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Die Erfindung betrifft eine Ölreinigungseinrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, welche ein Schmieröl der Brennkraftmaschine reinigen kann, sowie eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Ölreinigungseinrichtung.
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Neben Filtern werden zur Reinigung von Schmieröl von Brennkraftmaschinen auch Zentrifugalabscheider verwendet, in welchen Schmutzpartikeln aufgrund von Zentrifugalkräften aus dem Schmieröl abgeschieden werden. Ein derartiger Zentrifugalabscheider ist beispielsweise aus der
WO 2004/101159 A2 bekannt. Ein Rotor des Zentrifugalscheiders wird hierbei durch das zu reinigende Öl angetrieben. Somit kann der Rotor ohne Einbringen von Fremdenergie nur durch den hohen Druck des zu reinigenden Öls angetrieben werden. Der Rotor ist in einer Schmutzkammer angeordnet, welche aufgrund der relativ hohen Belastungen durch die Fliehkraft und den Öldruck des zu reinigenden Öls sehr robust aufgebaut werden muss. Die bekannten Zentrifugalscheider sind jedoch dann nicht durch den Öldruck antreibbar, wenn beispielsweise das zu reinigende Öl relativ energiearm ist, wie beispielsweise ein Spülöl aus einem Automatikölfilter oder ein rückfließendes Öl der Brennkraftmaschine, welche nur ein geringes Druckniveau besitzt. Dieses reicht nicht aus, um den Rotor anzutreiben. Theoretisch könnte hier nun ein separater Antrieb, beispielsweise ein Elektromotor, vorgesehen werden, um den Rotor anzutreiben. Hierdurch muss jedoch zusätzliche Energie aufgewandt werden und es ergibt sich eine höhere elektrische Belastung eines Netzes der Brennkraftmaschine.
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Ferner ist aus der
DE 2064704 A1 eine Zentrifugiereinrichtung zum Reinigen eines Betriebs mittels einer Kolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der der Rotor mittels des zu reinigenden Mediums angetrieben wird. Weiterhin ist aus der
DE 60215620 T2 eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung bekannt, bei der am Rotor Schaufeln angeordnet sind, welche mittels eines separaten Antriebsmittels beaufschlagt werden, um den Rotor anzutreiben. Aus der
DE 699 06 019 T2 ist eine Zentrifuge mit Turbinenantrieb bekannt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ölreinigungseinrichtung bereitzustellen, welche mit Öldruck antreibbar ist und auch in der Lage ist, Öl mit niedrigem Druckniveau zu reinigen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit einer entsprechenden verbesserten Ölreinigungseinrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ölreinigungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Ölreinigungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass auch ein zu reinigendes Öl, welches nur einen geringen Druck aufweist, sicher und effektiv mittels einer Zentrifugaleinrichtung ohne Aufwenden von elektrischer Energie gereinigt werden kann. Erfindungsgemäß wird hierzu über eine erste Zuleitung das zu reinigende Öl zu einer Hohlachse eines Rotors der Zentrifugaleinrichtung zugeführt und über eine zweite Zuleitung ein Antriebsöl zu einer mit einem Rotor der Zentrifugaleinrichtung verbundenen Antriebseinrichtung zugeführt. Somit ist der Antrieb der Zentrifugaleinrichtung unabhängig von einem Druck des zu reinigenden Öls. Dadurch ist es möglich, dass das zu reinigende Öl auch nur einen sehr niedrigen Druck oder drucklos (Umgebungsdruck) ist. Dabei kann erfindungsgemäß ein sehr kompakter Aufbau realisiert werden und insbesondere Zusatzkosten für die fluidische Antriebseinrichtung des Rotors klein gehalten werden. Ferner umfasst die fluidische Antriebseinrichtung eine Turbine mit einer Vielzahl von Schaufeln. Die Schaufeln sind mit dem Rotor verbunden und werden mit dem unter Druck stehenden Antriebsöl beaufschlagt, um den Rotor anzutreiben.
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Ferner umfasst die Ölreinigungseinrichtung eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, einen Druck des Antriebsöls zu steuern. Dadurch kann eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors gesteuert werden. Vorzugsweise steuert die Steuereinheit dabei den Druck des Antriebsöls in Abhängigkeit eines Verschmutzungsgrades des zu reinigenden Öls.
