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Die Erfindung betrifft ein Förder- und Verdichterelement, eine Hohlwelle, einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Reinigen von Blowby-Gasen.
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Unter dem Begriff „Förder- und Verdichterelement“ ist insbesondere, aber nicht ausschließlich ein Element zum Fördern und Verdichten von Fluiden zu verstehen. Dabei wird das Fluid mit Hilfe dieses Elements in eine vorbestimmte Richtung transportiert und gleichzeitig dessen Druck, insbesondere dessen Staudruck, erhöht. Mit dem Begriff „Fluid“ werden Gase und Flüssigkeiten gemeinsam bezeichnet, wobei zu beachten ist, dass Flüssigkeiten nahezu inkompressibel sind, insbesondere im Vergleich zu Gasen.
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In Hubkolbenverbrennungsmotoren entstehen konstruktionsbedingt Leckagespalte zwischen Zylinderwand und Zylinder bzw. den Kolbenringen, durch die Teile des Verbrennungsgases, sogenannte „Blowby-Gase“, vom Zylinder in das Kurbelgehäuse gelangen. Insbesondere während des Verbrennungstaktes gelangt heißes und mit oft aggressiven Schadstoffen verunreinigtes Blowby-Gas in das Kurbelgehäuse. Dadurch wird das Motoröl stärker belastet, und das Kurbelgehäuse muss entlüftet werden. Eine Kurbelgehäuseentlüftung - das Abführen der Blowby-Gase aus dem Kurbelgehäuse- bzw. Zylinderkopfraum - erfolgt nach dem Stand der Technik, insbesondere bei 4-Takt-Verbrennungsmotoren von Motorrädern, über eine gehäuseseitig angeordnete Rohrleitung zurück in den Frischluft-, Ansaugtrakt des Motors.
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Neuerdings erfolgt die Entlüftung auch über eine hohl ausgeführte Nockenwelle an deren einem Ende ein gehäuseseitig befestigtes Tauchrohr in die Bohrung der Nockenwelle hinein ragt. Das Rohgas, welches eine Mischung der Blowby-Gase mit aus dem Kurbelgehäuse stammenden Ölpartikeln beinhaltet, strömt über ein Ende der Nockenwelle in diese hinein. Diese Anordnung der Kurbelgehäuseentlüftung - mit Nutzung der hohlen rotierenden Nockenwelle - verbessert die Kurbelgehäuseentlüftung dahingehend, dass weniger im Rohgas befindliches Spritzöl mit in die Reingas,- Frischluftstrecke gelangt. Dies erfolgt dadurch, dass die Nockenwelle als eine Art Ölabscheider fungiert und/oder zusätzlich in der Nockenwelle ein Ölabscheider wie z.B. ein Drallerzeuger, Abscheideringe oder dergleichen angeordnet ist. Dabei werden Fluide bzw. das Öl aber auch Feststoffe durch die Rotation der Nockenwelle und insbesondere durch den Ölabscheider zum größten Teil an die Innenwand der Welle gedrückt und somit vom Gas zentrifugiert bzw. getrennt.
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Mit zunehmenden Anforderungen an die Reinheit des Gases aus der Kurbelgehäuseentlüftung werden zukünftig Ölabscheider zum Einsatz kommen, die das im Rohgas befindliche Öl noch effizienter separieren können und somit die Reinheit des Reingases erhöhen. Bei Anwendungen von Ölabscheidern in der Nockenwelle, wie sie aus dem Pkw-Bereich bekannt sind, muss über eine dynamische Dichtung - meist Radialwellendichtring - der Reingasbereich vom Rohgasbereich abgedichtet werden. Ist die Abdichtung fehlerhaft, wird der Ölabscheider umgangen und das Rohgas strömt direkt in die Reingasseite; zusätzlich sinkt der Wirkungsgrad der Ölabscheidung und der Ölverbrauch steigt.
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DE 10 2013 105 521 A1 beschreibt eine Wellenanordnung für eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine. Hierbei kann die Ölabführung aus der Nockenwelle durch eine rohrinnenwandnahe gehäusefeste Geometrie - genannt Ölhobel oder Ölschaber - unterstützt werden.
