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Die Erfindung betrifft ganz allgemein einen Rotationsfilter zur Trennung von festen Partikeln aus strömenden Fluiden. In Rotationsfiltern gemäß der Erfindung rotiert die Filterfläche und das zu filtrierende Fluid, so dass Zentrifugalkräfte auch auf die abzutrennenden festen Partikel wirken.
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Ein besonderes Einsatzgebiet der Erfindung besteht in der Anwendung der erfindungsgemäßen Rotationsfilter für die Reinigung von Nebenströmen, wie Regel- und Schmiermassenströmen von mobilen Kältemittelverdichtern. Insbesondere bei Taumelscheiben-, Schwenkscheiben- und Scrollverdichtern sowie elektrischen Scrollverdichtern wird ein Nebenstrom des Kältemittel-Öl-Gemischs zur Schmierung, Regelung oder beidem verwendet, welcher mit dem Rotationsfilter von festen Partikeln befreit werden kann.
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Es ist bekannt, dass insbesondere mobile Kältemittelverdichter zur Schmierung des Verdichtermechanismus und zu Zwecken der Verdichterregelung einen internen Kältemittel-Öl-Kreislauf besitzen, welcher auch als Regelmassenstrom bezeichnet wird. Dieser Regelmassenstrom ist häufig reich an Öl, in welchem unerwünschte feste Partikel suspendiert sind.
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Aus der
JP 2008175063 A ist ein Kältemittelverdichter mit einem Ölseparator bekannt, welcher ein Filterelement für das Kältemittelöl besitzt.
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Auch aus der
JP 09209929 A ist ein Kältemittelverdichter als Taumelscheibenverdichter bekannt, welcher ein Filterelement für das Kältemittelöl aufweist.
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Das Kältemittel-Öl-Partikel-Gemisch des Regelmassenstromes wird in der Regel von der Hochdruckseite über ein Drosselorgan in das Kurbelgehäuse des Verdichters geleitet und anschließend über ein weiteres Drosselorgan aus dem Kurbelgehäuse zur Saugseite des Verdichters geführt. Häufig befindet sich auf dem hochdruckseitigen Pfad ein elektronisches Regelventil und auf dem niederdruckseitigen Pfad eine Drossel. Auch umgekehrte Anwendungen und Anordnungen sowie Anordnungen mit zwei Drosseln, also hochdruckseitig eine Drossel und niederdruckseitig eine Drossel, die in ihren Durchmessern abgestimmt sind, sind bekannt. In jedem Fall wird sowohl das Regelventil als auch die Drossel mit Filtern oder Sieben versehen, um diese vor den unerwünschten Partikeln zu schützen und die Funktion der Ventile und des Verdichters sicherzustellen. Feste Partikel können dabei entweder Fertigungsrückstände des Verdichters oder des gesamten Kältemittelanlagensystems sein oder durch den Betrieb des Verdichters während seiner Lebensdauer in Form von Abrieb oder Verschleißpartikeln entstehen. Eine zu starke Beladung der Filter mit den Feststoffpartikeln führt zu unerwünschten Effekten. Zum einen kann ein zu hoher Druckverlust im Filter entstehen, der die Regelbarkeit des Verdichters beeinflusst und den Betriebsbereich einengt. Zum anderen kann ein sich zusetzender Filter den internen Regelmassenstrom vollständig blockieren und die Ölzufuhr zum Mechanismus, der einer ständigen Schmierung bedarf, verhindern. In diesem Fall droht der Ausfall des Verdichters wegen Mangelschmierung.
