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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, mit einer Anströmseite, die mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und aus der die Ölabscheideeinrichtung mit dem mit Öl beladenen Gasstrom anströmbar ist und mit einer Abströmseite, die mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und in dem der von Öl im Wesentlichen gereinigte Gasstrom aus der Ölabscheideeinrichtung abströmbar ist.
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STAND DER TECHNIK
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Bei nicht schaltbaren Ölabscheideeinrichtungen zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, dem sogenannten Blow-by-Gasstrom, ist die zur Ölabscheidung relevante Strömungsgeometrie meist nicht veränderlich über dem anliegenden Volumenstrom an Blow-by-Gas. Dadurch wirkt die Ölabscheideeinrichtung bei geringen Volumenströmen hinsichtlich der erreichbaren Abscheideleistung relativ schlecht, bei hohen Volumenströmen des Blow-by-Gases hingegen wirkt die Ölabscheideeinrichtung zwar verbessert, in der Ölabscheideeinrichtung wird jedoch aufgrund der festen Geometrie des mit dem Gasstrom durchströmten Strömungspfades ein quadratischer Anstieg des Druckverlustes mit dem Volumenstrom erzeugt.
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Bei sogenannten schaltbaren Ölabscheideeinrichtungen wird über ein meist federbelastetes Element mit einem zunehmenden Volumenstrom an Blow-by-Gas ein größerer Strömungsquerschnitt zur Durchströmung des Gasstromes freigegeben. Damit wird der Abscheidegrad über einen größeren Bereich an Volumenstrom des Blow-by-Gases relativ konstant gehalten. Der Druckverlust über dem gesamten System nimmt jedoch zu.
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In Motorlastpunkten, in denen ein großer Unterdruck im Ansaugtrakt vorhanden ist, insbesondere bei turboaufgeladenen Motoren, dient ein der Ölabscheideeinrichtung strömungsseitig nachgeschaltetes Druckregelventil dazu, den Unterdruck im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine nach unten hin zu begrenzen. Beispielsweise kann vor dem Turbolader einer Brennkraftmaschine bis zu 60 mbar bzw. im Saugrohr bis zu 300 mbar Unterdruck vorherrschen, wobei weiterhin bekannt ist, dass die Begrenzung des Unterdruckes durch das Druckregelventil beispielsweise bis zu 30 mbar bis 50 mbar beträgt. Diese Druckregelung findet statt, indem der Strömungswiderstand am Druckregelventil erhöht wird, wodurch sich eine weitere Verringerung des Strömungsquerschnittes ergibt, allerdings erfolgt dies ohne dabei die Abscheideleistung zu verbessern. Die zur Verfügung stehende Strömungsenergie wird dadurch nicht zur Abscheidung genutzt, da das Druckregelventil in der Regel bereits mit dem gereinigten Gasstrom durchströmt wird. Beispielsweise zeigt die nachveröffentlichte
DE 10 2013 111 955 A1 eine gattungsbildende Ölabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom der eingangs beschriebenen Bauart, wobei ein erstes Steuerorgan vorgesehen ist, mit dem ein erster Strömungsquerschnitt des Gasstromes durch den Blow-by-Gasdruck im Kurbelgehäuse steuerbar ist und es ist ein zweites Steuerorgan vorgesehen, das dem ersten Steuerorgan nachgeschaltet ist und mit dem ein zweiter Strömungsqurschnitt veränderbar ist, wobei das zweite Steuerorgan durch einen Unterdruck im Ansaugtrakt gesteuert wird. Dadurch ergeben sich bereits zwei nacheinander folgende Strömungsquerschnitte, sodass sich jedoch die Strömungswiderstände addieren. Die beiden Steuerorgane arbeiten unabhängig voneinander, wobei der Gasstrom zwischen der Anströmseite und der Abströmseite durch die aufeinander folgenden veränderbaren Strömungsquerschnitte mehrfach umgelenkt wird. Nachteilhafterweise erzeugt jede Umlenkung des Gasstromes einen Druckverlust, der nur bedingt zur Abscheidung von Öl aus dem Gasstrom genutzt werden kann.
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Die durch ein Steuerorgan erzeugbare Strömungsquerschnittsverengung soll die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes mit dem mitgeführten Öltröpfchen beschleunigen und gegen einen Abscheidekörper auftreffen lassen. Erst durch die Beschleunigung des Gasstromes mit den Öltröpfchen wird die Abscheideleistung besonders erhöht, da der Gasstrom mit dem mitgeführten Öl nicht nur auf der Oberfläche des Abscheidekörpers auftrifft und umgelenkt wird, während das Öl am Abscheidekörper abläuft, sondern der Gasstrom dringt bei entsprechender Ausgestaltung des Abscheidekörpers in diesen ein oder durchströmt diesen sogar. Dabei kann ein Trägheitseffekt des Öles, insbesondere feinere Öltröpfchen und gegebenenfalls zusätzlich weitere Partikel bei höheren Gasgeschwindigkeiten zum Tragen kommen, sodass der Gasstrom mit dem Öl und/oder mit weiteren Partikeln tiefer in den Abscheidekörper eindringt oder diesen sogar durchströmt. Dadurch wird auf besondere Weise die Abscheideleistung erhöht, und der Gasstrom wird bei einem beschleunigten Auftreffen auf den Abscheidekörper besonders vorteilhaft vom Öl gereinigt. Ziel ist es vorliegend, die Anzahl von Strömungsquerschnitten und Umlenkungen des Gasstromes im Wesentlichen nur dazu zu nutzen, den Gasstrom beschleunigt auf den Abscheidekörper auftreffen zu lassen. Umlenkungen, die unabhängig vom Auftreffen des Gasstromes auf den Abscheidekörper den Gasstrom umlenken und damit einen Druckverlust verursachen, sollen möglichst vermieden werden.