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Des Weiteren sind folgende Druckschriften aus dem Stand der Technik bekannt:
DE 203 02 824 U1 - Ölabscheider für die Reinigung von Ölnebel enthaltendem Kurbelgehäuseentlüftungsgas einer Brennkraftmaschine
- DE 10 2015 117 013 A1 - Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeiten aus einem Volumenstrom eines Gas-Flüssigkeitsgemisches
- DE 10 2013 106 334 A1 - Ölabscheideeinrichtung, insbesondere für eine Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine
- DE 10 2013 106 332 A1 - Ölabscheideeinrichtung, insbesondere für eine Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine
- DE 10 2010 033 955 A1 - Hohlkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
- DE 10 2010 022 483 B4 - Welle, insbesondere Nockenwelle, mit einer in einem hohlen Wellenabschnitt integrierten Ölabscheidevorrichtung
- DE 10 2009 012 401 A1 - Hohlkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
- DE 10 2005 022 254 A1 - In eine axial hohle Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integrierte Zentrifugal-Ölnebelabscheidereinrichtung
- EP 1 845 238 A2 - eine hohle Nockenwelle die drehbar gelagert ist und einen Abzug für ölnebelhaltige Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse bildet DE 10 2008 007 283 A1 - Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle sowie einer nockenwellengetriebene Pumpe
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Bei oben beschriebenen Anwendungen der Ölabscheidung in der Nockenwelle mit Verwendung des Radialwellendichtringes zur dynamischen Abdichtung wird das abgeschiedene Öl an der inneren Mantelfläche der Nockenwelle durch den Reingasstrom in ein gehäusefestes Bauteil transportiert. Dort kann es dann schwerkraftbedingt nach unten abfließen, wird wahlweise in einem Ölreservoir gespeichert und kann dann bei abgestelltem Motor in die Ölwanne zurück fließen oder es fließt innerhalb eines separaten Ölkanals, der unterhalb des Ölniveaus der Ölwanne endet, direkt zurück.
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Nachteilig an der Verwendung von Radialwellendichtringen zur dynamischen Abdichtung ist zum einen, dass diese zusätzliche Reibungsenergie erzeugen, und zum anderen, dass zusätzlicher Bauraum für die Platzierung der Dichtstelle sowohl in axialer als auch in radialer Richtung erforderlich ist.
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Ebenso besitzen bisherige Lösungen, wie im Stand der Technik beschrieben, keinen Ölabscheider in der Nockenwelle, der ein Druckgefälle zwischen Roh-, und Reingas überwindet bzw. einen Radialwellendichtring zur Abdichtung mit den o.g. Nachteilen erfordert.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden; insbesondere soll hierbei die Trennung von Fluid bzw. Öl und Gas und die Rückführung von Öl und Gas in die entsprechenden Prozesskreisläufe verbessert werden.
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Die Erfindung betrifft ein Förder- und Verdichterelement zum Einsatz in einer rotierbaren Hohlwelle und zum Fördern von einem an einer Innenwand der Hohlwelle geführten Fluid in einer Förderrichtung. Hierzu weist das Förder- und Verdichterelement
- - eine Axialförder- und verdichtereinrichtung für das Fluid mit einem ersten Strömungskanal für ein gereinigtes Gas, wobei die Axialförder- und verdichtereinrichtung radial um den ersten Strömungskanal ausgebildet ist, und/oder
- - eine Radialförder- und verdichtereinrichtung für das Fluid mit einem zweiten Strömungskanal für ein gereinigtes bzw. das gereinigte Gas, wobei die Radialförder- und verdichtereinrichtung radial um den zweiten Strömungskanal ausgebildet ist, auf.
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Durch das Förder- und Verdichterelement kann das aus dem Blowby-Gas abgeschiedene Öl aus der Nockenwelle abtransportiert werden. Gleichzeitig verhindert der mit dieser Vorrichtung/Element erzeugte (Stau-)Druck im Öl das Eindringen des Rohgases in die Welle, insbesondere über die Verbindungsstelle bzw. den Verbindungsbereich von Welle und Förder- und Verdichterelement. Der Vorteil ist der Entfall eines an der Verbindungsstelle normalerweise angeordneten Dichtringes, welcher sowohl Reibungs- als auch Bauraumnachteile mit sich bringt.
