DE102021130473A1

DE102021130473A1 - Rotationsabscheider zum Aufbereiten eines Fluids

Info

Publication number: DE102021130473A1
Application number: DE102021130473.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Lüersmann; Eike Stitterich; Uwe Stosch
Original assignee: Hengst SE and Co KG
Current assignee: Hengst SE and Co KG
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotationsabscheider (10) zum Aufbereiten eines Fluids (F), mit einem Abscheidergehäuse (12), einer Rotorwelle (28), einer in dem Abscheidergehäuse (12) angeordneten Abscheideeinrichtung (32), welche zum Abscheiden von Partikeln aus dem Fluid (F) von dem Fluid (F) durchströmbar und über die Rotorwelle (28) rotatorisch antreibbar ist, und einer in dem Abscheidergehäuse (12) angeordneten Fördereinrichtung (34), welche zum Erzeugen und/oder Verstärken einer Strömung des Fluids (F) innerhalb des Abscheidergehäuses (12) von dem Fluid (F) durchströmbar und über die Rotorwelle (28) rotatorisch antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationsabscheider zum Aufbereiten eines Fluids, mit einem Abscheidergehäuse, einer Rotorwelle, einer in dem Abscheidergehäuse angeordneten Abscheideeinrichtung, welche zum Abscheiden von Partikeln aus dem Fluid von dem Fluid durchströmbar und über die Rotorwelle rotatorisch antreibbar ist, und einer in dem Abscheidergehäuse angeordneten Fördereinrichtung, welche zum Erzeugen und/oder Verstärken einer Strömung des Fluids innerhalb des Abscheidergehäuses von dem Fluid durchströmbar und über die Rotorwelle rotatorisch antreibbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Abscheidesystem mit einem Rotationsabscheider und einem Antrieb, welcher dazu eingerichtet ist, eine Rotorwelle des Rotationsabscheiders rotatorisch anzutreiben.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines einen Rotationsabscheider aufweisenden Abscheidesystems mit den Schritten: Antreiben einer Rotorwelle des Rotationsabscheiders mittels eines Antriebs, Abscheiden von Partikeln aus einem in den Rotationsabscheider eingeleiteten Fluid durch eine über die Rotorwelle angetriebene Abscheideeinrichtung und Erzeugen und/oder Verstärken einer Strömung des Fluids innerhalb eines Abscheidergehäuses des Rotationsabscheiders durch eine über die Rotorwelle angetriebene Fördereinrichtung, welche von dem Fluid durchströmbar ist.
Rotationsabscheider finden beispielsweise bei der Kurbelgehäuseentlüftung von Verbrennungsmotoren zur Ölnebenabscheidung Anwendung. Bei der Kurbelgehäuseentlüftung von Verbrennungsmotoren soll der Rotationsabscheider sogenannte Blow-By-Gase abreinigen, welche beim Verbrennungsprozess entstehen.
Im Betrieb erzeugt der Rotationsabscheider einen Unterdruck im Kurbelgehäuse und einen Volumenstrom in Richtung einer Ansaugleitung, über welche das abgereinigte Gas dann wieder in den Motor eingeleitet wird. Die Ansaugleitung weist außerdem einen Lufteinlass auf, über welchen Luft aus der Umgebung angesaugt werden kann. Am Lufteinlass befindet sich üblicherweise ein Luftfilter, über welchen die angesaugte Umgebungsluft gefiltert wird.
Beim Motorstillstand soll eine Gasförderung durch den Rotationsabscheider vermieden werden, sodass die Blow-By-Gase nicht durch den Rotationsabscheider über die Ansaugleitung und den Luftfilter in die Umgebung gelangen können. Gleichzeitig ist es jedoch erwünscht, dass der Rotationsabscheider bei einem Motorstillstand weiter rotiert, um ohne Beaufschlagung mit partikelhaltigem Blow-By-Gas eine Abreinigung von Abscheideelementen in dem Rotationsabscheider von flüssigen und/oder festen Ablagerungen bzw. kondensiertem Wasser zu realisieren.
Insgesamt besteht also ein Konflikt, wonach der Betrieb des Rotationsabscheiders beim Motorstillstand zur Vermeidung von Emissionen nicht erwünscht ist, jedoch zur Abreinigung der Abreinigungselemente des Rotationsabscheiders vorteilhaft wäre.
Im Stand der Technik sind Abscheidesysteme bekannt, bei welchen der Rotationsabscheider in einem Reinigungsmodus mit einer erhöhten Drehzahl betrieben wird. Eine emissionsfreie Abreinigung ist bei solchen Systemen aber nicht möglich.