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Weiterhin ist von Nachteil, dass der Abscheidekörper nur lokal, beispielweise vereinzelt auf dem Umfang verteilt, von dem mit Öl beladenen Gasstrom beaufschlagt wird, da im Grundkörper nur vereinzelte Strömungsöffnungen eingebracht sind. Wünschenswert wäre jedoch eine größerflächige Beaufschlagung des Abscheidekörpers mit dem mit Öl beladenen Gasstrom.
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In der
DE 10 2008 028 543 B3 ist ein Ventil zur Steueriung eines Gasstromes beschrieben, welches eine Stellmembran zum Öffnen bzw. Schließen einer Ventilöffnung sowie wenigstens ein auf die Stellmembran wirkendes Hilfsmembran aufweist, welches kraft- und/oder formschlüssig mit dem Stellmembran verbunden ist und dazu dient eine zunehmende Kraft gegen die Schließrichtung des Ventils auf die Stellmenbran ausübt. Damit wird ein Verschließen der Ventilöffnung verhindert, was nachteilig bei einem Auftreten einer großen Last in einem Verbrennungsmotor jedoch zu einer unzureichenden Abscheidung des Blow-by Gases führen kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Ölabscheideeinrichtung, bei der sich für den Gasstrom zwischen der Anströmseite und der Abströmseite ein verringerter Strömungswiderstand ergibt. Insbesondere soll vermieden werden, dass der Gasstrom mehrfach umgelenkt wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ölabscheideeinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Steuerorgan ausgebildet ist, das zur Bildung eines änderbaren Strömungsquerschnittes zwischen der Anströmseite und der Abströmseite beweglich eingerichtet ist, wobei das Steuerorgan zur Änderung des Strömungsquerschnittes eine Wirkfläche aufweist, welche mit dem von der Anströmseite einströmenden und mit Öl beladenen Gasstrom beaufschlagbar ist, und wobei ein Gegensteuerorgan ausgebildet ist, das zur Einwirkung auf das Steuerorgan beweglich eingerichtet ist, wobei das Gegensteuerorgan mittels eines auf der Abströmseite entstehenden Unterdrucks derart steuerbar ist, dass das Gegensteuerorgan bei einem ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite gegen das Steuerorgan zur Anlage gelangt und die Bewegung des Steuerorgans zur Vergrößerung des Strömungsquerschnittes zumindest begrenzt.
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Ausgehend von einer Ölabscheideeinrichtung der eingangs beschriebenen Art liegt der Kern der Erfindung in der Zusammenführung der Funktion des ersten Steuerorgans und des zweiten Steuerorgans, sodass beide Funktionen mit nur noch einem den Strömungsquerschnitt bildenden Steuerorgan erfüllt werden können, indem ein weiteres Organ, gebildet durch das Gegensteuerorgan, nicht mehr direkt an der Bildung des Strömungsquerschnittes beteiligt ist, sondern auf das Steuerorgan wirkt. Dabei bleibt die Möglichkeit erhalten, den Strömungsquerschnitt sowohl über dem aufkommenden Blow-by-Gasstrom als auch über den Unterdruck auf der Abströmseite zu steuern. Erreicht wird die kombinierte Steuerbarkeit über ein einziges Steuerorgan dadurch, dass ein Gegensteuerorgan vorgesehen ist, das auf das Steuerorgan zur Bildung des Strömungsquerschnittes einwirken kann. Hierzu dient ein beweglich eingerichtetes Steuerorgan, wobei die Einwirkung auf das Steuerorgan abhängig ist von dem Unterdruck auf der Abströmseite. Beispielsweise ist es möglich, dass bei einem stärkeren Unterdruck auf der Abströmseite die Einwirkung des Gegensteuerorgans auf das Steuerorgan stärker wird, bei einer Abschwächung des Unterdrucks auf der Abströmseite kann auch die Einwirkung wieder schwächer werden oder sogar ausbleiben. Das Steuerorgan zur Bildung des änderbaren Strömungsquerschnittes wird folglich durch zwei Faktoren gesteuert: einerseits wird das Steuerorgan über seine Wirkfläche gesteuert, die mit dem mit Öl beladenen Gasstrom von der Anströmseite beaufschlagt wird. Überlagernd wirkt das Gegensteuerorgan auf das Steuerorgan ein, wobei diese Einwirkung vom Unterdruck auf der Abströmseite abhängt.