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Im Stand der Technik wird diesem Problem häufig dadurch begegnet, dass die Filterfläche vergrößert wird, um ein Zusetzen, auch Verblocken genannt, der Fläche des Filters zu verhindern. Insbesondere beim Einsatz der Verdichter in der mobilen Kältetechnik, beispielsweise für Fahrzeugklimaanlagen, ist jedoch der zur Verfügung stehende Bauraum und damit auch die zur Verfügung stehende Filterfläche begrenzt. Weiterhin nachteilig am Stand der Technik ist die sich verändernde Partikelbeladung des Filters über dessen Standzeit und damit ein sich ändernder Druckverlust und Durchfluss durch den Filter. Somit verändert sich auch die Funktion des Verdichters über seine Lebensdauer. Auch kann der Filter komplett verstopfen, was zum Ausfall des Verdichters führen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Verlängerung der Standzeit des Filters bei geringsten funktionalen Einschränkungen sicherzustellen.
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Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch einen Rotationsfilter gelöst, welcher ein Rotationselement mit rotierenden Filterflächen aufweist. Der Rotationsfilter ist insbesondere für Regelmassenströme von Kältemittelverdichtern geeignet, um aus dem Fluidstrom feste Partikel zu trennen. Der Rotationsfilter ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationselement in Rotationsrichtung benachbart mindestens eine Fluideinstrittskammer mit einer zugehörigen Eintrittsöffnung und mindestens eine Fluidaustrittskammer mit einer zugehörigen Fluidsaustrittsöffnung aufweist. Die beiden Kammern sind durch eine Trennwand voneinander getrennt und mindestens ein Teilbereich dieser Trennwand ist als Filterfläche zwischen der Fluideintrittskammer und der Fluidaustrittskammer ausgebildet. Der Strömungspfad des zu filternden Fluides führt bei rotierendem Rotationselement über die Fluideintrittsöffnung in die Fluideintrittskammer, durch die Filterfläche hindurch in die Fluidaustrittskammer und über die Fluidaustrittsöffnung aus dem Rotationselement heraus. Die Filterfläche ist somit nicht, wie bei Rotationsfiltern nach dem Stand der Technik, am Umfang sondern in radialer oder quasiradialer Richtung angeordnet. Unter radialer oder quasiradialer Richtung soll im Sinne der Erfindung eine Verbindung von Rotationsachse zu Rotationsumfang verstanden werden. Nicht notwendigerweise ist somit die Filterfläche in strengem Sinne von der Rotationsachse nach außen in gerader, radialer Richtung eine ebene rotierende Fläche bildend entlang der Rotationsachse angeordnet. Ausgestaltungen ergeben sich durch eine Wölbung oder Faltung der Fläche. Im Sinne der Erfindung ist, dass die auf der Filterfläche sich absetzenden festen Partikel infolge von Zentrifugalkräften durch die Rotation des Rotationselements sich entlang der Filterfläche oder von dieser weg nach außen bewegen, wo sich die festen Partikel ansammeln oder anreichern und die Filterfläche dabei aber nicht mehr blockieren. Im Unterschied zu Rotationsfiltern nach dem Stand der Technik, wie Zentrifugen, sind die Filterflächen gerade nicht am Umfang sondern in Rotationsrichtung zwischen den Sektoren ausgebildet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im Rotationselement in Rotationsrichtung zwei Eintrittskammern mit zugeordneten Fluideintrittsöffnungen und zwei Fluidaustrittskammern mit wiederum zugeordneten Fluidaustrittsöffnungen vorgesehen, wobei die Fluideintrittskammern und Fluidaustrittskammern alternierend in Rotationsrichtung angeordnet sind. Somit sind Fluideintrittskammer und Fluidaustrittskammer paarweise eine Funktionseinheit bildend angeordnet. Nach dieser vorteilhaften Ausgestaltung werden beide Fluideintrittskammern mit zugeordneten Fluidaustrittskammern parallel durchströmt und es sind zwei parallele Strömungspfade durch das Rotationselement hindurch in axialer Richtung ausgebildet.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Rotationselement als Kreiszylinder ausgestaltet. Die Fluideintrittskammer und die Fluidaustrittskammer sind somit benachbarte Sektoren des Kreises, wobei eine Stirnseite des Kreiszylinders als Eingangswand mit der Fluideintrittsöffnung und die gegenüberliegende Stirnseite des Kreiszylinders als Ausgangswand mit der Fluidaustrittsöffnung ausgebildet ist. Bei der Ausgestaltung mit einer Fluideintritts- und einer Fluidaustrittskammer ergeben sich somit im Querschnitt halbkreisförmige Segmente, sind zwei Eintritts- und zwei Austrittskammern vorgesehen, entstehen im Querschnitt Viertelkreissektoren.