Rotationsabscheider können grundsätzlich auch in anderen Anwendungsbereichen beispielsweise zum Abscheiden von Öl-, Wasser- und/oder Kraftstoffpartikeln aus einem aufzubereitenden Fluid eingesetzt werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die bei der Abreinigung von Rotationsabscheidern entstehenden Emissionen zu verringern oder eine emissionsfreie Abreinigung von Rotationsabscheidern zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Rotationsabscheider der eingangs genannten Art, wobei die Abscheideeinrichtung und die Fördereinrichtung des erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders dazu eingerichtet sind, über die Rotorwelle gemeinsam wahlweise in eine erste Rotationsrichtung oder in eine zweite Rotationsrichtung angetrieben zu werden.
Der Konflikt bei der Abreinigung von Rotationsabscheidern wird durch das Integrieren einer Fördereinrichtung gelöst, bei welcher mit einer Drehrichtungsänderung auch eine Umkehr der Strömungsrichtung umgesetzt wird. Durch das Umkehren der Rotationsrichtung der Rotorwelle des Rotationsabscheiders wird von der Fördereinrichtung eine Gegenströmung zu der von der Abscheideeinrichtung verursachten Strömung des Fluids erzeugt, wodurch eine Abreinigung des Rotationsabscheiders erfolgen kann, ohne dass Fluid aus dem Rotationsabscheider ausgeleitet wird. Ein unbeabsichtigtes Ausleiten von Öl-, Wasser- und/oder Kraftstoffpartikeln in die Umgebung kann somit effektiv vermieden werden. Innerhalb des Rotationsabscheiders kann somit eine druckfreie Abreinigung erfolgen.
Erfindungsgemäße Rotationsabscheider eignen sich besonders für die Anwendung mit hohen Nutzungsdauern, welche beispielsweise bei Nutzfahrzeugen, Baumaschinen und Marineanwendungen zum Einsatz kommen.
Im Sinne der Erfindung sind die erste und die zweite Rotationsrichtung entgegengesetzte Rotationsrichtungen. Die Abscheideeinrichtung und die Fördereinrichtung sind vorzugsweise dazu eingerichtet, über die Rotorwelle gemeinsam wahlweise im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn angetrieben zu werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders ist die Fördereinrichtung dazu eingerichtet, beim Ausführen einer der ersten Rotationsrichtung folgenden Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses eine Strömung des Fluids in eine erste Strömungsrichtung zu erzeugen und beim Ausführen einer der zweiten Rotationsrichtung folgenden Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses eine Strömung des Fluids in eine zweite Strömungsrichtung zu erzeugen. Bei einer der ersten Rotationsrichtung folgenden Rotationsbewegung der Fördereinrichtung wird die Strömung des Fluids durch das Abscheidergehäuse durch die Fördereinrichtung verstärkt. Bei einer der zweiten Rotationsrichtung folgenden Rotationsbewegung der Fördereinrichtung wird die Strömung des Fluids durch das Abscheidergehäuse durch die Fördereinrichtung verringert, aufgehoben oder umgekehrt.
Es ist darüber hinaus ein erfindungsgemäßer Rotationsabscheider vorteilhaft, bei welchem die Abscheideeinrichtung dazu eingerichtet ist, unabhängig von der Rotationsrichtung bei einer Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses eine Strömung des Fluids in eine Strömungsrichtung des Fluids zu erzeugen. Durch Umkehren der Rotationsrichtung der Rotorwelle des Rotationsabscheiders ändert sich die Förderrichtung der von der Abscheideeinrichtung ausgehenden Fluidförderung also nicht. Bei einer der ersten Rotationsrichtung folgenden Rotationsbewegung der Rotorwelle weisen die Fördereinrichtung und die Abscheideeinrichtung vorzugsweise identische Förderrichtungen auf. Bei einer der zweiten Rotationsrichtung folgenden Rotationsbewegung der Rotorwelle weisen die Fördereinrichtung und die Abscheideeinrichtung vorzugsweise entgegengesetzte Förderrichtungen auf.
Es ist darüber hinaus ein erfindungsgemäßer Rotationsabscheider vorteilhaft, welcher einen Fluideinlass für das aufzubereitende Fluid und einen Fluidauslass für das aufbereitete Fluid aufweist. Die Abscheideeinrichtung und die Fördereinrichtung sind vorzugsweise dazu eingerichtet, in einem spezifischen Betriebszustand derart über die Rotorwelle rotatorisch angetrieben zu werden, dass kein Fluid durch den Fluideinlass aus dem Rotationsabscheider austritt und/oder kein Fluid durch den Fluideinlass in den Rotationsabscheider eintritt. In dem spezifischen Betriebszustand erfolgt eine Abreinigung der Abscheideeinrichtung. In dem spezifischen Betriebszustand weisen die Abscheideeinrichtung und die Fördereinrichtung eine Abreinigungsdrehzahl oder eine Drehzahl innerhalb eines Abreinigungsdrehzahlbereichs auf und führen eine einer Abreinigungsrotationsrichtung folgende Rotationsbewegung aus. Die von der Abscheideeinrichtung erzeugte Strömung des Fluids und die von der Fördereinrichtung erzeugte Strömung des Fluids heben sich in dem spezifischen Betriebszustand auf. In dem spezifischen Betriebszustand führen die Rotorwelle, die Abscheideeinrichtung und die Fördereinrichtung eine Rotationsbewegung aus.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders weist die Abscheideeinrichtung mehrere axial voneinander beabstandete Abscheideelemente auf, wobei zwischen den Abscheideelementen Strömungspfade für das Fluid verlaufen. Insbesondere sind die Abscheideelemente dazu eingerichtet, unabhängig von der Rotationsrichtung der Abscheideeinrichtung von dem Fluid in die gleiche Richtung entlang der Strömungspfade durchströmt zu werden. Die Abscheideelemente sind vorzugsweise gestapelte Abscheideteller, welche gemeinsam ein von dem Fluid durchströmbares Tellerpaket bilden. Der Rotationsabscheider kann also ein Tellerseparator sein. Die Abscheideteller sind vorzugsweise dazu eingerichtet, unabhängig von der Rotationsrichtung der Abscheideeinrichtung von dem Fluid von innen nach außen entlang der Strömungspfade durchströmt zu werden.