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Weiter bevorzugt umfasst die Schmutzkammer ein dünnwandiges Schmutzkammergehäuse, und besonders bevorzugt ein dünnwandiges Kunststoffgehäuse, welches eine kleinere Wandstärke als die Hohlachse des Rotors aufweist. Dadurch können Kosten und Gewicht der Zentrifugaleinrichtung signifikant reduziert werden. Dies ist möglich, da die Schmutzkammer drucklos ist.
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Weiter bevorzugt ist ein Druck des Antriebsöls größer als ein Druck des zu reinigenden Öls, bevorzugt mindestens doppelt so groß. Weiter bevorzugt ist das zu reinigende Öl nahe oder gleich dem Umgebungsdruck.
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Bevorzugt ist in der zweiten Zuleitung, über welche das Antriebsöl zugeführt wird, eine Drosseleinrichtung oder dgl. angeordnet, welche mittels der Steuereinheit ansteuerbar ist. Die Drosseleinrichtung kann beispielsweise eine verstellbare Blende sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit ferner eingerichtet, eine Durchflussmenge des zu reinigenden Öls zu steuern.
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Dies kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn beim Antriebsöl Druckschwankungen auftreten, so dass ein Druck des Antriebsöls nicht mehr ausreicht, eine entsprechend große Menge an zu reinigendem Öl durch den Rotor zu beschleunigen. In der ersten Zuleitung, welche das zu reinigende Öl zuführt, ist vorzugsweise ebenfalls eine Drosseleinrichtung vorgesehen, beispielsweise ebenfalls eine verstellbare Blende.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, umfassend eine erfindungsgemäße Ölreinigungseinrichtung. Die Brennkraftmaschine umfasst bevorzugt eine Ölpumpe zur Umwälzung eines Schmieröls, wobei die zweite Zuleitung zum Zuführen des Antriebsöls dabei von einem Leitungsabschnitt nach der Ölpumpe abzweigt. Dadurch kann das Antriebsöl mit relativ hohem Druck zur Zentrifugaleinrichtung zum Antreiben des Rotors zugeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist es dabei egal, ob das Antriebsöl Verschmutzungen aufweist oder nicht. Das Antriebsöl kann dabei durch die Zentrifugaleinrichtung ebenfalls gereinigt werden, so dass es unschädlich für die Brennkraftmaschine ist, wenn das Antriebsöls Verunreinigungen aufweist.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Ölreinigungseinrichtung gemäß einem ersten Beispiel,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer Ölreinigungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 3 eine schematische Schnittansicht einer Ölreinigungseinrichtung gemäß einem zweiten Beispiel.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Ölreinigungseinrichtung 1 gemäß einem ersten Beispiel im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Ölreinigungseinrichtung 1 eine Zentrifugaleinrichtung 2 mit einem Rotor 3 und einer Schmutzkammer 4. Der Rotor 3 umfasst eine Hohlachse 5, durch welche ein zu reinigendes Öl 21 zuführbar ist. In 1 ist das zu reinigende Öl 21 durch die gestrichelten Pfeile dargestellt.
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Die Zentrifugaleinrichtung 2 ist dabei in einem Außengehäuse 17 angeordnet. Der Rotor 3 umfasst Auslassdüsen 30, durch welche das über die Hohlachse 5 zugeführte, zu reinigende Öl 21 in die Schmutzkammer 4 austritt.
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Der Rotor 3 ist dabei an einem ersten Lager 14 und einem zweiten Lager 15 gelagert. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das erste Lager 14 dabei an dem Außengehäuse 17 angeordnet und das zweite Lager 15 ist an einer Basisplatte 22 vorgesehen.
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In der Basisplatte 22 ist ferner eine erste Zuleitung 7 zum Zuführen des zu reinigenden Öls 21 sowie eine zweite Zuleitung 8 zum Zuführen eines Antriebsöls 20 vorgesehen.
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Das Antriebsöl 20 ist in 1 durch die durchgezogenen Pfeile angedeutet.
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Die Ölreinigungseinrichtung 1 umfasst ferner eine fluidische Antriebseinrichtung 6 mit einer Düsenanordnung 60. Die Düsenanordnung 60 umfasst mehrere Düsen 61, welche an einem radial äußeren Bereich der Düsenanordnung 60 angeordnet sind. Das Antriebsöl 20 wird durch die zweite Zuleitung 8, einen Ringkanal 62 und einzelne Kanäle 63 zu den Düsen 61 zugeführt. An den Düsen 61 tritt das unter Druck stehende Antriebsöl 20 aus, um die Düsenanordnung 60 rotieren zu lassen. Da die Düsenanordnung 60 fest mit dem Rotor 3 verbunden ist, dreht die Düsenanordnung dadurch auch den Rotor 3 mit. Dadurch wird das zu reinigende Öl, welches durch die Hohlachse 5 zugeführt wird, aus den Auslassdüsen 30 des Rotors 3 in die Schmutzkammer 4 ausgeschleudert.