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Vorteilhaft ist die Filterfläche als ebene Fläche in radialer Richtung ausgeführt, so dass sich als Filterfläche eine Rechteckfläche mit einer Kante entlang der Rotationsachse und der anderen Kante entlang des Radius ergibt.
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Alternativ zur ebenen Ausführung in radialer Richtung ist die Filterfläche auch beliebig gestaltet, beispielsweise in radialer Richtung derart gebogen, dass am Außendurchmesser des Rotationselementes ein Raum mit sichelförmig sich verjüngendem Querschnitt als Partikelfangraum ausbildet. In dem Partikelfangraum am äußeren Durchmesser sammeln sich die festen Partikel infolge des Zentrifugalabscheidungseffektes an.
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Die Fluideintrittskammer weist bevorzugt in radialer Richtung am Ende der Filterfläche einen Partikelfangraum auf, welcher als Partikelfangkammer mit einer Partikeltrennwand ausgebildet ist. Dabei sammeln sich in der Partikelfangkammer die festen Partikel infolge von Zentrifugalabscheidung an und können durch die vorgegebenen Begrenzungen sich nicht ungehindert wieder in der Fluideintrittskammer im Fluid verteilen.
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Nach einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist das Rotationselement mit einem Gehäuse umgeben und beide rotieren gemeinsam.
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Nach einer alternativen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist das Rotationselement rotierend in einem Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse relativ zum Rotationselement fest steht oder mit einer unterschiedlichen Drehzahl dreht. Das Rotationselement ist in beiden Fällen über Dichtungen, wie O-Ringe, Lippendichtungen, Spaltdichtungen oder Labyrinthdichtungen, gegen das Gehäuse abgedichtet, um eine Kurzschlussströmung des ungefilterten Fluides durch das Gehäuse hindurch und um das Rotationselement herum zu verhindern.
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Zwischen dem Gehäuse und der Eingangswand des Rotationselementes ist vorteilhaft eine Verteilkammer angeordnet. Somit kann bei einer zentralen Zuführung des Fluides zum Gehäuse über die Verteilkammer sich das Fluid auf mehrere Fluideintrittsöffnungen in der Eingangswand des Rotationselementes verteilen und entsprechend in mehreren Strömungspfaden gleichzeitig mit einer großen Filterfläche gefiltert werden.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist im Partikelfangraum eine Matrix aus beispielsweise porösem Material zur Immobilisierung der festen Partikel angeordnet, so dass die im Partikelfangraum sich über die Zeit ansammelnden festen Partikel in dem porösen Material adhärieren.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung und Anwendung des Rotationsfilters nach der Erfindung ist dadurch gegeben, wenn der Rotationsfilter in der Verdichterwelle eines Kältemittelverdichters angeordnet oder als Teil der Verdichterwelle ausgebildet ist. Die Rotationsabscheidung der festen Partikel kann dann ohne zusätzlichen Bauraum in einer funktionsgemäß rotierenden Verdichterwelle untergebracht werden und damit Platz für ein zusätzliches Filterelement eingespart werden.
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Besonders bevorzugt kann alternativ das Rotationselement des Rotationsfilters mittels Übertragungselementen von rotierenden Bauteilen im Kältemittelverdichter rotierend antreibbar ausgebildet sein. Entscheidend dabei ist, dass die rotierende Bewegung für die Zentrifugalabscheidung der festen Partikel und das Sauberhalten des Filters beziehungsweise der Filterfläche durch eine entsprechend dimensionierte Rotationsbewegung gesichert ist.