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Die Geometrie des Förder- und Verdichterelements weist strömungsseitig am Anfang einen großen Querschnitt auf, wobei sich zur Austrittsseite hin der Gangquerschnitt verringert und somit ein Druck aufgebaut werden kann. Durch die spezielle Geometrie des Förder- und Verdichterelements, welches an einer Innenwand eines Bauteiles angeordnet ist und dieses mit der rotierenden Welle fest verbunden ist, wird aufgrund der Rotation der Welle das aus dem Ölabscheider abgeschiedene Öl entgegen des Druckgefälles von Rohgas (aus dem Zylinderkurbelgehäuse) und Reingas (nach dem Ölabscheider in der Welle) in den Rohgasraum, insbesondere in das Zylinderkurbelgehäuse, gefördert. Gleichzeitig übernimmt diese Geometrie eine Dichtwirkung und erzwingt eine Gas-, Flüssigkeitsströmung, wodurch das Eindringen von Rohgas durch die Verbindungsstelle in die Reingasstrecke und somit das Umgehen des Ölabscheiders verhindert wird. Die
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Ölfördereinrichtung fungiert also gleichzeitig als Pumpe und als dynamische Dichtung zwischen der Nockenwelle und der Reingasstrecke, insbesondere der Reingasstrecke in einem gehäusefesten Reingaskanal.
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Somit hat das Förder- und Verdichterelement insbesondere die Vorteile, dass dieses einen geringeren Bauraumbedarf durch die dynamische Dichtungswirkung sowie eine geringere Reibleistung zur Gewährleistung der Dichtwirkung und eine damit verbundene längere Lebenszeit des Gegenstands ermöglicht.
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Vorzugsweise sind die Axialförder- und verdichtereinrichtung und die Radialförder- und verdichtereinrichtung koaxial zum ersten bzw. zweiten Strömungskanal. Dadurch wird eine gleichmäßige Strömung in den entsprechenden Strömungskanälen bereitgestellt, da die Strömung keinen oder kaum Widerstand z.B. durch Verwirbelungen erfährt.
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Des Weiteren sind die Axialförder- und verdichtereinrichtung und die Radialförder- und verdichtereinrichtung vorzugsweise ringförmig um eine Achse des Förder- und Verdichterelements ausgebildet. Dadurch können die genannten Einrichtungen das an der Innenwand der Welle, insbesondere an der Innenmantelfläche mit einem kreisförmigen Querschnitt, geführte Öl gleichmäßig, winkelunabhängig und stabil fördern.
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Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Axialförder- und verdichtereinrichtung eine Vielzahl von Gängen aufweist, deren Querschnitt sich in Fluidförderrichtung, insbesondere in Richtung der Radialförder- und verdichtereinrichtung, verkleinert. Dadurch erhält man neben der Förderfunktion gleichzeitig eine Düsenfunktion, mit der der dynamische Druck des geförderten Öls zum Ausgang des Förder- und Verdichterelements hin steigt. Hierbei kann insbesondere die Anzahl von Gängen sowie Steigung und Querschnittsänderung der jeweiligen Gänge, insbesondere in dem Förder- und Verdichterelement, variieren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Axialförder- und verdichtereinrichtung aus einem in der Hohlwelle befestigbaren Axialverdichter-Rotor und einem an dem Axialverdichter-Rotor nachfolgend angeordneten Axialverdichter-Stator und die Radialförder- und verdichtereinrichtung aus einem in der Hohlwelle befestigbaren Radialverdichter-Rotor und einem an dem Radialverdichter-Rotor nachfolgend angeordneten Radialverdichter-Gehäuse gebildet. Hierbei sind der Axialverdichter-Stator und das Radialverdichter-Gehäuse um die Wellenachse rotierbar gelagert und der Axialverdichter-Stator gehäusefest mit dem Radialverdichter-Gehäuse, insbesondere über einen formschlüssigen Mitnehmer des Radialverdichter-Gehäuses, verbunden.
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Vorzugsweise bilden der Axialverdichter-Rotor und der Axialverdichter-Stator einen fluchtenden Übergang innerhalb der Axialförder- und verdichtereinrichtung. Dadurch wird der Strömungsfluss nicht an den Verbindungspunkten der beiden Axialverdichter-Bauteile behindert. Zusätzlich oder alternativ können der Axialverdichter-Rotor und der Axialverdichter-Stator koaxial angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise sind der Axialverdichter-Stator und das Radialverdichter-Gehäuse ortsfest bezogen auf die Hohlwelle angeordnet und miteinander verbunden.