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Aufgrund der auf das zu reinigende Öl 21 wirkenden Zentrifugalkraft bildet sich am inneren Umfang des Schmutzkammergehäuses 40 ein Schmutzkuchen 9 aus Verunreinigungen. Das derart gereinigte Öl strömt dann aus mehreren Auslässen 41 aus dem Schmutzkammergehäuse 40 aus und wird über eine Ableitung 16 wieder einer Nutzung zugeführt.
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Weiterhin ist eine Steuereinheit 10 vorgesehen, welche mit einer ersten Drosseleinrichtung 11 und einer zweiten Drosseleinrichtung 12 verbunden ist. Die erste Drosseleinrichtung 11 ist in der ersten Zuleitung 7 angeordnet und die zweite Drosseleinrichtung 12 ist in der zweiten Zuleitung 8 für das Antriebsöl 20 angeordnet. Die Steuereinheit 10 ist dabei eingerichtet, einen Durchtrittsquerschnitt durch die erste und zweite Drosseleinrichtung 11, 12 jeweils zu ändern. Hierbei wird mittels der Steuereinheit 10 insbesondere ein Druck des Antriebsöls 20, mit welchem das Antriebsöl 20 zur fluidischen Antriebseinrichtung 6 zugeführt wird, gesteuert und mittels der ersten Drosseleinrichtung 11 wird eine Menge des zu reinigenden Öls 21 gesteuert. Somit kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem Verschmutzungsgrad des zu reinigenden Öls 21 auch ein Druck des Antriebsöls 20 erhöht oder reduziert werden.
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Wie aus 1 ferner ersichtlich ist, wird das Antriebsöl 20 dabei aus einer Leitung 18 abgezweigt, wobei sich die Abzweigung kurz nach einer Ölpumpe 13 befindet, welche das Antriebsöl unter Druck setzt. Somit kann das Antriebsöl 20 einen relativ hohen Druck aufweisen, da es unmittelbar nach der Ölpumpe 13 einer Brennkraftmaschine abgezweigt wird.
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Somit kann die Steuereinheit 10 auch durch Reduzierung der Drehzahl des Rotors 3 eine Verweilzeit in der Schmutzkammer 4 des zu reinigenden Öls 21 ändern. Da erfindungsgemäß ein separates Antriebsöl 20 vorgesehen ist, muss das zu reinigende Öl 21 nicht mehr einen gewissen Mindestdruck aufweisen, um einen fluidischen Antrieb für die Zentrifugaleinrichtung 2 bereitstellen zu können. Erfindungsgemäß kann das zu reinigende Öl 21 drucklos, d.h., mit Umgebungsdruck, sein.
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Da weiterhin das Antriebsöl 20, welches auch unter einem sehr hohen Druck stehen kann, nicht in die Schmutzkammer 4 zugeführt wird, sondern außerhalb der Schmutzkammer in dem Außengehäuse 17 verbleibt, können auch die Wände des Schmutzkammergehäuses 40 relativ dünn gestaltet werden. Insbesondere ist es möglich, dass hierbei als Material Kunststoff für die Wände des Schmutzkammergehäuses 40 verwendet werden kann. Damit kann einerseits Bauraum gewonnen werden, welcher zur Aufnahme des Schmutzkuchens 9 dient, und andererseits kann das Gewicht der erfindungsgemäßen Ölreinigungseinrichtung signifikant reduziert werden.
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Für eine optimale Reinigung des zu reinigenden Öls 21 ist die Hohlachse 5 des Rotors 3 dabei vorzugsweise vertikal angeordnet.
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Die fluidische Antriebseinrichtung 6 ist somit ein Freistrahlantrieb durch Austreten des Antriebsöls 20 aus den Düsen 61 versehen. Das Antriebsöl 61 strömt dabei bevorzugt tangantial aus den Düsen 61 aus.
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Somit kann eine zweiflutige Ölreinigungseinrichtung 1 bereitgestellt werden, bei der ein Antriebsöl 20 von einem zu reinigenden Öl 21 getrennt ist.