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Das Gegensteuerorgan ist erfindungsgemäß so eingerichtet, dass dieses bei einem ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite gegen das Steuerorgan zur Anlage gelangt und die Bewegung des Steuerorgans kann die Vergrößerung des Strömungsquerschnittes begrenzen, beispielsweise bei einem ansteigenden Volumenstrom an Blow-by-Gas. In der Regel steigt der Volumenstrom an auftretendem Blow-by-Gas mit zunehmender Last, bestimmt durch das Drehmoment der Brennkraftmaschine, und der Volumenstrom an auftretendem Blow-by-Gas steigt im Wesentlichen auch mit zunehmender Drehzahl. Bei höherem Drehmoment steigen die Verbrennungsdrücke, die ein erhöhtes Aufkommen an Blow-by-Gas verursachen. Der Unterdruck auf der Abströmseite steigt bei steigender Drehzahl und Last, wobei der Öffnungsquerschnitt durch die Einwirkung des Gegensteuerorgans auf das Steuerorgan dann begrenzt wird, wenn ein großes Aufkommen an Blow-by-Gas von der Anströmseite zunächst das Öffnen des Steuerorgans verursacht. Bei zunehmendem Unterdruck, steuert das Gegensteuerorgan gegen die Öffnungsbewegung des Steuerorgans, sodass die Vergrößerung des Strömungsquerschnittes wieder begrenzt wird. Damit wird der Strömungsquerschnitt zwischen der Anströmseite und der Abströmseite wieder verkleinert, durch das vergrößerte Aufkommen an Blow-by-Gas und durch den gleichzeitig höheren Unterdruck auf der Abströmseite, beispielsweise bei hoher Last und hoher Drehzahl, wird eine besonders gute Abscheideleistung erzielt, da der Gasstrom stark beschleunigt durch den Strömungsquerschnitt hindurchströmen kann. Bleibt das Aufkommen an Blow-by-Gas an der Abströmseite erhalten und sinkt der Unterdruck auf der Abströmseite wieder ab, beispielsweise bei fallender Drehzahl, so nimmt die Einwirkung des Gegensteuerorgans auf das Steuerorgan wieder ab, und der Strömungsquerschnitt kann sich wieder vergrößern.
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Das Steuerorgan umfasst vorteilhafterweise eine Steuerscheibe oder einen Steuerring und der Strömungsquerschnitt weist mit weiterem Vorteil einen Ringquerschnitt auf, der zwischen dem Steuerorgan und einem Grundkörper der Ölabscheideeinrichtung gebildet wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindung muss der Ringquerschnitt keine Kreisform aufweisen, jedoch kann vorteilhafterweise der Ringquerschnitt als ein umlaufender, geschlossener Querschnitt verstanden werden. Dabei ist es denkbar, dass dieser kreisförmig um eine Mittelachse herum ausgebildet ist, jedoch kann der Ringquerschnitt auch elliptisch, oval, rechteckig oder in einer sonstigen Form ausgeführt sein. Die Steuerscheibe oder der Steuerring wird vorzugsweise mit einer umlaufenden Kante relativ zu einem Grundkörper bewegt, sodass zwischen dem Grundkörper und der Kante der Steuerscheibe oder des Steuerrings der umlaufende Strömungsquerschnitt gebildet wird. Entfernt sich die Kante der Steuerscheibe oder des Steuerrings weiter vom Grundkörper, so vergrößert sich der Strömungsquerschnitt, nähert sich die Kante der Steuerscheibe oder des Steuerrings dem Grundkörper an, so verkleinert sich der Strömungsquerschnitt. Ohne das Aufkommen eines Blow-by-Gasstromes kann dabei die Kante der Steuerscheibe oder des Steuerrings auch am Grundkörper zur Anlage gelangen.
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Die Ölabscheideeinrichtung weist mit weiterem Vorteil einen Abscheidekörper auf, der so angeordnet ist, dass dieser mit dem durch den Strömungsquerschnitt gelangenden Gasstrom und dem mitgeführten Öl anströmbar ist. Der Abscheidekörper ist mit besonderem Vorteil dem Verlauf des Ringquerschnittes des Strömungsquerschnittes angepasst, beispielsweise kann der Abscheidekörper das Steuerorgan in Form der Steuerscheibe umschließen oder innerhalb des Steuerrings angeordnet sein, sodass der durch den Strömungsquerschnitt gelangende Gasstrom entsprechend beschleunigt auf die Oberfläche des Abscheidekörpers auftrifft oder in diesen sogar eindringt. Beispielsweise besteht der Abscheidekörper aus einem Vliesmaterial.
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Das Gegensteuerorgan ist vorzugsweise so angeordnet, dass dieses abhängig vom Unterdruck auf der Abströmseite eine Hubbewegung ausführt, die vorzugsweise in einer Achse verläuft mit der Hubbewegung des Steuerorgans, verursacht durch ein Anströmen mit Blow-by-Gas von der Anströmseite. Bevorzugt weist hierfür das Gegensteuerorgan einen Andruckkörper zur Einwirkung auf das Steuerorgan auf, der hauptsächlich oder ausschließlich die Hubbewegung ausführt. Der Andruckkörper wird damit bei einem ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite gegen das Steuerorgan bewegt und zur Anlage an dieses gebracht. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Gegensteuerorgan eine den Andruckkörper umrandende elastisch bewegliche Membran aufweist, über die der Andruckkörper schließlich beweglich aufgenommen ist. Der Andruckkörper und die Membran können dabei einteilig ausgebildet sein und ein gummielastisches Material aufweisen. Beispielsweise bildet die Membran einen Ausläufer des Andruckkörpers, der diesen vollumfänglich umrandet und der mit zunehmendem Radius dünner wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass das Gegensteuerorgan weitere Elemente umfasst, um gegebenenfalls weiterführende Funktionen zu erfüllen, sodass das Gegensteuerorgan nicht zwingend einteilig ausgeführt sein muss.
