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Gegenstand der Erfindung ist ein Tellerseparator, insbesondere für eine Entlüftungsvorrichtung eines Kurbelwellengehäuses einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges.
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Üblicherweise umfassen derartige Tellerseparatoren ein Gehäuse, in dem ein Rotor drehbar gelagert ist, der mehrere in Rotorlängsrichtung aufeinander gestapelte Teller drehfest trägt, und der im Gehäuse einen radial außenliegenden Hohlraum von eine radial innenliegenden Raum trennt.
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Entsprechende Tellerseparatoren weisen üblicherweise einen Reingasauslass auf, durch den das von Öl befreite, gereinigte Gas vom Reinraum nach außen gelangt. Weiterhin weist ein üblicher Tellerseparator einen Austritt aus, durch den das abgeschiedene Öl nach außen gelangt und somit dem Kurbelgehäuse wieder zugeführt werden kann.
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Ein exemplarisches Beispiel eines entsprechenden Tellerseparators wird in der
DE 100 44 615 A1 beschrieben. Der hier dargestellte Tellerseparator umfasst einen als Gehäuse ausgebildeten Stator, in dem ein Rotor untergebracht ist, der mehrere Teller aufweist, die entlang der Rotorachse parallel zueinander und koaxial zur Rotorachse angeordnet sind. Hierbei ist zwischen zwei benachbarten Tellern dann ein Spalt ausgebildet, der einen im Inneren des Rotors ausgebildeten Reinraum mit einem Raum verbindet, der im Inneren des Gehäuses den Rotor umgibt. Durch die Auswahl der Telleranzahl, der Spaltlänge und der Spaltbreite sowie dem Neigungswinkel der Teller zur Achse kann für einen vorgegebenen Volumenstrom und einen sich ergebenen Druckverlust die gewünschte Reinigungswirkung erzielt werden. Hierbei ist offensichtlich, dass die Reinigungswirkung von der Drehzahl des Rotors abhängt.
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Auch in
EP 1 772 193 A1 wird ein Tellerseparator, insbesondere für eine Entlüftungsvorrichtung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Um die Abdichtung des Reinraums gegenüber dem Hochraum zu verbessern, weist der unmittelbar an den Reingasauslass angrenzende Teller eine Beschaufelung auf, die im Betrieb des Tellerseparators eine radial nach außen gerichtete Rückströmung erzeugt.
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EP 1 645 320 A1 betrifft einen Zentrifugalabscheider (
10) zur Abscheidung von in einem Luftstrom mitgeführten Öl- und/oder Feststoffpartikeln, insbesondere zur Entölung von Kurbelgehäusegasen einer Brennkraftmaschine, wobei der Zentrifugalabscheider als Tellerseparator (
10) ausgeführt ist, mit einem Gemischeinlass (
18) für die Öl- und/oder Feststoffpartikel behaftete Luft, einem Luftauslass (
31) für Reinluft und einem Ölauslass (
19) für Öl und/oder Feststoffpartikel, mit einem als Gehäuse ausgebildeten Stator, in dem ein Rotor (
14) angeordnet ist, der mehrere Teller (24,25) aufweist, die entlang der Rotorachse parallel zueinander und koaxial zur Rotorachse angeordnet sind, wobei der Rotor (
14) korrespondierend mit einem Antrieb verbunden ist. Dabei ist über dem obersten Teller ein Korb (
21) mit dem Rotor (
14) drehfest verbunden, wobei der Korb einen tellerförmigen Teil (
22), welcher koaxial zur Rotorachse und im wesentlichen parallel zu den Tellern angeordnet ist und einen im wesentlichen zylinderförmigen Teil (
23), welcher sich in Richtung der weiteren Teller erstreckt und im wesentlichen parallel zum Stator verläuft, aufweist.