Der erfindungsgemäße Rotationsabscheider wird ferner durch einen in dem Abscheidergehäuse angeordneten und über die Rotorwelle rotatorisch antreibbaren Trägerkörper weitergebildet, welcher die Abscheideelemente der Abscheideeinrichtung trägt, wobei die Fördereinrichtung vorzugsweise Bestandteil des Trägerkörpers ist. Die Abscheideelemente der Abscheideeinrichtung sind auf einen Aufschubabschnitt des Trägerkörpers aufgeschoben und/oder werden durch einen Abstützabschnitt des Trägerkörpers abgestützt. Der Trägerkörper kann ein Deckteller sein, auf welchem die mehreren Abscheideteller gestapelt sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders wird die Fördereinrichtung durch einen in den Trägerkörper integrierten Axialventilator gebildet. Wenn der Trägerkörper als Deckteller ausgebildet ist, auf welchem mehrere ein Tellerpaket bildende Abscheideteller gestapelt sind, befindet sich der integrierte Axialventilator vorzugsweise in einem Zentralbereich des Decktellers. Der Axialventilator kann alternativ auch separat und/oder beabstandet von einem mehrere Abscheideteller umfassenden Tellerpaket der Abscheideeinrichtung ausgebildet sein.
Es ist darüber hinaus ein erfindungsgemäßer Rotationsabscheider vorteilhaft, bei welchem die Fördereinrichtung einen oder mehrere Förderelemente umfasst, welche sich durch einen von dem Fluid durchströmbaren Strömungsbereich erstrecken. Der Strömungsbereich ist vorzugsweise ringförmig. Die Förderelemente können beispielsweise als Stege oder Lamellen ausgebildet sein. Der Strömungsbereich ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet. Mehrere Förderelemente können gleichmäßig über den Umfang des Förderbereichs verteilt sein. Die Förderelemente können Schaufeln des in den Trägerkörper integrierten Axialventilators sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders ist das eine oder sind die mehreren Förderelemente als sich in Radialrichtung durch den von dem Fluid durchströmbaren Strömungsbereich erstreckende Luftleitlamellen ausgebildet, welche vorzugsweise schräg in Bezug auf die axiale Durchströmungsrichtung angestellt sind. Die Luftleitlamellen sind vorzugsweise geneigt bzw. schräg gestellt. Die Luftleitlamellen wirken als Flügel. Die Luftleitlamellen erzeugen bei Durchströmung einen geringen Differenzdruck und beim Motorstillstand fungieren die Luftleitlamellen als Pumpe für das Fluid und sorgen für eine gerichtete Erhöhung des Volumenstroms durch die Abscheideeinrichtung.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders weist der eine oder weisen die mehreren als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente einen Anstellwinkel in einem Bereich zwischen 30 und 60 Grad, insbesondere einen Anstellwinkel in einem Bereich zwischen 40 und 50 Grad, in Bezug auf die axiale Durchströmungsrichtung auf. Durch eine entsprechende Schrägstellung der Luftleitlamellen kann die Strömungsführung am Übergang zur Abscheideeinrichtung erheblich optimiert werden. In Kombination mit einer rotierend angetriebenen Abscheideeinrichtung kann also ein höherer Unterdruck am Einlass des Rotationsabscheiders bzw. vor dem Rotationabscheider erzeugt werden. Der eine oder die mehreren als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente weisen vorzugsweise einen Anstellwinkel von etwa 42 Grad in Bezug auf die axiale Durchströmungsrichtung auf.
Es ist darüber hinaus ein erfindungsgemäßer Rotationsabscheider bevorzugt, bei welchem der eine oder die mehreren als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente in Radialrichtung gekrümmt ausgebildet sind. Die Luftleitlamellen sind in diesem Fall beispielsweise Luftleitschaufeln. Durch die Krümmung des einen oder der mehreren als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente in Radialrichtung können die Fördereigenschaften verbessert und die Förderleistung erhöht werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Abscheidesystem der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Rotationsabscheider des erfindungsgemäßen Abscheidesystems nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet und dazu eingerichtet ist, die Rotorwelle des Rotationsabscheiders wahlweise in eine erste Rotationsrichtung oder in eine zweite Rotationsrichtung anzutreiben. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Abscheidesystems wird zunächst auf die Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders verwiesen.