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Weiterführend ist es denkbar, dass die Membran mit einem äußeren Rand ausgeführt ist, und der äußere Rand ist im Gehäuse der Ölabscheideinrichtung unbeweglich eingefasst. Der Andruckkörper führt im Betrieb folglich innerhalb der Membran eine Bewegung wie ein Lautsprecher aus, wobei lediglich der äußere Rand der Membran im Gehäuse fest eingefasst ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein Rückfederelement vorzusehen, das den Andruckkörper in eine Ruhelage vorspannt, in der eine Einwirkung auf das Steuerorgan durch das Gegensteuerorgan unterbunden ist. Steigt der Unterdruck auf der Abströmseite an, und bewegt sich der Andruckkörper in Richtung zum Steuerorgan, so erfolgt diese Bewegung unter Erhöhung der Vorspannung des Rückfederelementes. Sinkt der Unterdruck wieder ab, so führt das Rückfederelement den Andruckkörper des Gegensteuerorgans wieder in seine Ruhelage zurück, in der der Andruckkörper beabstandet zum Steuerorgan gehalten ist.
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Das Steuerorgan selbst ist ebenfalls durch ein Federelement vorspannbar, sodass sich der Strömungsquerschnitt durch eine Kraftwirkung des Federelementes verkleinert. Das Federelement zieht dabei das Steuerorgan gegen den Grundkörper, sodass eine umlaufende Kante des Steuerorgans, beispielsweise ausgeführt als Steuerscheibe oder als Steuerring, gegen den Grundkörper anliegt, insbesondere wenn kein Aufkommen an Blow-by-Gas vorherrscht. Steigt das Blow-by-Gasaufkommen auf der Anströmseite an und wirkt gegen die Wirkfläche des Steuerorgans, so entsteht eine Krafteinwirkung auf das Steuerorgan, das gegen die Kraftwirkung des Federelementes agiert und das Steuerorgan vom Grundkörper abhebt. Der sich einstellende Strömungsquerschnitt ist dabei eine Folge eines Kräftegleichgewichtes zwischen dem Federelement und der Druckbeaufschlagung der Wirkfläche des Steuerorgans durch das Blow-by-Gas. Dabei hebt der Unterdruck auf der Abströmseite auch das Steuerorgan vom Grundkörper weiter ab, da ein Saugeffekt auch auf das Steuerorgan wirkt.
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Ist das Steuerorgan als Steuerring ausgebildet, so ist dieser eigenelastisch gegen den Grundkörper vorspannbar. Der Steuerring bildet beispielsweise eine ringförmige Scheibe, die außenumfänglich am Grundkörper aufgenommen ist, und mit dem Innenrand liegt der Steuerring beispielsweise gegen eine weitere Kante des Grundkörpers an. Im Ringquerschnitt unterhalb der Ringscheibe befindet sich die Anströmseite und wird diese durch die gebildete Wirkfläche an der Ringscheibe mit Blow-by-Gas beaufschlagt, so bewirkt diese Kraftbeaufschlagung der Ringscheibe ein Abheben des inneren Randes vom Grundkörper. Auch dadurch ist es möglich, den erforderlichen Strömungsquerschnitt zu bilden, wobei vorzugsweise innenseitig zum sich öffnenden Strömungsquerschnitt der Abscheidekörper angeordnet ist.
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Gemäß einer weiterführenden Ausführungsform weist das Gegensteuerorgan einen Vorsprung auf, durch den der Abscheidekörper bei einer Bewegung des Gegensteuerorgans gestaucht wird. Der Vorsprung ist gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel an einem Ringeinsatz ausgebildet, der zudem den Andruckkörper im Übergang zur Membran des Gegensteuerorgans stabilisiert. Der Ringeinsatz ist dabei beispielsweise als Blechring oder als formstabiler Kunststoffring ausgebildet. Bei einem längeren Betrieb der Ölabscheideeinrichtung kann sich der Abscheidekörper mit einer größeren Menge an abgeschiedenem Öl vollsaugen, und führt das Gegensteuerorgan eine stärkere Bewegung gegen das Steuerorgan aus, die einen größeren Hub aufweist, so wird der Abscheidekörper durch den Vorsprung bei einer Hubbewegung gestaucht und damit ausgewrungen. Hat eine größere Hubbewegung des Gegensteuerorgans stattgefunden und hat der Vorsprung den Abscheidekörper ausgewrungen, der beispielsweise aus einem federelastisch wirkenden Vliesmaterial ausgebildet ist, so wird dadurch die Aufnahmefähigkeit des Abscheidekörpers zur Aufnahme von Öl aus dem Gasstrom wieder verbessert.
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Angrenzend an den Abscheidekörper ist vorzugsweise wenigstens ein Ölabscheidepfad vorgesehen, über den das an dem Abscheidekörper abgeschiedene Öl beispielsweise dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird.