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Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Radialverdichter-Rotor und das Radialverdichter -Gehäuse eine ringförmige mit der Axialförder- und verdichtereinrichtung fluchtende Fluid-Abführeinrichtung mit einer Vielzahl von Kanälen bilden und das Radialverdichter-Gehäuse eine Bohrung bzw. zweiten Strömungskanal als Strömungsweiterleitung des Gases von bzw. aus der Bohrung bzw. ersten Strömungskanal der Axialförder- und verdichtereinrichtung aufweist. Die Abführeinrichtung leitet das Öl von der Axialförder- und verdichtereinrichtung aus der Hohlwelle in das Kurbelgehäuse zurück. Das gereinigte Gas vom Ölabscheider, das durch die Bohrung der Axialförder- und verdichtereinrichtung zur Radialförder- und verdichtereinrichtung geleitet wird, wird ebenfalls aus der Welle geführt, insbesondere zurück in den Ansaugtrakt des Motors. Zur Umsetzung einer guten Funktionalität das Förder- und Verdichterelement bzw. der Radialförder- und verdichtereinrichtung und dessen Dichtwirkung ist es vorteilhaft, dass das gehäusefeste Radialverdichter-Gehäuse einen kleinen Spalt zu dem wellenfest positionierten Radialverdichter-Rotor (mit Ölfördereinrichtung bzw. Schaufelkranz) formt. Dieser enge Spalt erlaubt es, einen Druckausgleich des geförderten Öls zwischen den austrittsnahen Bereichen des Förder- und Verdichterelements zum Kurbelgehäuse und den eintrittsnahen Bereichen des Förder- und Verdichterelements in der Welle zu unterbinden, zumindest zu behindern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen der Axialverdichter-Rotor einen um die Bohrung bzw. ersten Strömungskanal angeordneten Schaufelkranz mit einer Vielzahl von Schaufeln und der Axialverdichter-Stator einen um die Bohrung bzw. ersten Strömungskanal angeordneten Schaufelkranz mit einer Vielzahl von Leitschaufeln auf. Der Schaufelkranz des Axialverdichter-Rotors fördert im Wesentlichen das Öl von der Innenwand der Hohlwelle. Dabei wird dem Öl eine Drallbewegung mitgegeben, die durch die Leitschaufeln des Axialverdichter-Stators neutralisiert wird; das heißt, dass die Ölströmung bzw. dessen Strömungsrichtung wieder axial ausgerichtet wird.
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Für die radiale Führung des Öls aus der Hohlwelle weist der Radialverdichter-Rotor vorteilhafterweise einen an seiner Innenwand bzw. Innenmantelfläche ausgebildeten Schaufelkranz mit einer Vielzahl von Schaufeln auf, wobei der Schaufelkranz durch das angeordnete Radialverdichter-Gehäuse zur Bohrung bzw. ersten Strömungskanal der Axialförder- und verdichtereinrichtung und zum zweiten Strömungskanal der Radialförder- und verdichtereinrichtung abgegrenzt bzw. abgetrennt ist. Dadurch wird eine Vermischung des Öls mit dem Reingas in der Bohrung verhindert und das Öl durch die Abführeinrichtung aus der Welle gedrückt.
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Vorteilhafterweise ist zwischen der Axialförder- und verdichtereinrichtung und der Radialförder- und verdichtereinrichtung eine Abdichtung ausgebildet, insbesondere zwischen dem Axialverdichter-Stator und dem Radialverdichter-Gehäuse ein O-Ring angeordnet. Dies hilft zusätzlich, die Vermischung des Öls mit dem Reingas zu unterbinden. Da der Axialverdichter-Stator und das Radialverdichter-Gehäuse vorzugsweise gehäusefest miteinander verbunden sind, ist die Abdichtung vor Reibungseffekten durch eine Rotation geschützt und somit langlebiger.
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Des Weiteren ist ein der Radialförder- und verdichtereinrichtung, insbesondere dem Radialverdichter-Gehäuse, nachfolgendes Tauchrohr mit einem Reingaskanal zum Durchführen des Gases vorzugsweise angeordnet, der mit der Radialförder- und verdichtereinrichtung verbunden und die Verbindungsstelle, insbesondere mittels eines O-Rings, abgedichtet ist. Insbesondere ist das Tauchrohr an einer Haube bzw. Gehäuse für den/die Zylinderkopf/-köpfe bzw. an dem Kurbelgehäuse befestigt und gehäusefest mit dem Radialverdichter-Gehäuse verbunden. Dadurch wird ein Mitrotieren des Radialverdichter-Gehäuses und des Axialverdichter-Stators aufgrund der Bewegungsträgheit mit der Hohlrelle unterbunden. Gleichzeitig wird das Reingas aus der Hohlwelle und weiter aus dem Gehäuse geführt und kann dem Ansaugtrakt des Motors zugeführt werden.