Der Antrieb des Abscheidesystems kann beispielsweise ein elektrischer Antrieb sein. Der elektrische Antrieb kein beispielsweise ein Elektromotor sein. Alternativ kann der Antrieb des Abscheidesystems auch ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb sein.
Der Antrieb kann separat zu dem Rotationsabscheider oder als Bestandteil des Rotationsabscheiders ausgebildet sein. Wenn der Antrieb separat von dem Rotationsabscheider ausgebildet ist, ist der Antrieb vorzugsweise außerhalb des Abscheidergehäuses und/oder beabstandet von dem Abscheidergehäuse des Rotationsabscheiders angeordnet. Wenn der Antrieb als Bestandteil des Rotationsabscheiders ausgebildet ist, kann der Antrieb teilweise oder vollständig innerhalb des Abscheidergehäuses des Rotationsabscheiders angeordnet sein. Beispielsweise ist der Antrieb an einem Gehäusedeckel des Abscheidergehäuses befestigt oder bildet einen Teil der Gehäusedeckels. Der Antrieb kann beispielsweise auf der Innenseite oder auf der Außenseite des Gehäusedeckels angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Abscheidesystem eine Steuerungseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, den Antrieb in einem Abscheidemodus derart anzusteuern, dass die Rotorwelle des Rotationsabscheiders von dem Antrieb in eine erste Rotationsrichtung angetrieben wird. Vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung ferner dazu eingerichtet, den Antrieb in einem Abreinigungsmodus derart anzusteuern, dass die Rotorwelle des Rotationsabscheiders von dem Antrieb in eine zweite Rotationsrichtung angetrieben wird. In dem Abscheidemodus wird die Strömung des Fluids durch das Abscheidergehäuse durch die Fördereinrichtung verstärkt. In dem Abreinigungsmodus wird die Strömung des Fluids durch das Abscheidergehäuse durch die Fördereinrichtung verringert, aufgehoben oder umgekehrt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheidesystems ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, den Antrieb in dem Abreinigungsmodus derart anzusteuern, dass die Rotorwelle des Rotationsabscheiders mit einer Abreinigungsdrehzahl oder mit einer Drehzahl innerhalb eines Abreinigungsdrehzahlbereichs rotiert, bei welcher kein Fluid durch einen Fluidauslass aus dem Rotationsabscheider austritt und/oder kein Fluid durch einen Fluideinlass in den Rotationsabscheider eintritt. Die von der Abscheideeinrichtung erzeugte Strömung des Fluids und die von der Fördereinrichtung erzeugte Strömung des Fluids heben sich im Abreinigungsmodus auf, sodass auch ohne Sperrung des Fluideinlasses und/oder des Fluidauslasses kein Fluid in den Rotationsabscheider eintritt und kein Fluid aus dem Rotationsabscheider austritt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Umkehren der Rotationsrichtung der Rotorwelle des Rotationsabscheiders erfolgt. Die Fördereinrichtung erzeugt durch das Umkehren der Rotationseinrichtung der Rotorwelle in dem Abscheidergehäuse vorzugsweise eine Gegenströmung zu der von der Abscheideeinrichtung verursachten Strömung des Fluids. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise ein Abscheidesystem nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen betrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert eine Steuerungseinrichtung des Abscheidesystems den Antrieb in einem Abscheidemodus derart an, dass die Rotorwelle samt Abscheideeinrichtung und Fördereinrichtung in eine erste Rotationsrichtung angetrieben werden, in welcher die Fördereinrichtung die von der Abscheideeinrichtung verursachte Strömung des Fluids durch das Abscheidergehäuse verstärkt. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungseinrichtung des Abscheidesystems den Antrieb in einem Abreinigungsmodus derart ansteuern, dass die Rotorwelle samt Abscheideeinrichtung und Fördereinrichtung in eine zweite Rotationsrichtung angetrieben werden, in welcher die Fördereinrichtung der von der Abscheideeinrichtung verursachten Strömung des Fluids durch das Abscheidergehäuse entgegenwirkt.