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Die Konzeption der Erfindung besteht somit darin, dass die Filterflächen und das Fluid rotieren und dass die Rotationsbewegung und die damit entstehende Zentrifugalkraft auf die Feststoffpartikel bewirkt, dass die Filterfläche freigehalten wird von festen Partikeln, so dass das Fluid die Filterfläche weitgehend ungehindert von festen Partikeln durchströmen kann. Die festen Partikel bewegen sich somit infolge der auf sie wirkenden Zentrifugalkräfte von den Filterflächen weg. Besonders bevorzugt wird das Filterelement in ein an sich funktionsgemäß rotierendes Bauteil, wie die Verdichterwelle eines Kältemittelverdichters, eingebaut beziehungsweise in diesen integriert. Alternativ kann das Filterelement auch als autarkes Bauteil konstruiert sein, welches durch Übertragungselemente von den rotierenden Bauteilen im Verdichter rotatorisch angetrieben wird. Das Filterelement, auch als Rotationselement bezeichnet, beinhaltet die Filterflächen, welche mit dem Filterelement rotieren. Der Fluidstrom, beispielsweise der Regelmassenstrom eines Kältemittelverdichters, wird durch das rotierende Bauteil und somit durch den sich drehenden Filter geleitet. Aufgrund der Zentrifugalkräfte auf die festen Partikel werden diese entlang der Filterfläche oder von ihr weg nach außen getrieben, während der in radialer Richtung innere Bereich der Filterfläche, der sich in der Nähe der Rotationsachse befindet, frei von Partikeln verbleibt und ausreichend Fläche zur Durchströmung für das Fluid bietet. Die nach außen getriebenen Partikel verbleiben entweder in den in radialer Richtung äußeren Bereichen des Filtergewebes und stören damit den Regelmassenstrom nicht, beziehungsweise können die festen Partikel in geeignet ausgeformten Kammern gefangen werden. In der Anwendung des Rotationsfilters für Kältemittelverdichter gibt es diverse Möglichkeiten für einen Einbauort für das rotierende Filterelement. Beim Einbau des Filterelementes in die Verdichterwelle eines Kältemittelverdichters in einer Axiallage wird das Filterelement von seiner Stirnseite angeströmt. Der Regelmassenstrom gelangt über die Zulauföffnung dann in eine erste Kammer und muss eine Filterfläche entgegen der Rotationsrichtung passieren, um in die zweite Kammer und zum Ablauf zu gelangen. Je nach Ausgestaltung werden zwei Einlauf- und zwei Auslaufkammern vorgesehen, um die Filterfläche zu verdoppeln. Dabei sind Varianten mit vielfachem davon, also zwei, vier, acht und mehr Kammern denkbar. Die Durchströmungsrichtung für das Fluid spielt zunächst keine Rolle, da die Filterelemente symmetrisch ausgebildet sind. Das Filterelement kann sowohl hochdruckseitig auf dem Zustrom zum Kurbelgehäuse angebracht werden als auch niederdruckseitig auf dem Nebenstrompfad vom Kurbelgehäuse zur Saugseite des Verdichters. Bevorzugt wird die Öffnung für den Zu- oder Ablauf in der Welle im Bereich der Kolbenbrücken angeordnet, es ist jedoch jede andere Position in der Welle ausführbar. Beispielsweise im Bereich zwischen Kolbenbrücken und Axiallager, im Bereich der Axiallageraufnahme, in den Bereichen Radiallager oder im Bereich der Wellendichtung. Nach einer weiteren Ausgestaltung kann auch der Pivot-Pin hohl ausgeführt werden, so dass die Kommunikation zwischen Kurbelgehäuse und dem Filterelement durch den Pivot-Pin erfolgt. Für den Fall der Strömungsrichtung vom Kurbelgehäuse in die Welle hin zum Filterelement ergibt sich durch die rotierende Öffnung in der Welle ein weiterer Separationseffekt für Öl oder Partikel. Die Partikel gelangen zunächst in die rotierende Einlassöffnung und werden dort jedoch, sofern sie auf die Bohrungswand treffen, durch die Zentrifugalkraft wieder herausgeschleudert.