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Für die Sicherstellung der Dichtwirkung ist das Vorhandensein von Öl im eintrittsseitigen Bereich des Förder- und Verdichterelements der Ölfördereinrichtung nicht zwingend erforderlich, um einen Druck gegenüber dem Kurbelgehäuse aufzubauen. Wenn kein Öl vorhanden ist, pumpt das Förder- und Verdichterelement der Ölfördereinrichtung einen Teil des gereinigten Gases wieder zurück in den Rohgasraum. Voraussetzung für die Funktion des Förder- und Verdichterelements ist die Drehung der Nockenwelle. Mit zunehmender Drehzahl steigt auch die Förderleistung des Förder- und Verdichterelements.
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Vorzugsweise kann das Förder- und Verdichterelement als Fördereinrichtung für Fluide, insbesondere als eine Ölfördereinrichtung für Öl aus einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors ausgebildet sein. Unter dem Begriff „Fördereinrichtung“ ist insbesondere, aber nicht ausschließlich eine Wellenanordnung für eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine, insbesondere eine Nockenwellenanordnung, die in Wellenlängsrichtung an einem Wellenende in der Welle anordbar bzw. einsetzbar ist. Hierbei weist die Ölfördereinrichtung einen Ölablauf und einen Gasabführkanal auf und die Welle kann als Hohlwelle ausgestaltet sein.
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Die Erfindung stellt ebenfalls eine Hohlwelle mit wenigstens einer Eintrittsöffnung für ein Flüssigkeits-Gasgemisch, einem Abscheider zur Abtrennung eines Fluids aus dem Flüssigkeits-Gasgemisch, einer Einrichtung zur Abfuhr des Fluids und einer Einrichtung zur Abfuhr eines gereinigten Gases bereit. Hierbei ist erfindungsgemäß ein Förder- und Verdichterelement gemäß einer der erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Fluidförderung und Verdichtung eines Teilgasstromes zwischen dem Abscheider und der Einrichtung zur Fluidabfuhr angeordnet.
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Des Weiteren kann die Hohlwelle eine Nockenwelle umfassen.
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Zusätzlich betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Hohlwelle.
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Es wird ebenfalls ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Reinigen von Blowby-Gasen in/aus einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, bei dem
- - ein Flüssigkeits-Gasgemisch in eine Nockenhohlwelle eingeleitet wird,
- - ein Fluid aus dem Flüssigkeits-Gasgemisch durch einen Abscheider abgetrennt und zusammen mit einem Teilgasstrom an einer Innenwand der Nockenhohlwelle geführt wird,
- - ein gereinigter Hauptgasstrom aus der Nockenhohlwelle abgeführt wird und
- - das abgetrennte Fluid zusammen mit dem Teilgasstrom in der Nockenhohlwelle in einer Förderrichtung gefördert und gesondert vom gereinigten Hauptgasstrom abgeführt wird, wobei der Teilgasstrom verdichtet wird.
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Der Einsatz des erfindungsgemäßen Förder- und Verdichterelements ist auch bei anderen zentrifugenartigen Vorrichtungen wie z.B. Gaszentrifugen oder für andere Fluide anstelle von Öl möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, in das erfindungsgemäße Förder- und Verdichterelement als Ölfördereinrichtung ausgebildet ist.
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In diesen zeigen:
- 1 eine Explosionsansicht einer Ölfördereinrichtung mit einer Nockenwelle;
- 2 eine Explosionsansicht einer Axialförder- und verdichtereinrichtung der Ölfördereinrichtung aus 1;
- 3 eine Explosionsansicht einer Radialförder- und verdichtereinrichtung der Ölfördereinrichtung aus 1; und
- 4 eine Querschnittsansicht durch die in der Nockenwelle eingesetzte Ölfördereinrichtung aus 1.
