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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Gas aus einem Ölgasgemisch, wobei das Abscheiden des Gases durch eine Umlenkung eines Ölgasgemischstroms an einer inneren Fläche einer nach außen gekrümmten Wandung eines Umlenkelements erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Abscheiden von Gas aus einem Ölgasgemisch.
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Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich wird Öl zur Kühlung und/oder als Schmiermittel in der Regel in einem Kreislauf zirkulierend verwendet. Dabei wird Öl, ausgehend von einem Ölbehälter/-tank mittels einer Ölpumpe über Zuleitungen zum Wirkungsort und über Rücklaufleitungen wieder zurück in den Tank befördert, wobei die Pumpe entweder zwischen Tank und Wirkungsort und/oder zwischen Wirkungsort und Tank angeordnet sein kann. Da neben Öl im Kreislauf normalerweise auch Luft vorhanden ist, ist aufgrund der Umwälzbewegung eine Beladung des flüssigen Öls mit gasförmiger Luft unvermeidlich, sodass das Öl mehr oder weniger stark aufschäumt.
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Gasbeladenes Öl ist in seiner Wirkung bezüglich Schmierung und/oder Wärmetransportfähigkeit stark eingeschränkt. Das hat zur Folge, dass erhöhter Verschleiß und somit eine verkürzte Lebensdauer beispielsweise einer Brennkraftmaschine eintreten. Aus diesem Grund versucht man einerseits durch eine entsprechende Ölbewegung eine Beladung des Öls mit Gas zu verhindern; zudem werden Öle eingesetzt, welche eine geringe Schaumneigung besitzen. Andererseits ist es dennoch notwendig, aufgeschäumtes, gasbeladenes Öl wieder zu entgasen.
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In diesem Zusammenhang sind zur Bereitstellung von gasfreiem Öl verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekanntgeworden.
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Aus der
DE 102 19 279 A1 ist es beispielsweise bekannt, in einen Deckel eines Öltanks einen Zyklonabscheider zu integrieren, zwecks Trennung des gasbeladenen Ölstroms in einen gasfreien und einen gashaltigen Teilstrom. Hierbei weist die Trenneinrichtung eine gekrümmte Führungsrippe auf, mittels der ein auf ihrer Innenseite tangential eingeleiteten Ölstrahl umgelenkt und hierbei in einen Drall versetzt wird. Die hierbei auftretenden Zentrifugalkräfte bewirken eine Trennung des Gases vom Öl. Radial innerhalb der Führungsrippe ist ein Raum mit geringer Gasbewegung vorgesehen, aus dem die Abführung des abgetrennten Gases ohne nennenswerte Verwirbelungen nach oben, somit senkrecht zur Rotationsebene des Öls erfolgt.
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Aus der
DE 10 2006 055 760 A1 ist ein Schmiermitteltank mit einem Gasabscheider bekannt. Hierbei wird das Ölgasgemisch innerhalb des Abscheidekörpers in eine drallförmige Bewegung versetzt. Durch die Zentrifugalkräfte wird hierbei das Gas von dem Ölgasgemisch getrennt und kann durch eine Gasausgleichsöffnung nach oben aus dem Gasabscheider austreten. Der Abscheidekörper ist unten mit einer Querschnittsverjüngung versehen, sodass dort die kinetische Energie des entgasten Öls abgebaut wird und dieses durch eine untere Öffnung des Abscheidekörpers abgeführt werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders einfaches und effektiv wirksames Verfahren zum Abscheiden von Gas aus einem Ölgasgemisch bereitzustellen. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Gas aus einem Ölgasgemisch zu schaffen, die baulich besonders einfach gestaltet ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Bei dem Verfahren zum Abscheiden von Gas aus dem Ölgasgemisch ist vorgesehen, dass das Abscheiden des Gases durch eine Umlenkung des Ölgasgemischstroms an einer inneren Fläche eine nach außen gekrümmten Wandung eines Umlenkelements erfolgt. Hierbei ist von besonderer Bedeutung, dass der Ölgasgemischstrom derart entlang der Wandung umgelenkt wird, dass die Geschwindigkeit des Ölgasgemischstroms mit zunehmender Umlenkung des Ölgasgemischstroms reduziert wird, und sich mit zunehmender Umlenkung des Ölgasgemischstroms Öl wandnah und Gas wandfern ansammelt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit das Öl und das vom Ölgasgemisch abgeschiedene Gas im Wesentlichen entsprechend bewegt, es erfolgt somit keine Ablenkung von Gas und/oder Öl in einem rechten Winkel oder ähnlichem