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Allen bekannten Tellerseparatoren ist der kegelförmige beziehungsweise kegelstumpfförmige Telleraufbau mit einem im gesamten Durchmesser gleichbleibenden Spalt gemeinsam. Beim Durchströmen von innen nach außen ergibt sich jedoch im Innenbereich des Tellerpakets wegen des kleineren Umfangs eine höhere radiale Strömungsgeschwindigkeit mit höherem Druckverlust. Nach außen nimmt die radiale Geschwindigkeit wieder ab. Der Winkel der Tellerneigung ist bei den bekannten Tellerseparatoren im gesamten Querschnitt beginnend im Inneren im Befestigungsbereich der Rotorachse zum Außenrand der Teller konstant. Tellerseparatoren mit Tellern in Kegelform wie in
GB 119642 beschrieben gibt es seit fast 100 Jahren.
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Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Reduktion des Druckverlusts im Tellerpaket und in der Möglichkeit, den Bauraum zu verkleinern sowie die Abscheidung zu verbessern
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Die vorgenannte Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch einen Tellerseparator 1, insbesondere für eine Entlüftungsvorrichtung eines Kurbelwellengehäuses einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges
- - mit einem Gehäuse 2, in dem ein Rotor 3 drehbar gelagert ist, , welcher sich im Betrieb dreht, der mehrere in Rotorlängsrichtung aufeinander gestapelte Teller 4 drehfest trägt und der im Gehäuse einen radial außenliegenden Reinraum 5 von einem radial innenliegenden Rohraum 6 trennt,
- - mit einem Rohgaseinlass 7, durch den ein mit Öl beladenes Gas in den Rohraum gelangt,
- - mit einem Reingasauslass 8, durch den das von Öl befreite, gereinigte Gas vom Reinraum nach außen gelangt und
- - mit einem Ölablauf 9 , durch den das abschiedene Öl vom Reinraum nach außen gelangt,
der dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Oberfläche wenigstens einer der Teller wenigstens teilweise in Form eines Kugelsegments oder eines Segments eines Rotationsellipsoids ausgebildet ist.
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Der sich dadurch nach außen verringernde Tellerspalt (S1)hat am Innendurchmesser des Tellerpakets seine größte Höhe, so dass damit der Strömungsquerschnitt hier erweitert ist. Bedingt durch den größeren Strömungsquerschnitt ist der Druckverlust hier im Vergleich zu Tellerpaketen des Standes der Technik deutlich geringer. Wird nach außen der Tellerspalt (S2) kleiner, so nimmt die radiale Geschwindigkeit weniger ab . Ein nach außen hin steilerer Winkel (10 b) verbessert die Abscheidung, so dass die Tellerdurchmesser bei gleicher Abscheidung kleiner ausfallen können, als nach dem Stand der Technik.
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Alternativ hierzu kann auch die Drehzahl, mit der der Tellerseparator betrieben wird, kleiner gewählt werden und damit Antriebsleistung eingespart werden.
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Der wesentliche Kern der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, dass die Teller einen nach außen hin steileren, das heißt kleineren Tellerwinkel in Bezug auf die Rotorachse aufweisen, so dass ein verbesserter Wirkungsgrad gegenüber dem Stand der Technik möglich ist.
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Bei Verwendung von erfindungsgemäßen Tellern, die am Außenrand stärker zur Achse geneigt sind, kann der Innenbereich der Teller mit einem flachen Winkel ausgeführt werden. Damit ist beim Tellerstapel in diesem Bereich die Spalthöhe größer. Mit nach außen hin zunehmenden Durchmesser wird der Winkel zur Rotorachse immer kleiner (steiler). Die Folge daraus ist, dass auf den größeren Tellerumfängen beim Stapeln die Spalte kleiner werden.
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In 1 wird ein erfindungsgemäßer Tellerseparator dargestellt. Der Tellerseparator weist im unteren Bereich einen üblichen Blow-by-Gaseinlass 7 auf. Auch der Ölablauf 9, der Motor 4 und der Blow-by-Gasauslass 8 entsprechen dem eines üblichen Tellerseparators.