Wenn der Rotationsabscheider bei der Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird, wird der Rotationsabscheider zum Abreinigen des Rotationsabscheiders gestartet, währenddessen der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist. Dabei soll aber kein Kurbelgehäusegas in den Ansaugtrakt gelangen. Um der Förderwirkung des Rotationsabscheiders entgegenzuwirken, werden Luftleitlamellen an einem Tellerpaket als Schaufeln gestaltet. Zur Abreinigung dreht der Rotationsabscheider entgegen der Betriebsrichtung. Dabei wirken die Schaufeln der von dem rotierenden Tellerpaket ausgehenden Fluidförderung entgegen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Abscheidesystem, welches in einem Abscheidemodus betrieben wird, in einer schematischen Darstellung;
2 das in der 1 abgebildete Abscheidesystem, währenddessen es in einem Abreinigungsmodus betrieben wird, in einer schematischen Darstellung;
3 einen erfindungsgemäßen Rotationsabscheider in einer perspektivischen Darstellung;
4 den in der 3 abgebildeten Rotationsabscheider in einer Schnittdarstellung;
5 die Rotorwelle samt Abscheideeinrichtung und Fördereinrichtung des in der 3 abgebildeten Rotationsabscheiders;
6 einen eine Fördereinrichtung umfassenden Trägerkörper eines erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders in einer perspektivischen Darstellung;
7 den in der 6 abgebildeten Trägerkörper in einer Draufsicht;
8 den in der 6 abgebildeten Trägerkörper in einer Schnittdarstellung;
9 einen eine Fördereinrichtung umfassenden Trägerkörper eines erfindungsgemäßen Rotationsabscheiders in einer Draufsicht; und
10 den in der 9 abgebildeten Trägerkörper in einer perspektivischen Darstellung.

Die 1 zeigt ein Abscheidesystem 100, welches beispielsweise bei der Kurbelgehäuseentlüftung von Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen kann. Das Abscheidesystem 100 umfasst eine Ansaugleitung 102, über welche ein Fluid F, nämlich Luft, aus der Umgebung angesaugt werden kann. Hierzu weist die Ansaugleitung 102 eine Fluideinlassöffnung 104 auf, über welche Umgebungsluft in einen Fluidfilter 106 einströmen kann. Der Fluidfilter 106 ist ein Luftfilter, über welchen die angesaugte Umgebungsluft gefiltert wird.
Die Ansaugung der Umgebungsluft wird durch den Verbrennungsmotor 108 veranlasst, wobei die angesaugte Luft dem Verbrennungsmotor 108 über die Ansaugleitung 102 zugeführt wird. In dem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors 108 entstehen während des Verbrennungsprozesses sogenannte Blow-By-Gase, welche durch eine Ölnebelabscheidung abzureinigen sind.
Das abzureinigende Fluid F wird über die Rückführleitung 110a aus dem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors 108 einem Rotationsabscheider 10 zugeleitet, welcher zum Aufbereiten des Fluids F eingesetzt wird. Der Rotationsabscheider 10 ist mit einem Antrieb 112 des Abscheidesystems 100 gekoppelt, wobei der Antrieb 112 eine Rotorwelle 28 des Rotationsabscheiders 10 rotatorisch antreibt. Der Antrieb 112 kann die Rotorwelle 28 des Rotationsabscheiders 10 wahlweise in eine erste Rotationsrichtung R1 (vgl. 1) oder in eine zweite Rotationsrichtung R2 (vgl. 2) antreiben.
Bei dem in der 1 dargestellten Zustand steuert eine Steuerungseinrichtung des Abscheidesystems 100 den Antrieb 112 in einem Abscheidemodus also derart an, dass die Rotorwelle 28 des Rotationsabscheiders 10 von dem Antrieb 112 in die erste Rotationsrichtung R1, hier im Uhrzeigersinn, angetrieben wird. In dem Abscheidemodus kommt es innerhalb des Abscheidergehäuses 12 des Rotationsabscheiders 10 zum Abscheiden von Partikeln aus dem Fluid F, währenddessen das Fluid F das Abscheidergehäuse 12 durchströmt. Das abgereinigte Fluid F wird über die Rückführleitung 110b dann wieder der Ansaugleitung 102 zugeführt und von dort aus wieder in den Verbrennungsmotor 108 geleitet. Beim Motorstillstand soll eine Gasförderung durch den Rotationsabscheider 10 durch die Rückführleitungen 110a, 110b grundsätzlich vermieden werden, sodass die Blow-By-Gase nicht durch den Rotationsabscheider 10 über die Ansaugleitung 102 und den Fluidfilter 106 in die Umgebung gelangen. Gleichzeitig ist es jedoch erwünscht, dass der Rotationsabscheider 10 bei einem Motorstillstand weiterdreht, um ohne Beaufschlagung mit partikelhaltigem Blow-By-Gas eine Abreinigung von Abscheideelementen in dem Rotationsabscheider 10 zu gewährleisten.
Der im Verbrennungsprozess verwendete Luftanteil wird über die Abführleitung 114 aus dem Verbrennungsmotor 108 ausgeleitet.