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Prinzipgemäß kann der Zu- oder Ablauf des Fluides an einem beliebigen Ort mit Kurbelgehäusedruck platziert werden. Der Rotationsfilter selbst kann in einem rotierenden Element untergebracht werden, wie beispielsweise in der Welle, oder in einem eigenen Gehäuse. Dabei kann der Rotationsfilter selbst oder nur das Rotationselement rotierend ausgeführt sein.
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Bevorzugt werden gerade Filterflächen ohne Fangkammern eingesetzt. Um den Separationsprozess insbesondere mit Blick auf eine lange Standzeit der Filter zu verbessern und nachteilige Verteilungseffekte der festen Partikel zu verringern, werden die Filterelemente mit Fangkammern an ihren Außendurchmessern ausgestattet, um Partikel festzuhalten, die durch Zentrifugalkraft nach außen getragen werden. Die Partikelfangkammern können mit einer zusätzlichen Trennwand erzeugt werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Filterebene gebogen ausgeführt werden, so dass sich am Außendurchmesser ein sichelförmiger Raum bildet, welcher als Partikelfangraum wirkt. Nach einer weiteren Ausführung können die sichelförmigen Partikelfangräume zusätzlich durch Trennwände als Partikelfangkammern ausgebildet werden.
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Der Rückhalte- und Konzentrationseffekt für feste Partikel wird dadurch verstärkt, dass in den Partikelfangkammern Mittel zum Unterbinden der Zirkulation der festen Partikel vorgesehen sind. Beispielsweise wird dies durch das Vorsehen von porösem Material erreicht, in dessen Poren die festen Partikel durch Adhäsion immobilisiert sind und sich anreichern.
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Die Erfindung ist mit diversen Vorteilen verbunden. Insbesondere in der Anwendung für die Reinigung des Regelmassenstromes von Kältemittelverdichtern lässt sich die Lebensdauer der Verdichter beziehungsweise die Sicherstellung einer gleichbleibenden Funktion über die Lebensdauer deutlich verlängern. Durch die erhöhte Lebensdauer der Verdichter erhöht sich die Einsparung von Wartungskosten durch den wartungsärmeren Betrieb. Auch werden durch die nicht zugesetzten Filter erhebliche Kosten eingespart.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1a: Seitenansicht Rotationselement längs der Rotationsachse
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1b: Vorderansicht Rotationselement in Richtung Rotationsachse
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1c: Schnittansicht A-A Querschnitt Rotationselement
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1d: Perspektivische Ansicht Rotationselement
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1e: Perspektivische Ansicht Rotationselement mit Gehäuse
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2a: Querschnitt Rotationselement mit Fangkammer und verspringender Filterfläche
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2b: Rotationselement und Gehäuse in perspektivischer Darstellung
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3a: Querschnitt Rotationselement mit sichelförmig gebogenen Filterflächen
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3b: Rotationselement mit sichelförmig gebogenen Filterflächen und Gehäuse in perspektivischer Ansicht
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4a: Querschnitt Rotationselement mit gebogenen Filterflächen und Partikelfangraum
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4b: Rotationselement mit Rotationsfilter in perspektivischer Darstellung
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5: Kältemittelverdichter mit Rotationsfilter in Einbaulage.
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Die 1a bis 1d zeigen ein Rotationselement 2 in verschiedenen Darstellungen und Schnitten.