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Im Unterschied zu bekannten Tellerseparatoren des Standes der Technik weist der Tellerseparator 1 jedoch Teller 4 mit variablen Spalten und Winkeln auf. Die Tellerspalte sind am Innendurchmesser, das heißt im Befestigungsbereich an der Rotorachse größer und nehmen nach außen hin ab. Der Winkel zur Rotorachse wird nach außen hin kleiner und erhöht damit die Abscheidewirkung.
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Während der Stand der Technik durch Teller geprägt wird, die eine Kegelstumpffläche beschreiben, weisen die erfindungsgemäß enthaltenen Teller eine davon abweichende Geometrie auf.
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In 2 sind exemplarisch Teller mit verschiedenen geometrischen Formen der unterschiedlichen Krümmungen 10 dargestellt. Die Teller weisen einen Krümmungsradius auf, der in Bezug auf die Rotorachse im Außenrand kleiner ist, als am Befestigungsbereich an der Rotorachse. So wird in der 2 insbesondere die Geometrie eines Tellers mit einer Kugeloberfläche dargestellt.
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Alternativ hierzu ist es selbstverständlich auch möglich, ein entsprechendes Rotationsellipsoid abzubilden.
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Wählt man den Krümmungsradius zwischen benachbarten gekrümmten Tellern entsprechend aus, so ist es möglich, den in 3 dargestellten Winkel zwischen den Tellern vom Befestigungsbereich 10a der Rotorachse bis hin zum Außenrand der Teller 10b zu verringern, um somit die Spaltweite S1, S2 zwischen den Tellern nach außen hin zu verjüngen. Dies gelingt nicht nur wie in 3 dargestellt mit gekrümmten Kugel- oder Rotationsellipsoidflächen. Dementsprechend wird der Teller beispielsweise in Form einer Halbkugel oder eines Rotationsparaboloids geformt.
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Die Differenz der Tellerradien eines Rotationsparaboloids, bezogen auf die äußeren Oberfläche eines Tellers vom Befestigungsbereich an der Rotorachse bis zum äußeren Rand des Tellers kann den Erfordernissen entsprechend angepasst werden. Wird die Differenz der Radien des Tellers zu gering gewählt, so ist der mit der vorliegenden Erfindung erreichbare verbesserte Wirkungsgrad nicht voll erreichbar. Wird jedoch die Differenz der Radien des Tellers zu klein gewählt, so wird der Spalt am Außenrand der Teller zu klein und der Druckverlust beim Durchströmen wird wieder erhöht. Somit ist eine optimale Spaltentwicklung zwischen zwei Tellern von innen nach außen anzustreben, beispielsweise innen S1 = 1 mm und außen S2 = 0.3 mm.
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Ein steilerer Winkel der Teller am Außenrand 10b bei gleichzeitig kleinerem Tellerspalt erhöht die Abscheidung. Neben den einfach geometrischen Grundformen, wie oben definiert, ist es selbstverständlich auch möglich, verschiedene geometrische Formen der Teller miteinander zu kombinieren. So kann der Krümmungsradius und in gleicher Weise auch der Spalt zwischen den Tellern, von der Rotationsachse ausgehend, zum Außenrand kontinuierlich oder diskontinuierlich abnehmen, durch Kombination verschiedener geometrischer Formen. So lassen sich beispielsweise auch Kugelsegment mit an sich bekannten Kegelstumpfabschnitten miteinander kombinieren.
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Die Teller der erfindungsgemäßen Tellerseparatoren können aus den verschiedensten Materialien gefertigt sein. Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, dass hier die Teller auch aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff bestehen können. Damit wird ein Beitrag zur Gewichtsreduktion gegenüber metallenen Tellern geleistet. Besonders bevorzugter Kunststoff ist hier Polyamid, da dieses sehr gut verarbeitbar ist, insbesondere auch wenn das Kunststoffmaterial Glasfasern und/oder Carbonfasern umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10044615 A1 [0004]
- EP 1772193 A1 [0005]
- EP 1645320 A1 [0006]
- GB 119642 [0007]