Wie in der 2 dargestellt, ermöglicht der Rotationsabscheider 10 während einer Rotationsbewegung der Rotorwelle 28 in eine zweite Rotationsrichtung R2 das Abreinigen von Abscheideelementen innerhalb des Rotationsabscheiders 10, ohne dass der Rotationsabscheider 10 eine Fluidströmung in den Rührführleitungen 110a, 110b oder der Ansaugleitung 102 verursacht. In dem Abreinigungsmodus wird der Antrieb durch die Steuerungseinrichtung des Abscheidesystems derart angesteuert, dass die Rotorwelle 28 des Rotationsabscheiders 10 von dem Antrieb 112 in die zweite Rotationsrichtung R2 angetrieben wird. Durch das Umkehren der Rotationsrichtung der Rotorwelle 28 des Rotationsabscheiders 10 wird von einer in dem Abscheidergehäuse 12 angeordneten Fördereinrichtung 34 des Rotationsabscheiders 10 eine Gegenströmung zu der von einer in dem Abscheidergehäuse 12 angeordneten Abscheidereinrichtung 32 des Rotationsabscheiders 10 verursachten Strömung des Fluids F erzeugt, wodurch eine Abreinigung des Rotationsabscheiders 10 erfolgen kann, ohne dass Fluid F in den Rotationsabscheider 10 eingeleitet und Fluid F aus dem Rotationsabscheider 10 ausgeleitet wird. Eine Leitungssperrung zur Unterbindung der Fluidströmung ist nicht erforderlich. Es besteht also auch beim Motorstillstand ohne die Notwendigkeit einer Leitungssperrung nicht die Gefahr, dass Blow-By-Gase über die Rückführleitung 110b und die Ansaugleitung 102 durch den Fluidfilter 106 in die Umgebung eingeleitet wird.
Die 3 und 4 zeigen einen Rotationsabscheider 10 zum Aufbereiten eines Fluids F. Die in der 4 angedeutete Strömung des Fluids F bezieht sich auf den Betrieb im Abscheidemodus.
Der Rotationsabscheider 10 weist ein Abscheidergehäuse 12 auf, welches aus Metall, beispielsweise Aluminium, oder aus Kunststoff ausgebildet sein kann. Das Abscheidergehäuse 12 weist einen Fluideinlass 14 auf, an welchem ein Einlassstutzen 16 positioniert ist. Über den Einlassstutzen 16 und den Fluideinlass 14 kann das aufzubereitende Fluid F in das Abscheidergehäuse 12 eingeleitet werden. Das Abscheidergehäuse 12 weist ferner einen Fluidauslass 18 auf, welcher mit einem Auslassstutzen 20 verbunden ist. Über den Fluidauslass 18 und den Auslassstutzen 20 kann das aufbereitete Fluid F aus dem Abscheidergehäuse 12 ausgeleitet werden.
Der Rotationsabscheider 10 weist in einem unteren Bereich eine Ablasseinrichtung 22 auf, über welche die aus dem Fluid F abgeschiedenen Partikel aus dem Abscheidergehäuse 12 abgelassen werden können, um diese aus dem Abscheidergehäuse 12 zu entfernen. Die Partikel können beispielsweise Ölpartikel sein, welche im Bereich der Ablasseinrichtung 22 einen zu entfernenden Ölsumpf bilden.
Das Abscheidergehäuse 12 ist mit einem Gehäusedeckel 24 verschlossen, wobei an dem Gehäusedeckel 24 ein als Elektromotor ausgebildeter Antrieb 26 angeordnet ist. Der Antrieb 26 dient zum rotatorischen Antreiben einer in dem Abscheidergehäuse 12 angeordneten Rotorwelle 28 und ist in diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil des Rotationsabscheiders 10. Die Rotorwelle 28 ist über Lager 30a, 30b innerhalb des Abscheidergehäuses 12 gelagert.
In dem Abscheidergehäuse 12 ist ferner eine Abscheideeinrichtung 32 angeordnet, welche zum Abscheiden von Partikeln aus dem Fluid F dient und über die Rotorwelle 28 rotatorisch antreibbar ist. Zum Abscheiden von Partikeln aus dem Fluid F ist die Abscheideeinrichtung 32 von dem Fluid F durchströmbar. In dem Abscheidergehäuse 12 ist ferner eine Fördereinrichtung 34 angeordnet, welche zum Erzeugen oder Verstärken einer Strömung des Fluids F innerhalb des Abscheidergehäuses 12 dient und ebenfalls über die Rotorwelle 28 rotatorisch antreibbar ist. Die Fördereinrichtung 34 ist in Strömungsrichtung vom Fluideinlass 14 zum Fluidauslass 18 vor der Abscheideeinrichtung 32 angeordnet.