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Es ist von weiterem Vorteil, wenn wenigstens eine weitere Strömungsöffnung zwischen der Anströmseite und der Abströmseite vorgesehen ist, sodass ein weiterer Strömungspfad des Gasstromes parallel zum Strömungsquerschnitt gebildet ist. Der Grundkörper der Ölabscheideeinrichtung trennt abhängig von seiner konstruktiven Gestaltung den Anströmbereich vom Abströmbereich ab, und die weiteren Strömungsöffnungen sind ein- oder mehrfach im Grundkörper so eingebracht, sodass der Gasstrom nicht nur durch den Strömungsquerschnitt strömen kann, der durch das Steuerorgan veränderbar ist, sondern der Gasstrom kann auch die parallel zum Strömungsquerschnitt eingerichtete Strömungsöffnung durchströmen. Beim Durchströmen der Strömungsöffnungen kann der Gasstrom ebenfalls beschleunigt werden, und auf der Ausströmseite der Strömungsöffnungen befindet sich mit Vorteil der Abscheidekörper, beispielsweise mit einem weiteren Abschnitt desselben. Das Durchströmen der Strömungsöffnungen erfolgt dabei ohne Einfluss des Gegensteuerorgans, sodass die Strömungsöffnungen einen Bypass zum Steuerorgan in Wirkverbindung mit dem Gegensteuerorgan bilden, insbesondere bei sehr stark auftretenden Blow-by-Gasströmen.
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Mit weiterem Vorteil ist wenigstens ein Schiebeelement vorgesehen, das mit der Bewegung des Gegensteuerorgans mitbewegbar ist, wobei das Schiebeelement bei einer Bewegung des Gegensteuerorgans durch einen ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite die Strömungsöffnung zunehmend verschließt. Einer Strömungsöffnung ist dabei vorzugsweise jeweils ein Schiebeelement zugeordnet, wobei es weiterhin vorteilhaft ist, dass die Schiebeelemente als weiteres Element des Gegensteuerorgans ausgebildet sind. Beispielsweise ist das Schiebeelement am Ringeinsatz angeformt, der den Andruckkörper des Gegensteuerorgans umschließt.
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Mit der vorstehend beschriebenen Ölabscheideeinrichtung wird die Möglichkeit geschaffen, einen einzigen Strömungsquerschnitt in der Ölabscheideeinrichtung zur Hindurchführung des mit Öl beladenen Gasstroms einerseits in Abhängigkeit des Gasdruckes im Kurbelgehäuse und andererseits in Abhängigkeit des Unterdrucks im Ansaugtrakt zu steuern. Damit wird das Ziel erreicht, auch das Energiepotential zur Druckregelung des Gasdruckes im Kurbelgehäuse zur Verbesserung der Abscheideleistung zu nutzen, und die Nutzung des Energiepotentials erfolgt im Wesentlichen in jedem Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine auf optimale Weise. Die Verbesserung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen besteht insbesondere darin, dass lediglich ein Strömungsquerschnitt vorgesehen ist, der sowohl durch den Gasdruck im Kurbelgehäuse als auch durch den Unterdruck im Ansaugtrakt gesteuert wird. Dadurch entstehen keine unnötigen Umlenkungen des Gasstromes, womit unnötige Druckverluste vermieden werden, die nicht zur Erhöhung der Abscheideleistung beitragen.
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In Lastpunkten hoher Last und hoher Drehzahl liegt ein großer Unterdruck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vor, beispielsweise wenn beispielsweise ein Turbolader der Brennkraftmaschine mit voller Drehzahl arbeitet, und eine optimierte Ölabscheidung erfolgt durch eine Verringerung des abscheidungsrelevanten Strömungsquerschnittes infolge des angestiegenen Unterdrucks im Ansaugtrakt, nämlich durch ein Einwirken des Gegensteuerorgans auf das Steuerorgan zur Verringerung des Strömungsquerschnittes. Damit steigt die Strömungsgeschwindigkeit durch den abscheidungsrelevanten Strömungsquerschnitt an und die abscheidende Leistung wird verbessert. Gleichzeitig steigt durch den engeren Querschnitt der Strömungswiderstand über das Abscheidesystem an, ähnlich der Funktion bekannter Druckregelventile, jedoch unter gleichzeitiger Nutzung der Strömungsenergie für die Funktion der Ölabscheidung.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ölabscheideeinrichtung in einem Betriebszustand mit einem geringen Aufkommen an Blow-by-Gas und einem geringen Unterdruck auf der Abströmseite,
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2 das Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung gemäß 1 mit einem erhöhten Aufkommen an Blow-by-Gas, wobei der Unterdruck auf der Abströmseite weiterhin gering ist,
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3 das Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung gemäß den 1 und 2, wobei ein angestiegener Unterdruck auf der Abströmseite vorherrscht,
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4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung,
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5 ein weiteres, abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung,
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6 ein Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung mit einem Vorsprung an einem Gegensteuerorgan, mit dem ein Abscheidekörper stauchbar ist und
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7 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung mit einem Steuerorgan, das als Steuerring ausgeführt ist.
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Die 1, 2 und 3 zeigen jeweils eine gleiche Ölabscheideeinrichtung 1 in unterschiedlichen Betriebszuständen. Die Ölabscheideeinrichtung 1 dient zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom 10 zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine. Hierfür weist die Ölabscheideeinrichtung 1 eine Anströmseite 11 und eine Abströmseite 12 auf. Die Anströmseite 11 ist mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine strömungsmäßig verbunden und die Abströmseite 12 ist mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine strömungsmäßig verbunden.