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In 1 ist eine Nockenwelle 4 dargestellt, die um die Achse bzw. Wellenachse 6 drehbar ist. Des Weiteren wird eine Ölfördereinrichtung 2 gezeigt, die in die Nockenwelle 4 einsetzbar ist. Die Ölfördereinrichtung 2 wird durch eine zylinderförmige Axialförder- und verdichtereinrichtung 8 (im Folgenden als Axialverdichter bezeichnet) und eine Radialförder- und verdichtereinrichtung 14 (im Folgenden als Radialverdichter bezeichnet) gebildet, die über ein Tauchrohr 52 mit dem Zylinderkopfgehäuse 62 (ausschnittsweise dargestellt) befestigbar ist. Der Axialverdichter 8 weist einen Axialverdichter-Rotor 22 und einen Axialverdichter-Stator 24 auf. Unter anderem wird eine Vielzahl von Förderkanälen 12 und eine Bohrung bzw. ein erster Strömungskanal 10 des Axialverdichter-Rotors 22 gezeigt. Der Radialverdichter 14 wird im Wesentlichen durch einen Radialverdichter-Rotor 26 und ein Radialverdichter-Gehäuse 28 gebildet. Das Radialverdichter-Gehäuse 28 weist entlang seiner Rotationsachse eine Bohrung bzw. einen zweiten Strömungskanal auf, der im Detail in 3 erläutert wird. Zusätzlich sind bei der Ölfördereinrichtung 2 O-Ringe 50 und 54 als Abdichtungsteile vorgesehen. Die Ölfördereinrichtung 2 ist um eine Achse 20 drehbar, die identisch zu der Wellenachse 6 der Nockenwelle 4 ist.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Axialverdichters 8 aus 1, der im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Achse 20 ausgebildet ist. Der Axialverdichter-Rotor 22 wird durch zwei ineinander angeordnete und koaxial ausgerichtete Hohlzylinder bzw. Ringe 58 und 60 gebildet, zwischen denen der Schaufelkranz 38 mit zahlreichen Schaufeln 40 fest angeordnet ist. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Schaufeln 40 und den beiden Ringen 58 und 60 werden jeweils als Förder- oder Fluidkanal 56 bezeichnet und sind voneinander getrennt. Der Schaufelkranz 38 weist einen ringförmigen Eintrittsquerschnitt 16 auf, der gegenüber dem Austrittsquerschnitt (nicht sichtbar) des Axialverdichter-Rotors 22 größer ist. Der Axialverdichter-Stator 24 wird durch zwei ineinander angeordnete und koaxial ausgerichtete Hohlzylinder bzw. Ringe 64 und 66 gebildet, zwischen denen der Schaufelkranz 42 mit zahlreichen Schaufeln 44 fest angeordnet ist. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Schaufeln 42 und den beiden Ringen 64 und 66 werden jeweils als Leitkanal 68 bezeichnet und sind voneinander getrennt. Der Schaufelkranz 38 dient zusammen mit dem Schaufelkranz 42 der axial gerichteten Förderung des Öls aus der Nockenwelle. Der Axialverdichter-Stator 24, insbesondere dessen Innenring 64, ist teilweise in den Innenring 58 des Axialverdichter-Rotors einsetzbar und drehbar gelagert. Des Weiteren hat der Innenring 64 des Axialverdichter-Stators 24 zu seiner Austrittsseite hin Aussparungen 70, die formschlüssig mit Mitnehmern 30 des Radialverdichter-Gehäuses (nicht dargestellt) verbindbar sind und so eine gehäusefeste Verbindung herstellbar ist. Der Außendurchmesser des Außenrings 60 des Axialverdichter-Rotors 22 entspricht dem Innendurchmesser der hohlen Nockenwelle (nicht dargestellt), insbesondere um eine wellenfeste Verbindung durch Formschluss zu ermöglichen. Denkbar ist auch, dass die wellenfeste Verbindung zusätzlich oder alternativ durch eine Art Nut-Feder-Verbindung realisiert wird. Allerdings ist immer darauf zu achten, dass kein Öl zwischen Außenring 60 und Innenwand der Welle durchlecken kann. Der Außendurchmesser des Außenrings 66 ist derart gestaltet, dass der AV-Stator 24 in der hohlen Nockenwelle um die Achse 20 rotieren kann. Die Bohrung 10 ist von den Kanälen 56 und 68 getrennt und bildet eine durch den Innenraum der Innenringe 58 und 64 definierte Leitung für das Reingas aus einem der Ölfördereinrichtung 2 vorausangeordnetem Ölabscheider (nicht dargestellt).