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2 zeigt eine Ölreinigungseinrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das erste Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Beispiel, wobei im Unterschied zum ersten Beispiel eine andere fluidische Antriebseinrichtung 6 vorgesehen ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst die fluidische Antriebseinrichtung 6 des zweiten Ausführungsbeispiels eine Turbine 64 mit einer Vielzahl von Schaufeln 65. Das Antriebsöl 20 wird über Düsen 66 aus einem Ringkanal 67 auf die Schaufeln 65 gerichtet. Dadurch dreht sich die Turbine 64, welche fest mit dem Rotor 3 verbunden ist. Somit kommt auch der Rotor 3 in Rotation, so dass das wie im ersten Ausführungsbeispiel durch die Hohlachse 5 zugeführte, zu reinigende Öl 21 aus den Auslassdüsen 30 des Rotors 3 austritt und durch Zentrifugalkräfte in der Schmutzkammer 4 evtl. vorhandene Schmutzpartikel an dem inneren Mantel des Außengehäuses 17 abgelagert werden.
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3 zeigt eine Ölreinigungseinrichtung 1 gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Beispielen ist beim zweiten Beispiel die fluidische Antriebseinrichtung 6 eine Schraubengänge 68 aufweisende Antriebseinrichtung. Die Schraubengänge 68 sind dabei um die Hohlachse 5 herum angeordnet. Die Schraubengänge 68 werden dabei durch einen Förderkegel 69 begrenzt. Wie aus 3 ersichtlich ist, wird das Antriebsöl 20 durch die zweite Zuleitung 8 und einen Ringkanal 67 zu Düsen 66 zugeführt, welche das Antriebsöl in die Schraubengänge 68 einspritzen. Dadurch kommt der Rotor 3 in Rotation. Am entgegengesetzten Ende 70 tritt das Antriebsöl 20 aus der fluidischen Antriebseinrichtung 6 kurz vor, d.h., unterhalb, des zu reinigenden Öls 21, welches aus den Auslassdüsen 30 austritt, aus. Dadurch wird sowohl das zu reinigende Öl 21 als auch das Antriebsöl 20 in die Schmutzkammer 4 zugeführt und beide gemeinsam gereinigt. Vorzugsweise sind zwei parallele Schraubengänge 68 vorgesehen. Die Schraubengänge haben dabei den Vorteil, dass fast die komplette in dem Antriebsöl 20 enthaltene Energie in Rotation umsetzbar ist. Nach dem Austreten des Antriebsöls 20 aus dem Schraubenkegel vermischt sich das Antriebsöl 20 mit dem zu reinigenden Öl 21, so dass beide Öle in der Zentrifugaleinrichtung 2 durch die hierbei wirkende Zentrifugalkraft gereinigt werden können.
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Erfindungsgemäß kann somit eine Reinigung von zu reinigendem Öl 21 auch dann durchgeführt werden, wenn dieses nur einen geringen Druck oder drucklos (Umgebungsdruck) ist. Ferner kann durch die Verwendung des separaten Antriebsöls 20 auch eine Rotorgeschwindigkeit des Rotors 3 erhöht werden, so dass bessere Abscheideraten in der Zentrifugaleinrichtung 2 möglich sind. Durch Drosselung des Antriebsöls 20 kann ein Druck des Antriebsöls 20 reduziert werden, so dass auch ein Abscheidegrad durch eine Verlängerung der Verweilzeit des zu reinigenden Öls 21 in der Schmutzkammer 4 verbessert werden kann. Da weiterhin der Druck des Antriebsöls 20 in der fluidischen Antriebseinrichtung 6 abgebaut wird und für einen Rotationsantrieb des Rotors 3 verwendet wird, kann insbesondere das Außengehäuse 17 der Zentrifugaleinrichtung 2 aus einer dünnen Wand hergestellt werden und insbesondere aus einer Kunststoffwand hergestellt werden. Dadurch können die Herstellungskosten signifikant reduziert werden. Weiterhin ermöglicht eine Reduzierung der Wandstärke des Außengehäuses 17 eine vergrößerte Schmutzkammer 4, so dass auch Schmutzaufnahmekapazitäten der Schmutzkammer 4 vergrößert werden können. Hierdurch ergibt sich ferner eine Verlängerung von Ölwechselintervallen bzw. eines Reinigungsintervalls für die Zentrifugaleinrichtung 2.