Die Abscheideeinrichtung 32 und die Fördereinrichtung 34 sind dazu eingerichtet, über die Rotorwelle 28 gemeinsam wahlweise in eine erste Rotationsrichtung R1 oder in eine zweite Rotationsrichtung R2 angetrieben zu werden. Die Fördereinrichtung 34 ist dazu eingerichtet, beim Ausführen einer der ersten Rotationsrichtung R1 folgenden Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses 12 eine Strömung des Fluids F in eine erste Strömungsrichtung zu erzeugen und beim Ausführen einer der zweiten Rotationsrichtung R2 folgenden Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses 12 eine Strömung des Fluids F in einer zweite Strömungsrichtung zu erzeugen. Bei einer der ersten Rotationsrichtung R1 folgenden Rotationsbewegung der Fördereinrichtung 34 wird die Strömung des Fluids F durch das Abscheidergehäuse 12 durch die Fördereinrichtung 34 verstärkt. Bei einer der zweiten Rotationsrichtung R2 folgenden Rotationsbewegung der Fördereinrichtung 34 wird die Strömung des Fluids F durch das Abscheidergehäuse 12 durch die Fördereinrichtung 34 verringert, aufgehoben oder umgekehrt. Die Abscheideeinrichtung ist dazu eingerichtet, unabhängig von der Rotationsrichtung R1, R2 bei einer Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses 12 eine Strömung des Fluids F in eine Strömungsrichtung zu erzeugen. Durch ein Umkehren der Rotationsrichtung der Rotorwelle 28 des Rotationsabscheiders 10 ändert sich die Förderrichtung der von der Abscheideeinrichtung 32 ausgehenden Fluidförderung nicht. Beim Umkehren der Rotationsrichtung der Rotorwelle 28 kann es jedoch vorkommen, dass die Fördereinrichtung 34 kein weiteres Fluid in die Abscheideeinrichtung 32 hineinfördert, sodass die Fluidförderung durch die rotierende Abscheideeinrichtung 32 zum Erliegen kommt.
Die Abscheideeinrichtung 32 und die Fördereinrichtung 34 sind dazu eingerichtet, in einem spezifischen Betriebszustand derart über die Rotorwelle 28 rotatorisch angetrieben zu werden, dass kein Fluid F durch den Fluidauslass 18 aus dem Rotationsabscheider 10 austritt und kein Fluid F durch den Fluideinlass 14 in den Rotationsabscheider 10 eintritt. In dem spezifischen Betriebszustand erfolgt eine Abreinigung der Abscheideeinrichtung 32, wobei in dem spezifischen Betriebszustand die Abscheideeinrichtung 32 und die Fördereinrichtung 34 eine übereinstimmende Abreinigungsdrehzahl aufweisen und eine einer Abreinigungsrotationsrichtung folgende Rotationsbewegung ausführen. Die von der Abscheideeinrichtung 32 erzeugte Strömung des Fluids F und die von der Fördereinrichtung 34 erzeugte Strömung des Fluids F heben sich in dem spezifischen Betriebszustand, also während der Abreinigung, gegenseitig auf.
Die 5 zeigt, dass die Fördereinrichtung 34 Bestandteil eines Trägerkörpers 36 ist. Der Trägerkörper wird über die Rotorwelle 28 rotatorisch angetrieben.
Die Abscheideeinrichtung 32 weist mehrere axial voneinander beabstandete Abscheideelemente 38, wobei zwischen den beabstandeten Abscheideelementen 38 Strömungspfade für das Fluid F verlaufen. Die Abscheideelemente 38 sind gestapelte Abscheideteller und dazu eingerichtet, unabhängig von der Rotationsrichtung R1, R2 der Abscheideeinrichtung 32 von dem Fluid F in die gleiche Richtung entlang der Strömungspfade, nämlich von innen nach außen, durchströmt zu werden. Die als Abscheideteller ausgebildeten Abscheideelemente 38 bilden ein von dem Fluid F durchströmbares Tellerpaket. Der Rotationsabscheider 10 ist also ein Tellerseparator. Der Trägerkörper 36 ist ein Deckteller, auf welchem die als Abscheideteller ausgebildeten Abscheideelemente 38 gestapelt sind.
Die 6 bis 8 zeigen einen Trägerkörper 36. Die Fördereinrichtung 34 wird durch einen in den Trägerkörper 36 integrierten Axialventilator gebildet. Die als Axialventilator ausgebildete Fördereinrichtung 34 weist mehrere gleichmäßig über den Umfang angeordnete Förderelemente 42a-42f auf, welche sich durch einen von dem Fluid F durchströmbaren Strömungsbereich 40 erstrecken. Der Strömungsbereich 40 ist ringförmig ausgebildet und wird von den Förderelementen 42a-42f unterbrochen. Die Förderelemente 42a-42f sind als sich in Radialrichtung durch den von dem Fluid F durchströmbaren Strömungsbereich 40 erstreckende Luftleitlamellen ausgebildet, welche schräg in Bezug auf die axiale Durchströmungsrichtung angestellt sind. Die als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente 42a-42f sind also geneigt bzw. schräg gestellt und wirken somit als Flügel. Die als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente weisen einen Anstellwinkel zwischen 40 und 50 Grad in Bezug auf die axiale Durchströmungsrichtung auf.
Die als Abscheideteller ausgebildeten Abscheideelemente 38 sind zur Montage des Tellerpakets auf einen Aufschubabschnitt 46 des Trägerkörpers 36 aufschiebbar. Der als Deckteller ausgebildete Trägerkörper 36 weist ferner einen Abstützabschnitt 44, auf welchem sich das Tellerpaket abstützen kann.