Winkel zur Strömungsrichtung des Ölgasgemischs entlang der Umlenkung. Die Umlenkung gibt vielmehr die Strömungsrichtung des Ölgasgemischs und dann des Öls vor, wobei sich aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Gewichte von Öl und Gas und damit der unterschiedlichen Zentrifugalkräfte, die auf das Öl bzw. das Gas wirken, eine veränderte Verteilung entlang der Umlenkung ergibt. Dies dahingehend, dass sich bei Reduzierung der Geschwindigkeit des Ölgasgemischstroms zunehmend das Öl wandnah, somit näher der Wandung der Umlenkung ansammelt, während das Gas sich wandfern ansammelt. Es verlassen somit, bei weitgehend identischer Umlenkrichtung, der Ölstrom und der Gasstrom separiert das Umlenkelement. Der entgaste Ölstrom wird insbesondere unmittelbar in Öl in einem Ölbehälter eingeleitet, ohne von oben, somit einem höherem Niveau, auf dieses im Ölbehälter befindliche Öl zu fallen. Das ausgegebene Gas wird oberhalb des Ölniveaus des Ölbehälters ausgegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Ölgasgemisch durch ein als Rohr ausgebildetes Umlenkelement gefördert wird, wobei sich der Rohrquerschnitt in Förderrichtung des Ölgasgemischstroms erweitert. Insbesondere erweitert sich der Rohrquerrichtung in Förderrichtung des Ölgasgemischstroms stetig. Das Rohr stellt im Inneren somit ein definiertes Aufnahmevolumen zur Verfügung. Das Ölgasgemisch, das in das Rohr eintritt, besitzt dort eine definierte Geschwindigkeit, die wegen der Erweiterung des Rohrquerschnitts in Förderrichtung des Ölgasgemischstroms zum Austritt des Rohres abnimmt. Wegen der Umlenkung des Ölgasgemisches bzw. Öls/Gases im Umlenkelement, somit im Rohr, sammelt sich unter Berücksichtigung der Reduzierung der Geschwindigkeit des Ölgasstroms im Rohr zunehmend Öl weiter außen und zunehmend Gas weiter innen im Rohr an.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Ölgasgemisch durch ein rinnenförmig ausgebildetes Umlenkelement gefördert wird, wobei sich der Querschnitt der Rinne in Förderrichtung des Ölgasgemischstroms erweitert, insbesondere stetig erweitert. Somit ist zum Abscheiden des Gases aus dem Ölgasgemisch kein als Rohr ausgebildetes Umlenkelement erforderlich, sondern es kann durchaus auch ein rinnenförmig ausgebildetes Umlenkelement verwendet werden. Durch die veränderliche Krümmung und die Querschnittsgestaltung der Rinne kann gleichfalls die Geschwindigkeit des Ölgasgemischstroms beim Durchströmen des rinnenförmigen Umlenkelements reduziert werden, mit dem beschriebenen gewünschten Effekt des Abscheidens des Gases aus dem Ölgasgemisch.
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Das Verfahren zum Abscheiden von Gas aus dem Ölgasgemisch kann bei unterschiedlicher Positionierung des Umlenkelements erfolgen. So kann das Ölgasgemisch durch ein vertikal oder horizontal oder in einer Zwischenposition zwischen horizontaler und vertikaler Anordnung angeordnetes Umlenkelement gefördert werden.
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Vorzugsweise wird das abgeschiedene Öl derart in einen dem Umlenkelement folgenden Ölbehälter bzw. Öltank ausgegeben, dass das aus dem Umlenkelement austretende Öl sich teilweise unterhalb eines Ölspiegels des Ölbehälters befindet. Beim Zuführen des abgeschiedenen Öls in den Ölbehälter wird somit vermieden, dass Gas in das im Ölbehälter befindliche Öl eingetragen wird.
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Um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausreichende Abscheideergebnisse zu erzielen, ist es ausreichend, wenn der Ölgasgemischstrom mittels des Umlenkelements um einen Winkel von 90° bis 180° umgelenkt wird.
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Gelöst wird die Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung, die gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 ausgebildet ist.
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Diese Vorrichtung zum Abscheiden von Gas aus einem Ölgasgemisch ist ausschließlich durch ein rohrförmiges oder rinnenförmiges Umlenkelement gebildet, das stromaufwärts einen Einlass für das Ölgasgemisch sowie stromabwärts sowohl einen Auslass für das Öl als auch mindestens einen Auslass für das Gas aufweist. Hierbei weist das Umlenkelement einen sich vom Einlass für das Ölgasgemisch bis zum Auslass für das Öl erweiternden Durchströmquerschnitt auf. Dieser Durchströmquerschnitt erweitert sich vorzugsweise stetig.