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1a zeigt eine Seitenansicht des Rotationselementes 2 entlang der nicht näher bezeichneten Rotationsachse mit der Schnittebene A-A. Das Rotationselement 2 ist in der gezeigten Längsrichtung auf einer Stirnseite des Zylinders von der Eingangswand 10 und auf der gegenüberliegenden Stirnseite von der Ausgangswand 11 in axialer Richtung begrenzt. Zwischen Eingangswand 10 und Ausgangswand 11 sind in Längsrichtung der Drehachse die Fluideintrittskammer 6 im unteren und die Fluidaustrittskammer 7 im oberen Teil der Darstellung angeordnet. Die beiden Kammern 6, 7 sind durch Wandungen voneinander getrennt, wobei mindestens ein Teil der Wandungals Filterfläche 3 ausgeführt ist. Über die als Filterfläche 3 ausgeführte Wandung zwischen den Kammern 6, 7 gelangt das Fluid von der Fluideintrittskammer in die Fluidaustrittskammer, so dass Fluide aus der Fluideintrittskammer den Filter über die Filterfläche 3 passieren müssen, um in die Fluidaustrittskammer 7 zu gelangen. In 1b ist die Vorderansicht in axialer Richtung auf die Eingangswand 10 des Rotationselementes 2 dargestellt. In der Eingangswand 10 sind zwei Fluideintrittsöffnungen 4 angeordnet. Weiterhin ist eine Segmentierung in vier Sektoren im Querschnitt angedeutet, wobei zwei gegenüberliegende Viertelkreissektoren in ihrer Erstreckung entlang der Rotationsachse jeweils als Fluideintrittskammer 6 und zwei als Fluidaustrittskammer 7 ausgeführt sind. Die Kammern gleichen Types sind funktionsgemäß nicht nebeneinander sondern gegenüberliegend ausgeführt. Zwischen den Kammern 6, 7 verschiedenen Typs sind, wie in 1c dargestellt, Filterflächen 3 angeordnet. In 1c in der Schnitt A-A dargestellt, bei welchem die rückseitige Ausgangswand 11 mit den Fluidaustrittsöffnungen 5 gezeigt ist. Die benachbarte Fluideintrittskammer 6 und die Fluidaustrittskammer 7 sind durch den Filter mit der Filterfläche 3 voneinander getrennt. Die Filterfläche 3 ist jeweils eben und in radialer Richtung ausgebildet. Die Wandungen zwischen den Kammern 6, 7 sind mindestens teilweise aber gegebenenfalls auch vollständig aus Filtermaterialien ausgeführt. Die Filterfläche 3 ist bevorzugt wegen der Nutzung der Rotation für den Filtrationsprozess in der Kammerwand zwischen den Kammern entgegengesetzt zur Rotationsrichtung ausgeführt. Die Kammerwand in Rotationsrichtung ist entsprechend nicht als Filterfläche 3 ausgebildet. In 1d ist eine perspektivische Ansicht des Rotationselementes 2 dargestellt. Die Rotationsrichtung 8 deutet die Drehrichtung des Rotationselementes 2 in den Figuren an. Die Drehachse liegt im Zentrum des zylindrisch und symmetrisch ausgeführten Rotationselementes 2. Das von seinen festen Bestandteilen zu trennende Fluid tritt über die Fluideintrittsöffnungen 4 in der Eingangswand 10 in die Fluideintrittskammern 6 ein. Die Fluideintrittskammern 6 haben auf der gegenüberliegenden Stirnseite der Ausgangswand 11 keine Auslassöffnungen, so dass das Fluid durch die sich axial in Längsrichtung erstreckende Trennwand, die als Filterfläche 3 ausgeführt ist, in die benachbarte Fluidaustrittskammer 7 übergehen muss und dabei gefiltert wird. In der Fluidaustrittskammer 7 ist eine Fluidaustrittsöffnung 5 in der Ausgangswand 11 angeordnet, durch welche das Filtrat ohne feste Partikel aus dem Rotationselement 2 austritt. Während des Durchströmens des Fluides rotiert das Rotationselement 2 in Rotationsrichtung 8 und beschleunigt somit auch in der Fluideintrittskammer 6 enthaltenen Feststoffpartikel, die infolge der Fliehkräfte sich am größten Durchmesser und somit am Umfang des zylindrischen Rotationselementes 2 ansammeln. Somit wird in wirkungsvoller Weise ein Reinigungseffekt der Filterfläche 3 realisiert, da gegebenenfalls durch den Fluidtransport durch die Filterfläche 3 hindurch an dieser anhaftende feste Partikel durch die Zentrifugalkräfte in Richtung des äußeren Umfanges bewegt werden. Die Filterfläche 3, welche sich von der Drehachse bis zum Außenumfang erstreckt, bleibt somit weitgehend frei von sich ansammelnden Feststoffpartikeln, welche sich nur in den äußeren Bereichen des Zylinders ansammeln.