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In 1 herrscht auf der Anströmseite 11 ein niedriges Aufkommen an Blow-by-Gas vor, und auf der Abströmseite 12 herrscht ein niedriger Unterdruck im Ansaugtrakt vor.
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2 zeigt die Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem erhöhten Aufkommen an Blow-by-Gas auf der Anströmseite 11, wobei auf der Abströmseite 12 unverändert ein niedriger Unterdruck vorherrscht.
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3 zeigt die Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem erhöhten Aufkommen an Blow-by-Gas auf der Anströmseite 11 und mit einem erhöhten Unterdruck auf der Abströmseite 12. Beispielsweise erhöht sich das Aufkommen an Blow-by-Gas bei einer erhöhten Drehzahl der Brennkraftmaschine, oder, wie in 2 gezeigt, bei einem erhöhten Drehmoment der Brennkraftmaschine. Ein stärkerer Unterdruck auf der Abströmseite 12 herrscht bei höheren Drehzahlen und Lasten der Brennkraftmaschine vor. Beispielsweise herrscht bei turboaufgeladenen Motoren auf der Abströmseite 12 ein starker Unterdruck im Motorkennfeld bei hohen Drehzahlen und bei hoher Last vor. Im Folgenden wird der Aufbau der Ölabscheideeinrichtung 1 beschrieben, wobei anschließend die Funktion der Ölabscheideeinrichtung 1 bei verschiedenen Lastpunkten der Brennkraftmaschine unter Bezugnahme auf die einzelnen Schaltzustände in den 1 bis 3 beschrieben wird.
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Die Ölabscheideeinrichtung 1 weist einen Grundkörper 19 auf, und der Grundkörper 19 wird im Betrieb mit einem Gasstrom 10 durchströmt. Der Gasstrom 10 strömt die Ölabscheideeinrichtung 1 über die Anströmseite 11 an, und der Gasstrom 10 verlässt die Ölabscheideeinrichtung 1 über die Abströmseite 12. Im Grundkörper 19 der Ölabscheideeinrichtung 1 ist ein Steuerorgan 13 beweglich aufgenommen, und gegen eine Fläche oder Kante des Grundkörpers 19 bildet das Steuerorgan 13 einen änderbaren Strömungsquerschnitt 14 im Übergang zwischen der Anströmseite 11 und der Abströmseite 12. Das Steuerorgan 13 weist eine Wirkfläche 15 auf, die mit dem mit Öl beladenen Gasstrom 10 von der Anströmseite 11 beaufschlagbar ist. Weiterhin ist im Grundkörper 19 ein Gegensteuerorgan 16 wenigstens teilweise beweglich aufgenommen, wobei das Gegensteuerorgan 16 mittels des Unterdrucks auf der Abströmseite 12 steuerbar ist. Zur Abscheidung des Öls im Gasstrom 10 ist im Grundkörper 19 ein Abscheidekörper 20 aufgenommen, beispielsweise aus einem zu einer Hülse geformten Vliesmaterial, und der mit Öl beladene Gasstrom 10, der den Strömungsquerschnitt 14 durchströmt, gelangt unmittelbar nach dem Durchtritt durch den Strömungsquerschnitt 14 gegen den Abscheidekörper 20 und dringt teilweise in diesen ein. Der Abscheidekörper 20 dient zum Abscheiden des Öls im Gasstrom 10, sodass der Gasstrom 10 in einem im Wesentlichen vom Öl befreiten Zustand die Ölabscheideeinrichtung 1 auf der Abströmseite 12 wieder verlässt.
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Das Steuerorgan 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als flache Steuerscheibe 17 ausgeführt, und der Strömungsquerschnitt 14 wird durch einen umlaufenden Ringquerschnitt gebildet, wobei der Ringquerschnitt begrenzt wird durch die umlaufende Außenkante der Steuerscheibe 17 und einen korrespondierenden Rand am Grundkörper 19. Die Steuerscheibe 17 ist über ein Federelement 24 gegen die Gegenkante des Grundkörpers 19 vorgespannt. Wird nun die Wirkfläche 15 des Steuerorgans 13 mit dem Gasstrom 10 angeströmt, so hebt das Steuerorgan 13 unter Spannung des Federelementes 24 vom Grundkörper 19 ab, bis sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der Vorspannkraft des Federelementes 24 und der effektiven Krafteinwirkung durch die Anströmung der Wirkfläche 15 einstellt.
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Der Abscheidekörper 20 dient zum Abscheiden des Öls aus dem Gasstrom 10 und angrenzend an den Abscheidekörper 20, gezeigt im unteren Bereich, befindet sich ein Ölabscheidepfad 32, über den das abgeschiedene Öl dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird. Der Abscheidekörper 20 ist hülsenförmig ausgeführt und umschließt außenumfänglich die Steuerscheibe 17, sodass der Abscheidekörper 20 von der Innenseite nicht nur lokal an vereinzelten Stellen sondern über den gesamten Umfang mit dem Gasstrom 10 angeströmt wird. Der Außenbereich des Abscheidekörpers 20 steht fluidisch mit der Abströmseite 12 in Verbindung, wobei der Grundkörper 19 diesen Bereich als Gehäuse topfförmig umschließt.