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Bei der Vorrichtung befindet sich somit der Auslass für das Öl am stromabwärtigen Ende des Umlenkelements. Mehrere Auslässe für das Gas können unterschiedlich bezüglich des Umlenkelements positioniert sein.
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Baulich besonders einfach ist das Umlenkelement gestaltet, wenn es einteilig ausgebildet ist. Insbesondere ist das Umlenkelement als Gussteil ausgebildet.
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Das Umlenkelement ist als Rohr oder Rinne ausgebildet. Hierbei ist vorzugsweise das Rohr bzw. die Rinne, bezogen auf die Förderrichtung des Ölgasgemischstroms durch das Rohr bzw. die Rinne, spiralförmig erweiternd angeordnet. Durch diese Gestaltung lässt sich auf baulich besonders einfache Art und Weise die Geschwindigkeit des Ölgasgemischstroms beim Fördern entlang des Umlenkelements reduzieren.
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Das Umlenkelement ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel derart gestaltet, dass der Einlass für das Ölgasgemisch einen kreisförmigen Einlassquerschnitt für das Ölgasgemisch und der Auslass für das Öl einen Auslassquerschnitt mit ungleichem Höhen-/Breitenverhältnis aufweist, insbesondere der Auslass durch zwei parallele lange Abschnitte und zwei halbkreisförmige Abschnitte gebildet ist. Durch diese Gestaltung lässt sich auf einfache Art und Weise die Erweiterung des Durchströmquerschnitts im Auslassbereich des Umlenkelements bewerkstelligen.
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Gemäß einem alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einlass für das Ölgasgemisch einen halbkreisförmigen Einlassquerschnitt und der Auslass für das Öl einen Auslassquerschnitt mit ungleichem Höhen-/Breitenverhältnis aufweist, insbesondere der Auslass durch einen geraden Abschnitt und zwei viertelkreisförmige Abschnitte gebildet ist. Diese Gestaltung führt im Wesentlichen zu denselben Strömungsverhältnissen des Ölgasgemischs bzw. Öls/Gases wie die zuvor beschriebene Gestaltung.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn sich der Durchströmquerschnitt des Umlenkelements vom Einlass zum Auslass hin stetig erweitert. Damit ändern sich Strömungsverhältnisse innerhalb des Umlenkelements stetig.
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Das Umlenkelement kann derart gestaltet sein, dass es einen einzigen Auslass für das Gas aufweist, wobei der Auslass für das Gas und der Auslass für das Öl einen gemeinsamen Auslass bilden. Hierbei ist das Umlenkelement insbesondere als Rohr ausgebildet, mit dem einen Einlass und dem einen Auslass. Grundsätzlich kann aber das Umlenkelement auch derart gestaltet sein, dass es mehrere Auslässe für das Gas aufweist. Beispielsweise bilden einer der Auslässe für das Gas und der Auslass für das Öl einen gemeinsamen Auslass und es sind weitere Auslässe für das Gas stromaufwärts des gemeinsamen Auslasses vorgesehen, die das Umlenkelement durchsetzen. Diese weiteren Auslässe können beispielsweise als Löcher gestaltet sein. So kann Gas, das bereits nach Durchströmen einer Teillänge des Umlenkelements abgeschieden worden ist, durch relativ stromaufwärts angeordnete weitere Auslässe bzw. weitere Löcher aus dem Umlenkelement austreten. Es muss demnach nicht das gesamte abgeschiedene Gas durch den gemeinsamen Auslass austreten.
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Vorzugsweise weist das Umlenkelement im Bereich des Einlasses einen Anschluss um unmittelbaren Anschließen an eine Saugpumpe auf. Das Ölgasgemisch wird somit unmittelbar von der Saugpumpe zum Umlenkelement ausgegeben. Hierbei ist nicht nur von Vorteil, dass bei dieser Anordnung von Saugpumpe und Umlenkelement relativ wenig Bauraum benötigt wird, sondern auch ein zusätzlicher weiterer Eintrag von Gas in das Ölgasgemisch vermieden wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Es zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Abscheiden von Gas aus einem Ölgasgemisch gemäß Ansicht I in 2,
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2 die Vorrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in 1,
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3 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Durchströmquerschnitts der Vorrichtung in Abhängigkeit von der Durchströmlänge innerhalb der Vorrichtung,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, veranschaulicht in einer Ansicht IV gemäß 6,
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5 die Vorrichtung in einer Ansicht V gemäß 4,
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6 die Vorrichtung in einer Ansicht VI gemäß 5,
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7 ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, veranschaulicht in einer Ansicht VII gemäß 8,
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8 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß der Schnittdarstellung gemäß der Linie VIII-VIII in 7.