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3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Radialverdichters 14 aus 1, der im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Achse 20 ausgebildet ist. Der Radialverdichter-Rotor 26 wird durch einen Hohlzylinder 72 und einer auf dem Hohlzylinder 72 angeordneten Ringscheibe 74 gebildet. Der Innendurchmesser des Hohlzylinders 72 und der Ringscheibe 74 ist im Wesentlichen identisch bzw. wird nicht durch die Ringscheibe 74 eingeschränkt. In dem Hohlzylinder 72 ist ein Schaufelkranz 46 mit einer Vielzahl von Schaufel 48 fest ausgebildet. Die Ringscheibe 74 des Radialverdichter-Rotors 26 weist auf seiner strömungsaustrittsseitigen Oberfläche zahlreiche nutförmige Kanäle 34 auf, die sich radial von der Achse 20 erstrecken. Der Außendurchmesser des Hohlzylinders 72 entspricht, ähnlichem dem Außendurchmesser des Außenrings 60 des Axialverdichter-Rotors 22, dem Innendurchmesser der hohlen Nockenwelle (nicht dargestellt), um eine wellenfeste Verbindung durch Kraftschluss, insbesondere in Form eines Presssitzes, herzustellen. Der Außendurchmesser der Ringscheibe 74 ist stets größer als der Innendurchmesser der Nockenwelle, in diesem Fall sogar größer als der Außendurchmesser der Nockenwelle, um das Öl durch die Kanäle 34 aus der Welle zu transportieren. Das Radialverdichter-Gehäuse 28 wird durch ein zylinderförmiges Gehäuserohr 76 und eine ringförmige, dem Gehäuserohr 76 angeordnete Gehäusekappe 78 gebildet. Das Radialverdichter-Gehäuse 28, insbesondere das Gehäuserohr 76, weist eine Bohrung bzw. einen zweiten Strömungskanal 36 als Reingaskanal auf. An der Unterseite bzw. der Strömungseintrittsseite des Gehäuserohrs 76 sind zwei sich gegenüberliegende Mitnehmer 30 ausgeformt, die mit den Aussparungen des Axialverdichter-Stators (nicht dargestellt) eine gehäusefeste Formschlussverbindung herstellen können. Die Unterseite der Gehäusekappe 78 bildet mit der ihr gegenüberliegenden Oberseite der Ringscheibe 74 des Radialverdichter-Rotors 26, insbesondere mit dessen Kanälen 34, eine Fluid-Abführeinrichtung 32 für das abgeschiedene und durch den Axialverdichter geförderte Öl in das Zylinderkopfgehäuse. Die Dimensionierungen des Radialverdichter-Rotors 26 und des Radialverdichter-Gehäuses 28 sind derart gestaltet, dass der Radialverdichter-Rotor 26 durch die Rotation der Nockenwelle mitrotiert und nicht durch das Radialverdichter-Gehäuse 28 gebremst wird. Andererseits sollte darauf geachtet werden, dass kein zu großer Abstand zwischen den beiden Bauteile 26 und 28 existiert, damit die Radialverdichter- sowie die Fluidabführfunktion durch die Schaufeln 48 und die Kanäle 34 stets ausführbar sind. An der oberseitigen Außenkante der Gehäusekappe 78 sind vier sich gegenüberliegende Ausnehmungen 82 als zusätzliche Ausgangsöffnungen für die Abführeinrichtung 32 ausgebildet. An der Innenseite der Gehäusekappe 78 ist unterhalb der Ausnehmungen 82 jeweils ein/e Rastnase/-haken 84 ausgeformt, um einen eingesetzten Radialverdichter-Rotor 26, insbesondere dessen Ringscheibe 74, in der Gehäusekappe 78 zu arretieren und an einem Abnehmen zu hindern. Zur Abdichtung ist ein O-Ring 50 um die Außenseite des Gehäuserohrs 76 anordenbar.