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In 1e ist ein Rotationselement 2 in der Ausgestaltung gemäß der Darstellung nach 1a bis 1d in der Anordnung in einem Rotationsfilter 1 und dessen Gehäuse 9 dargestellt. Im Gehäuse 9 rotiert das Rotationselement 2 und vor der Eingangswand 10 ist im Gehäuse 9 eine Verteilkammer 15 ausgebildet, aus welcher das zu filtrierende Fluid über die Fluideintrittsöffnungen 4 in der Eingangswand 10 in die Fluideintrittskammern 6 gelangt. Die Verteilung der Fluidströme auf einzelne Strömungspfade innerhalb des Rotationselementes 2 über eine Verteilkammer 15 ist insofern besonders vorteilhaft, da das Rotationselement 2 und dessen Fluideintrittsöffnungen in beliebiger Zahl in entsprechenden Fluideintrittskammern 6 gleichzeitig mit Fluid versorgt werden können. Die Nutzung mehrerer Kammern und zwischen diesen angeordneten Filterflächen ermöglicht die Vervielfachung der Filterfläche und der Strömungspfade, wobei bevorzugt jeder Fluideintrittskammer 6 eine Filterfläche 3 und eine Fluidaustrittskammer 7 mit einem Strömungspfad für das Fluid zugeordnet ist.
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In 2a ist ein Querschnitt durch ein Rotationselement 2 dargestellt, so dass die Ausgangswand 11 mit den zugehörigen Fluidaustrittöffnungen 5 gezeigt sind. Die Fluideintrittskammern 6 und die Fluidaustrittskammern 7 werden durch die Filterflächen 3 voneinander getrennt.
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In 2b ist eine perspektivische Darstellung des Rotationselementes 2 in einem Gehäuse 9 unter Ausbildung der Verteilkammer 15 gezeigt. Neben den Kammertrennwänden ist in 2a und 2b eine weitere Trennung beziehungsweise Unterteilung der Fluideintrittskammer 6 vorgesehen. Mittels einer Partikeltrennwand 16 wird von der Fluideintrittskammer 6 eine Partikelfangkammer 12 am radial äußeren Ende abgeteilt. In der Partikelfangkammer 12 sammeln sich die durch Zentrifugalkräfte nach außen gedrückten festen Partikel in der Nähe der Filterfläche 3 am radialen Ende in der Partikelfangkammer 12 an. Die Filterfläche 3 verspringt zur Bildung der Partikelfangkammer 12 in die Fluidaustrittskammer 7 hinein und wird in Abgrenzung zu einer gebogenen oder sichelförmigen Ausgestaltung als gefaltet oder verspringend bezeichnet.
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In 3a ist im Querschnitt ein Rotationselement 2 dargestellt, welches wiederum zwei Fluideintritts- und zwei Fluidaustrittskammern 6, 7 aufweist. Durch die Schnittdarstellungen ist gleichfalls die Ausgangswand 11 gezeigt und entsprechend bezeichnet, in welcher sich die Fluidaustrittsöffnungen 5 für die Fluidaustrittskammern 7 befinden. Die Filterflächen 3 zwischen der Fluideintrittskammer 6 und der Fluidaustrittskammer 7 sind gebogen und sichelförmig ausgeführt. Durch die sichelförmige Ausgestaltung können die durch Zentrifugalkräfte nach außen gedrückten festen Partikel wirkungsvoller von der Filterfläche 3 nach außen gelangen, da die festen Partikel nicht entlang der Fläche sondern von der Fläche weg nach außen gedrückt werden. Die festen Partikel sammeln sich dann in dem Partikelfangraum 12 an, welcher als im Querschnitt sichelförmiger Raum am radialen Ende der Filterflächen 3 ausgebildet ist. Durch diesen spitz zulaufenden Raum erfolgt eine Konzentrierung der festen Partikel und es ist keine zusätzliche Trennwand für den Partikelfangraum 12 erforderlich. 3b zeigt in perspektivischer Ausgestaltung die Anordnung des Rotationselementes 2 im Gehäuse 9 des Rotationsfilters 1 analog zur Darstellung gemäß 2b.