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Oberhalb des Steuerorgans 13 ist ein Gegensteuerorgan 16 eingerichtet, und das Gegensteuerorgan 16 weist einen Andruckkörper 21 auf, der außenseitig in eine Membran 23 übergeht. Das Gegensteuerorgan 16 ist über einen äußeren Rand 27 der Membran 23 in einem Gehäuse 28 der Ölabscheideeinrichtung 1 aufgenommen, wobei das Gehäuse 28 unterseitig vom Grundkörper 19 gebildet wird.
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Durch die Membran 23 ist der Andruckkörper 21 hubbeweglich im Gehäuse 28 aufgenommen, und der Andruckkörper 21 befindet sich in angrenzender Anordnung an die Steuerscheibe 17. Steigt der Unterdruck auf der Abströmseite 12, so wird der Andruckkörper 21 insbesondere auch über die Wirkfläche, die durch die Membran 23 gebildet ist, in Richtung zur Steuerscheibe 17 angesaugt. Dabei ist es möglich, dass die Hubbewegung des Andruckkörpers 21 so groß wird, dass der Andruckkörper 21 gegen die Steuerscheibe 17 zur Anlage gelangt und die Öffnungsbewegung der Steuerscheibe 17 zur Vergrößerung des Strömungsquerschnittes 14 begrenzt. Die Bewegung des Andruckkörpers 21 in Richtung zur Steuerscheibe 17 erfolgt dabei unter Kompression eines Rückfederelementes 26, das den Andruckkörper 21 in eine Ruhelage vorspannt, in der eine Einwirkung auf das Steuerorgan 13 durch das Gegensteuerorgan 16 unterbunden ist.
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Herrscht ein geringer Gasstrom 10 auf der Anströmseite 11 vor, beispielsweise bei einem Betriebspunkt mit niedrigem Drehmoment der Brennkraftmaschine, so wird die Wirkfläche 15 der Steuerscheibe 17 nur geringfügig mit dem Gasstrom 10 angeströmt, sodass das Federelement 24 die Steuerscheibe 17 an den Grundkörper 19 heranzieht, und sodass nur ein geringer Strömungsquerschnitt 14 gebildet ist, siehe hierzu 1.
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Bei einem erhöhten Aufkommen an Blow-by-Gas auf der Anströmseite 11 beaufschlagt der Gasstrom 10 die Wirkfläche 15 der Steuerscheibe 17 mit einer erhöhten Kraft, sodass die Steuerscheibe 17 vom Grundkörper 19 weiter abhebt und den Strömungsquerschnitt 14 vergrößert. In dieser Betriebssituation herrscht noch ein geringer Unterdruck auf der Abströmseite 12 vor, sodass es zweckdienlich ist, dass der Strömungsquerschnitt 14 vergrößert bleibt, siehe hierzu 2.
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Erhöht sich ausgehend von der Betriebssituation in 3 bei erhöhten Aufkommen eines Blow-by-Gases auf der Anströmseite 11 der Unterdruck auf der Abströmseite 12, beispielsweise durch eine Erhöhung der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine, so bewirkt der Unterdruck eine Bewegung des Gegensteuerorgans 16 aus der Ruhelage, und der Andruckkörper 21 bewegt sich gegen die Steuerscheibe 17. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt 14 durch ein Annähern der Steuerscheibe 17 auch bei erhöhtem Aufkommen an Blow-by-Gas an dem Grundkörper 19 wieder verringert. Infolge dessen wird die Auftreffgeschwindigkeit des Gasstromes 10 auf den Abscheidekörper 20 erhöht und dadurch wird eine bessere Abscheideleistung erzielt. Die Verringerung des Strömungsquerschnittes 14 führt zur Erhöhung des Strömungswiderstandes. Der erhöhte Strömungswiderstand dient der Begrenzung des Unterdruckes im Kurbelgehäuse, ähnlich der Funktion eines Druckregelventiles.
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Sinkt der Unterdruck auf der Abströmseite 12 wieder ab, so führt das Rückfederelement 26 den Andruckkörper 21 unter elastischer Rückformung der Membran 23 wieder in die Ruhelage zurück, wie in den 1 und 2 gezeigt.
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4 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem Steuerorgan 13 in Form einer Steuerscheibe 17, wobei die Steuerscheibe 17 eine Führungsstange 33 aufweist, auf der ein Federelement 25 aufsitzt. Das Federelement 25 spannt die Steuerscheibe 17 gegen den Grundkörper 19 so vor, sodass sich durch die Krafteinwirkung des Federelementes 25 der ringförmige Strömungsquerschnitt 14 verkleinert oder schließt. Durch das Anströmen der Wirkfläche 15 der Steuerscheibe 17 durch den Gasstrom 10 auf der Anströmseite 11 wird die Steuerscheibe 17 vom Grundkörper 19 abgehoben, und der Abscheidekörper 20 wird entsprechend angeströmt. Damit wird ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Anordnung und Ausführung des Steuerorgans 13 aufgezeigt, wobei die Steuerscheibe 17 über die Führungsstange 23 im Grundkörper 19 geführt wird.