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht einer in einer Nockenwelle 4 eingesetzten Ölfördereinrichtung 2 aus 1. Während der Axialverdichter-Rotor 22 und der Radialverdichter-Rotor 26 wellenfest mit der Nockenwelle 4 verbunden sind und somit mitrotieren können, sind der Axialverdichter-Stator 24, das Radialverdichter-Gehäuse 28 und das Tauchrohr 52 jeweils gehäusefest über entsprechende Mitnehmer miteinander verbunden und rotieren mit der Nockenwelle 4 nicht mit. Das Tauchrohr 52 ist in dem Zylinderkopfgehäuse 62 fest eingesetzt und mit einem Dichtungs-O-Ring 80 versehen, um das Gehäuse 62 und etwaige Spalten zwischen Tauchrohr 52 und Gehäuse 62 abzudichten. In der Mitte der Ölfördereinrichtung 2 verläuft der Reingaskanal, der durch die jeweiligen Bohrungen der Bestandteile der Ölfördereinrichtung 2 gebildet wird. Ringförmig um den Reingaskanal sind die Vielzahl von Förderkanäle 12 des Axialverdichters und daran anschließend die Abführeinrichtung 32 des Radialverdichters für das Öl angeordnet. Die Gänge bzw. Kanäle der beiden Einrichtungen, d.h. des Axialverdichters und des Radialverdichters, fluchten innerhalb der Bestandteile der Ölfördereinrichtung 2 und verjüngen sich bis zu einer Biegung der Abführeinrichtung 32. Dabei ist der freie Eintrittsquerschnitt pro Gang größer dimensioniert als der Austrittsquerschnitt pro Gang, was dazu führt, dass im Austrittsquerschnitt der statische Gasdruck geringer und der dynamische Gasdruck (Staudruck) höher ist, als im Eintrittsquerschnitt - das Wirkungsprinzip eines Axialverdichters. Der randnahe Fluidstrom trifft dann auf einen Stator 24 mit einer Leitschaufelgeometrie und ebenfalls abnehmendem Strömungsquerschnitt, welcher die Gasströmung zum zweiten Rotor 26 lenkt.
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Vorrausetzung, dass das abgeschiedene Öl in den Zylinderkolbenraum gedrückt wird, ist, dass der Druck an der Austrittsgeometrie des Radialverdichters aus Radialverdichter-Rotor 26 und Radialverdichter-Gehäuse 28 größer ist, als der Druck im Rohgas-Raum. Um zu vermeiden, dass das Gas zwischen den Verdichterstufen den Weg zum Reingasaustritt- zentrisch - nimmt und ggf. noch Öl mitreißt, ist die Abdichtung der gehäusefesten Bauteile untereinander von Vorteil, hier durch O-Ringe 50 und 54 realisiert.
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Bezugszeichen
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- 2
- Ölfördereinrichtung
- 4
- Welle/Nockenwelle
- 6
- Wellenachse
- 8
- Axialverdichter, AV (der Ölfördereinrichtung)
- 10
- Bohrung (des AV)/ 1. Strömungskanal
- 12
- Förderkanal (des AV)
- 14
- Radialverdichter, RV (der Ölfördereinrichtung)
- 16
- Eintrittsquerschnitt (der Fördereinrichtung)
- 18
- Austrittsquerschnitt (der Fördereinrichtung)
- 20
- Achse (der Ölfördereinrichtung)
- 22
- AV-Rotor
- 24
- AV-Stator
- 26
- RV-Rotor
- 28
- RV-Gehäuse
- 30
- Mitnehmer
- 32
- Fluid-Abführeinrichtung
- 34
- Kanal (der Abführeinrichtung)
- 36
- Bohrung (des RV-Gehäuses)/ 2. Strömungskanal
- 38
- Schaufelkranz (des AV-Rotors)
- 40
- Schaufel (des AV-Rotors)
- 42
- (Leit-) Schaufelkranz (des AV-Stators)
- 44
- (Leit-) Schaufel (des AV-Stators)
- 46
- Schaufelkranz (des RV-Rotors)
- 48
- Schaufel (des RV-Rotors)
- 50
- O-Ring
- 52
- Tauchrohr mit Reingaskanal
- 54
- O-Ring
- 56
- (Fluid)Kanal (der Fördereinrichtung bzw. des AV-Rotors)
- 58
- Innenring (des AV-Rotors)
- 60
- Außenring (des AV-Rotors)
- 62
- Zylinderkopfgehäuse
- 64
- Innenring (des AV-Stators)
- 66
- Außenring (des AV-Stators)
- 68
- Leitkanal (der Fördereinrichtung bzw. des AV-Stators)
- 70
- Aussparung (für Mitnehmer des RV-Gehäuses)
- 72
- Hohlzylinder (des RV-Rotors)
- 74
- Ringscheibe (des RV-Rotors)
- 76
- Gehäuserohr (des RV-Gehäuses)
- 78
- Gehäusekappe (des RV-Gehäuses)
- 80
- O-Ring (des Tauchrohrs)
- 82
- Ausnehmung (der Gehäusekappe)
- 84
- Rastnasen (der Gehäusekappe)