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Die Ausgestaltungsform nach 4a und 4b zeigen im Unterschied zur Ausgestaltung nach 3a und 3b eine geringere Biegung oder Wölbung der Filterfläche 3, wobei am radialen Ende der Filterfläche 3 zwischen dieser und dem Rotationselementumfang eine Partikelfangkammer 12 durch eine Partikeltrennwand 16 ausgebildet ist.
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Die 2a, 3a und 4a zeigen jeweils einen Schnitt ähnlich zur Darstellung in 1c, wodurch jeweils die Ausgangswand 11 mit den Fluidaustrittsöffnungen 5 gezeigt ist.
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5 zeigt eine vorteilhafte Anwendung des Rotationsfilters 1 in der Verdichterwelle 14 eines Kältemittelverdichters 13. Exemplarisch gezeigt ist ein Hubkolbenverdichter, prinzipiell sind jedoch die Rotationsfilter 1 in Ausführungen von Kältemittelverdichtern 13 als mechanische Hubkolben- und Scrollverdichter sowie elektrische Hubkolben- und Scrollverdichter vorteilhaft möglich. Der Hubkolbenverdichter ist im wesentlichen aus einem Verdichtergehäuse 17 und einer mittels Radiallager 21 sowie Axiallager 22 gelagerten Verdichterwelle 14 mit Antrieb über die Riemenscheibe 23 aufgebaut. Die Kolben 24 werden durch den Schwenkring 26 und den Pivot-Pin 25 bewegt und verdichten das Gas vom Saugdruckraum 28 in den Hochdruckraum 27. Der Rotationsfilter 1 ist axial am Ende und koaxial zur Verdichterwelle 14 zentral in dieser angeordnet, wobei die Verdichterwelle (14) mit einer Wellendichtung (20) nach außen abgedichtet ist. Das zu filtrierende Fluid strömt aus dem Kurbelgehäuse 18 über die Kommunikationsverbindung 19 zunächst radial zur axialen Mitte der Verdichterwelle 14 und anschließend durch den Axialkanal zum Rotationsfilter 1. Das Filtrat verlässt den Rotationsfilter 1 über Spalte und Kanäle zum Saugdruckraum 28. Die festen Partikel aus dem Kältemittel-Öl-Gemisch werden im Rotationsfilter 1 zurückgehalten und akkumuliert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotationsfilter
- 2
- Rotationselement
- 3
- Filterfläche
- 4
- Fluideintrittsöffnung
- 5
- Fluidaustrittsöffnung
- 6
- Fluideintrittskammer
- 7
- Fluidaustrittskammer
- 8
- Rotationsrichtung
- 9
- Gehäuse
- 10
- Eingangswand
- 11
- Ausgangswand
- 12
- Partikelfangkammer, Partikelfangraum
- 13
- Kältemittelverdichter
- 14
- Verdichterwelle
- 15
- Verteilkammer
- 16
- Partikeltrennwand
- 17
- Verdichtergehäuse
- 18
- Kurbelgehäuse
- 19
- Kommunikationsverbindung
- 20
- Wellendichtung
- 21
- Radiallager
- 22
- Axiallager
- 23
- Riemenscheibe
- 24
- Kolben
- 25
- Pivot-Pin
- 26
- Schwenkring, Schwenkscheibe
- 27
- Hochdruckraum
- 28
- Saugdruckraum