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Im Grundkörper 19 sind mehrere Strömungsöffnungen 30 gezeigt, durch die der Gasstrom von der Anströmseite 11 in die Abströmseite 12 gelangt, wobei der durch die Strömungsöffnungen 30 gebildete Strömungspfad parallel verläuft zum Strömungspfad durch den Strömungsquerschnitt 14.
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5 zeigt in einer abgewandelten Form die Ölabscheideeinrichtung 1 mit den Strömungsöffnungen 30 gemäß 4, die einen Strömungspfad zwischen der Anströmseite 11 und der Abströmseite 12 parallel zum Strömungsquerschnitt 14 durch die Steuerscheibe 17 bilden. Das Gegensteuerorgan 16 umfasst einen Ringeinsatz 34, an dem Schiebeelemente 31 angeformt sind. Erhöht sich der Unterdruck auf der Abströmseite 12 und fährt das Gegensteuerorgan 16 gegen die Steuerscheibe 17, so können die Schiebeelemente 31 die Strömungsöffnungen 30 verschließen. Im Betriebspunkt hoher Drehzahl, bei der ein starker Unterdruck auf der Abströmseite 12 vorherrscht, und bei einem großen Aufkommen an Blow-by-Gas auf der Anströmseite 11 wird der Strömungsquerschnitt 14 verringert, und bei zugleich verschlossenen Strömungsöffnungen 30 wird der Abscheidekörper 20 mit einem stark beschleunigten Gasstrom 10 zur Maximierung der Abscheideleistung angeströmt. Verringert sich der Unterdruck auf der Abströmseite 12 wieder, so werden die Strömungsöffnungen 30 wieder freigegeben, zugleich vergrößert sich wieder der Strömungsquerschnitt 14 durch das Lösen der Einwirkung des Gegensteuerorgans 16 auf die Steuerscheibe 17.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem ringförmig umlaufenden Vorsprung 29 am Ringeinsatz 34 des Gegensteuerorgans 16. Wird das Gegensteuerorgan 16, wie mit dem Pfeil gezeigt, gegen die Steuerscheibe 17 bewegt, so fährt der Vorsprung 29 gegen den ebenfalls einen Ringquerschnitt aufweisenden Abscheidekörper 20 und staucht diesen zusammen. Dadurch wird Öl, das sich im Abscheidekörper 20 angesammelt hat, aus diesem ausgewrungen und beispielsweise über den Ölabscheidepfad 32 wieder in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zurückgeführt.
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Der Vorsprung 29 weist eine Querschnittsform auf, die an die Querschnittsform des Abscheidekörpers 20 angepasst ist. Auf nicht näher gezeigte Weise ist der Vorsprung 29 mit Durchgangslöchern versehen, sodass ein Überströmen des Gasstromes 10 von der Anströmseite 11 in die Abströmseite 12 erfolgen kann, ohne dass der gesamte Gasstrom 10 den Abscheidekörper 20 durchströmen muss.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem Steuerorgan 13, das als Steuerring 18 ausgeführt ist. Die Anströmseite 11 und die Abströmseite 12 verlaufen dabei konzentrisch zueinander, und unterhalb des Steuerrings 18 befindet sich die Anströmseite 11, die die mittig verlaufende Abströmseite 12 mantelförmig umschließt.
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Wird das Steuerorgan 13 über die Wirkfläche 15 mit dem Gasstrom 10 von der Anströmseite 11 beaufschlagt, so hebt die Innenseite des Steuerrings 18 vom Grundkörper 19 ab und gibt den Strömungsquerschnitt 14 frei. Der Abscheidekörper 20 wird in dieser Anordnung von dem Gasstrom 10 von der Außenseite angeströmt, wobei die Bewegung des Steuerorgans 13 zur Auffederung und zur Rückfederung durch eine Eigenelastizität des Steuerrings 18 ausgeführt wird. Außenseitig ist der Steuerring 18 auf nicht näher gezeigte Weise am Gehäuse 28 der Ölabscheideeinrichtung 1 fest aufgenommen, und der Innenrand des Steuerrings 18 hebt elastisch von der Kante des Grundkörpers 19 ab und bildet den sich variabel öffnenden und schließenden Strömungsquerschnitt 14.
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Bei einer Bewegung des Gegensteuerorgans 16 in Richtung zum Steuerring 18 drückt ein ringförmig angeformter Andruckkörper 22 des Gegensteuerorgans 16 auf die Innenseite des Steuerrings 18, und der sich öffnende Strömungsquerschnitt 14 wird auf vorstehend beschriebene Weise durch den Unterdruck auf der Abströmseite 12 begrenzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ölabscheideeinrichtung
- 10
- Gasstrom
- 11
- Anströmseite
- 12
- Abströmseite
- 13
- Steuerorgan
- 14
- Strömungsquerschnitt
- 15
- Wirkfläche
- 16
- Gegensteuerorgan
- 17
- Steuerscheibe
- 18
- Steuerring
- 19
- Grundkörper
- 20
- Abscheidekörper
- 21
- Andruckkörper
- 22
- Andruckkörper
- 23
- Membran
- 24
- Federelement
- 25
- Federelement
- 26
- Rückfederelement
- 27
- äußerer Rand
- 28
- Gehäuse
- 29
- Vorsprung
- 30
- Strömungsöffnung
- 31
- Schiebeelement
- 32
- Ölabscheidepfad
- 33
- Führungsstange
- 34
- Ringeinsatz