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Die durch die 1 und 2 gezeigte Vorrichtung zum Abscheiden von Gas aus einem Ölgasgemisch ist durch ein einziges Umlenkelement 1 gebildet. Das Umlenkelement 1 ist als Rohr ausgebildet. Das Umlenkelement 1 weist stromaufwärts einen Einlass 2 für das Ölgasgemisch und stromabwärts einen Auslass 3 für das Öl und das aus dem Ölgasgemisch abgeschiedene Gas auf. Ein Umlenkelement 1 ist einteilig ausgebildet. Es ist, bezogen auf die Förderrichtung des Ölgasgemischstroms durch das Umlenkelement 1, spiralförmig erweiternd ausgebildet. Hierbei erweitert sich der Durchtrittsquerschnitt des Umlenkelements 1, ausgehend vom Einlass 2, zum Auslass 3 hin stetig. Die Erweiterung erfolgt hierbei progressiv, wie es der Darstellung der 3 zu entnehmen ist.
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Im Detail weist der Einlass 2 für das Ölgasgemisch einen kreisförmigen Einlassquerschnitt 4 für das Ölgasgemisch und der Auslass 3 einen Auslassquerschnitt 5 mit ungleichem Höhen-/Breitenverhältnis auf. Konkret ist der Auslass 3 durch zwei parallele lange Abschnitte 6 und zwei halbkreisförmige Abschnitte 7 gebildet. Bezogen auf die gezeigte vertikale Orientierung des Umlenkelements 1 sind die parallelen Abschnitte 6 horizontal angeordnet. Hierbei befindet sich der Einlass 2 oben und der Auslass 3 unten.
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Das beschriebene Umlenkelement 1 weist somit einen einzigen Einlass 2 und einen einzigen Auslass 3 auf. Der Auslass 3 bildet somit einen gemeinsamen Auslass für das Öl und das aus dem Ölgasgemisch abgeschiedene Gas, bei dem es sich um Luft handelt.
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Das Umlenkelement 1 weist im Bereich des Einlasses 2 einen Anschluss zum unmittelbaren Anschließen an eine Saugpumpe auf. Das aus der Saugpumpe austretende Ölgasgemisch tritt durch den Einlass 2 in die Umlenkeinheit 1 ein. Das Abscheiden des Gases vom Ölgasgemisch erfolgt durch die Umleitung des Ölgasgemischstroms an der, bezogen auf die Krümmung des Umlenkelements 1, äußeren Wandung 8 des Umlenkelements. Mittels dieser Wandung erfolgt die Umleitung des Ölgasgemischstroms bzw. Öles um einen Winkel von 180°. Der Ölgasgemischstrom wird entlang der sich im Durchmesser aufweitenden, bogenförmigen Wandung 8 des Umlenkelements 1 geleitet. Die dadurch auftretende Zentrifugalkraft sowie Geschwindigkeitsreduktion des Ölgasgemischstroms entmischt das Gas vom Ölgasgemisch. Das auslassseitige Ende des Umlenkelements 1 befindet sich dabei teilweise unterhalb eines Ölspiegels eines Öltanks, in den das nun vom Gas entmischte Öl eingeleitet wird. Dieser Ölspiegel, der variabel ist, ist durch das Niveau 9 veranschaulicht.
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Bei diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt somit die Durchströmung des Umlenkelements 1 bei vertikaler Anordnung des Umlenkelements 1, somit Anordnung des Einlasses 2 oberhalb des Auslasses 3.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 4 bis 6 hingegen ist das als Rohr ausgestaltete Umlenkelement 1 anders geformt und anders angeordnet. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und 2, bei dem die Eintritts- und Austrittsrichtungen des Ölgasgemischs bzw. des Öls und des aus dem Ölgasgemisch abgeschiedenen Gases parallel verlaufen, sind diese Richtungen abweichend von einer Parallelen. Es tritt das Ölgasgemisch horizontal über den Einlass 2 in das Umlenkelement 1 ein und verlässt das Umlenkelement 1 im Bereich des Auslasses 3 unter einem Winkel von 40° zur Horizontalen. Hierbei weist der Einlass 2 einen kreisförmigen Einlassquerschnitt 4 und der Auslass 3 einen Auslassquerschnitt 5 auf, der entsprechend demjenigen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 gestaltet ist. Es lassen sich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dieselben Abhängigkeiten von Durchflussquerschnitt zu Durchströmlänge erzielen, wie zur 3 veranschaulicht.
