren Unterseite des Rotorbodens 38 ist außen ein unterer Lagerzapfen 48 koaxial zur Rotationsachse 20 angeordnet. Der untere Lagerzapfen 48 ist einstückig mit dem Rotorboden 38 verbunden. Der untere Lagerzapfen 48 ist in einem gehäusefesten Aufnahmeabschnitt 50 um die Rotationsachse 20 drehbar gelagert.
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Der etwa becherförmige Gehäusedeckel 16 ist insgesamt bezüglich der Rotationsachse 20 rotationssymmetrisch. Eine offene Stirnseite einer Umfangswand des Gehäusedeckels 16 befindet sich unten, auf der einem Innenraum 52 des Gehäusetopfs 14 abgewandten äußeren Unterseite des Zentrifugengehäuses 12. Die radial äußere Umfangsseite der Umfangswand ist mit einem Außengewinde versehen, mit dem der Gehäusedeckel 16 in ein entsprechendes Innengewinde des Gehäusetopfs 14 eingeschraubt ist. Ferner ist im Bereich des freien Randes der Umfangswand radial außen eine Dichtung 54 in Form einer O-Ring-Dichtung angeordnet. Ein Boden 56 des becherförmigen Gehäusedeckels 16 bildet einen Boden des Zentrifugengehäuses 12.
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Der Aufnahmeabschnitt 50 ist im Zentrum des Bodens 56 angeordnet. Er ist einstückig mit dem Boden 56 verbunden. Radial außen am Übergang des Aufnahmeabschnitts 50 zum Boden 56 ist eine bezüglich der Rotationsachse 20 umfangsmäßige Senke 58 eingeformt. Radial außerhalb der Senke 58 ist die dem Innenraum 52 zugewandte Oberseite des Bodens 56 von oben, also vom Innenraum 52 aus betrachtet, konvex geformt. Zwischen der Oberseite des Bodens 56 und einer Unterseite des Ablaufs 46 besteht ein Gefälle, über das Öl, welches sich auf der Oberseite des Gehäusedeckels 16, also am Boden 56, befindet, ablaufen kann. Das Gefälle ist in der 1 angedeutet durch einen Pfeil 62. Es ist bezüglich der Rotationsachse 20 von radial innen, oben nach radial außen, unten gerichtet. Eine Ablauföffnung 66 des Ablaufs 46 erstreckt sich bezüglich der Rotationsachse 20 umfangsmäßig etwa über den halben Umfang des Gehäusetopfs 14. Ein radial äußerer Rand 63 der dem Innenraum 52 zugewandten Oberseite des Bodens 56 befindet sich etwa auf Höhe einer unteren Begrenzung 64 der Ablauföffnung 66.
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Beim Betrieb der Brennkraftmaschine strömt das von Partikeln zu befreiende Motoröl unter einem Druck aus der Zuleitung des Motorölkreislaufs durch den Einlass 24, in der 2 angedeutet durch einen Pfeil 68, in den Innenraum der Lageraufnahme 26. Von dort aus gelangt das Motoröl durch den oberen Lagerzapfen 28, in der 1 angedeutet durch einen Pfeil 70, in das Zentralrohr 30. Das Motoröl tritt durch die Austrittsöffnungen 32 aus. Die im Motoröl enthaltenen Partikel werden, wie weiter unten noch näher beschrieben, im Rotorinnenraum abgeschieden. Das von Partikeln befreite Motoröl gelangt nach unten in die Düsen 42 und wird über die Düsenöffnungen 44 nach außen gesprüht. Durch den Rückstoß wird der Rotor 22 zu einer Drehung um die Rotationsachse 20 angetrieben. Diese Drehung bewirkt, dass aufgrund der Zentrifugalkraft die Partikel an den Prallplatten 34 und der Umfangswand 36 des Rotors 22 abgeschieden werden. Die Partikel sinken nach unten und sammeln sich unten in der Senke 40.
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Das aus den Düsen 42 ausströmende, von Partikeln befreite Motoröl sammelt sich unten im Innenraum 52 des Gehäusetopfs 14 am Boden 56. Das Öl fließt aufgrund der konvexen Form des Bodens 56 radial nach außen und sammelt sich an einer radial inneren Umfangsseite 60 der Umfangswand des Gehäusetopfs 14. Von dort aus gelangt es zu der Ablauföffnung 66. Aufgrund des Gefälles 62 fließt das Motoröl in den Ablauf 46. Vom Ablauf 46 gelangt das Motoröl über die Rückführleitung in den Ölsumpf.
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Zu Wartungszwecken, beispielsweise zur Reinigen oder zum Austausch des Rotors 22, wird der Gehäusedeckel 16 nach unten aus dem Gehäusetopf 14 herausgeschraubt. Der Rotor 22 kann dann durch die Montageöffnung 17 aus dem Gehäusetopf 14 entnommen werden. Der Zusammenbau erfolgt in umgekehrter Richtung.
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Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Zentrifuge 10 sind u. a. folgende Modifikationen möglich:
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf einen Motorölkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Brennkraftmaschinen, beispielsweise Industriemotoren, eingesetzt werden.
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Die Zentrifuge 10 kann statt in der Ölwanne der Brennkraftmaschine auch an einer anderen Stelle in dem Motorölkreislauf angeordnet sein.
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Die Zentrifuge 10 kann auch mit einem Ölfilter und/oder einem Ölkühler verbunden sein. Die Zentrifuge 10 kann mit dem Ölfilter und/oder dem Ölkühler gemeinsam als Ölbehandlungsmodul ausgestaltet sein, welches vormontiert in dem Motorölkreislauf, beispielsweise in der Ölwanne, angeordnet werden kann.
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Der radial äußere Rand 63 des Bodens 56, also des Gehäusedeckels 16, kann sich auch oberhalb der unteren Begrenzung 64 der Ablauföffnung 66 des Auslasses 46 befinden. Der radial äußere Rand 63 kann sich auch geringfügig, beispielsweise höchstens 5 mm, vorzugsweise höchstens 1 mm, unterhalb der unteren Begrenzung 64 der Ablauföffnung 66 des Ablaufs 46 befinden.
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Der Boden 56 des Gehäusedeckels 16 kann statt konvex geformt auch andersartig geformt sein. Er kann beispielsweise auch wannenförmig geformt sein.
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Die Ablauföffnung 66 des Ablaufs 46 kann sich umfangsmäßig auch weniger oder mehr als über die Hälfte des radial inneren Umfangs des Gehäusetopfs 14 erstrecken. Die Ablauföffnung 66 kann sich nach oben auch weiter als bis zum Rotorboden 38 des Rotors 22 erstrecken. Die Ablauföffnung 66 kann sich über die gesamte axiale Höhe des Innenraums 52 des Gehäusetopfs 14 erstrecken.