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Das weitere Ausführungsbeispiel gemäß der 7 und 8 unterscheidet sich von demjenigen nach den 1 und 2 nur dadurch, dass das Umlenkelement 1 nicht als Rohr, sondern als Rinne ausgebildet ist. Dieses Umlenkelement 1 weist somit gleichfalls die äußere Wandung 8 auf, an die sich aber nur zwei Seitenwandabschnitte 10 anschließen. Konkret weist der Einlass 2 bei diesem Ausführungsbeispiel einen halbkreisförmigen Einlassquerschnitt 11 und einen Auslassquerschnitt 12 mit ungleichem Höhen-/Breitenverhältnis auf. Insbesondere ist der Auslass 3 durch einen geraden Abschnitt 13 und zwei viertelkreisförmige Abschnitte 14 gebildet. Auch bei dieser Ausführungsform erweitert sich der Durchströmquerschnitt des Umlenkelements 1 vom Einlass 2 zum Auslass 3 hin stetig. Es gelten auch hier die Abhängigkeiten gemäß 3.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 7 und 8 kann, weil das Umlenkelement 1 rinnenartig ausgebildet ist, Gas unmittelbar nach dem Abscheiden aus dem Ölgasgemisch aus dem Bereich des Umlenkelements 1 abströmen, womit das Abführen des Gases quasi über einen großen Teil der gesamten Durchströmlänge des Umlenkelements 1 für das Öl erfolgen kann, unmittelbar vom Beginn des Abscheidens des Gases bis zum Ende der Umlenkeinheit im Bereich des Auslasses 3.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß der 1, 2 sowie 4 bis 6 kann dahingehend modifiziert sein, dass die der äußeren Wandung 8 gegenüberliegende innere Wandung 15 mit Löchern zum Durchtritt des abgeschiedenen Gases vor Erreichen des Auslasses 3 versehen ist. Zwei solcher Löcher 16 sind in der 2 strichliert veranschaulicht. Somit kann abgeschiedenes Gas bereits früher aus dem rohrförmigen Umlenkelement entweichen.
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Die Erfindung und deren Weiterbildungen beschreibt somit insbesondere ein Umlenkelement, das in Ölpumpen in Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Saugölpumpen eingesetzt wird. Hierbei wird das gepumpte Öl aus der Pumpe so geführt, dass einerseits das in dem Öl gebundene Gas bzw. Luft aus dem Öl abgeschieden wird und andererseits das gepumpte Öl so in eine Ölwanne bzw. einen Sammelbehälter für Öl zurückgeführt wird, dass dies nur geringe bis keine Verschäumung erfährt. Das Öl, das von der Saugpumpe gefördert wird, wird durch den Pumpenaustritt unmittelbar zum Umlenkelement gefördert und legt sich durch die Strömungsgeschwindigkeit an der Innenseite der Außenwand an. Durch den kontinuierlich vergrößerenden Querschnitt wird die Strömungsgeschwindigkeit verringert und es kann sich das Gas bzw. die Luft nach innen aus dem Öl abscheiden. Das Öl wird bevorzugt leicht unter dem Ölspiegel aus dem Auslass des Umlenkelements ausgegeben, sodass das geführte Öl nicht in den Ölspiegel plätschern kann und hierdurch keine weitere Verschäumung verursacht. Das Umlenkelement kann als separates Bauteil ausgeführt werden oder in das Pumpengehäuse bzw. die die Pumpe umgebenden Bauteile, wie zum Beispiel Ölwanne, Bedplate, Kurbelgehäuse, Getriebegehäuse integriert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung/Umlenkelement
- 2
- Einlass
- 3
- Auslass
- 4
- Einlassquerschnitt
- 5
- Auslassquerschnitt
- 6
- Abschnitt
- 7
- Abschnitt
- 8
- Wandung
- 9
- Ölspiegel
- 10
- Seitenwandabschnitt
- 11
- Einlassquerschnitt
- 12
- Auslassquerschnitt
- 13
- Abschnitt
- 14
- Abschnitt
- 15
- Wandung
- 16
- Loch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10219279 A1 [0005]
- DE 102006055760 A1 [0006]