Die 9 und 10 zeigen ebenfalls einen Trägerkörper 36 mit einer als Axialventilator ausgebildeten integrierten Fördereinrichtung 34. Die als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente 42a-42f sind in Radialrichtung gekrümmt ausgebildet. Die als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente 42a-42f weisen also einen Anstellwinkel in Bezug auf die axiale Durchströmungsrichtung des Strömungsbereichs 40 und eine Krümmung in Radialrichtung auf. Die als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente 42a-42f sind in diesem Fall also als Luftleitschaufeln ausgebildet.
Bezugszeichenliste

10: Rotationsabscheider
12: Abscheidergehäuse
14: Fluideinlass
16: Einlassstutzen
18: Fluidauslass
20: Auslassstutzen
22: Ablasseinrichtung
24: Gehäusedeckel
26: Antrieb
28: Rotorwelle
30a, 30b: Lager
32: Abscheideeinrichtung
34: Fördereinrichtung
36: Trägerkörper
38: Abscheideelemente
40: Strömungsbereich
42a-42f: Förderelemente
44: Abstützabschnitt
46: Aufschubabschnitt
100: Abscheidesystem
102: Ansaugleitung
104: Fluideinlassöffnung
106: Fluidfilter
108: Verbrennungsmotor
110a, 110b: Rückführleitungen
112: Antrieb
114: Abführleitung
F: Fluid
R1, R2: Rotationsrichtungen

Claims

Rotationsabscheider (10) zum Aufbereiten eines Fluids (F), mit - einem Abscheidergehäuse (12), - einer Rotorwelle (28), - einer in dem Abscheidergehäuse (12) angeordneten Abscheideeinrichtung (32), welche zum Abscheiden von Partikeln aus dem Fluid (F) von dem Fluid (F) durchströmbar und über die Rotorwelle (28) rotatorisch antreibbar ist; und - einer in dem Abscheidergehäuse (12) angeordneten Fördereinrichtung (34), welche zum Erzeugen und/oder Verstärken einer Strömung des Fluids (F) innerhalb des Abscheidergehäuses (12) von dem Fluid (F) durchströmbar und über die Rotorwelle (28) rotatorisch antreibbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (32) und die Fördereinrichtung (34) dazu eingerichtet sind, über die Rotorwelle (28) gemeinsam wahlweise in eine erste Rotationsrichtung (R1) oder in eine zweite Rotationsrichtung (R2) angetrieben zu werden.
Rotationsabscheider (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, beim Ausführen einer der ersten Rotationsrichtung (R1) folgenden Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses (12) eine Strömung des Fluids (F) in eine erste Strömungsrichtung zu erzeugen und beim Ausführen einer der zweiten Rotationsrichtung (R2) folgenden Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses (12) eine Strömung des Fluids (F) in eine zweite Strömungsrichtung zu erzeugen.
Rotationsabscheider (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, unabhängig von der Rotationsrichtung (R1, R2) bei einer Rotationsbewegung innerhalb des Abscheidergehäuses (12) eine Strömung des Fluids (F) in eine Strömungsrichtung zu erzeugen.
Rotationsabscheider (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Fluideinlass (14) für das aufzubereitende Fluid (F) und einen Fluidauslass (18) für das aufbereitete Fluid (F), wobei die Abscheideeinrichtung (32) und die Fördereinrichtung (34) dazu eingerichtet sind, in einem spezifischen Betriebszustand derart über die Rotorwelle (28) rotatorisch angetrieben zu werden, dass kein Fluid (F) durch den Fluidauslass (18) aus dem Rotationsabscheider (10) austritt und/oder kein Fluid (F) durch den Fluideinlass (14) in den Rotationsabscheider (10) eintritt.
Rotationsabscheider (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (32) mehrere axial voneinander beabstandete Abscheideelemente (38) aufweist, wobei zwischen den Abscheideelementen (38) Strömungspfade für das Fluid (F) verlaufen, wobei die Abscheideelemente (38) insbesondere dazu eingerichtet sind, unabhängig von der Rotationsrichtung (R1, R2) der Abscheideeinrichtung (32) von dem Fluid (F) in die gleiche Richtung entlang der Strömungspfade durchströmt zu werden.
Rotationsabscheider (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in dem Abscheidergehäuse (12) angeordneten und über die Rotorwelle (28) rotatorisch antreibbaren Trägerkörper (36), welcher die Abscheideelemente (38) der Abscheideeinrichtung (32) trägt, wobei die Fördereinrichtung (34) vorzugsweise Bestandteil des Trägerkörpers (36) ist.
Rotationsabscheider (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (34) durch einen in den Trägerkörper (36) integrierten Axialventilator gebildet wird.
Rotationsabscheider (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (34) einen oder mehrere Förderelemente (42a-42f) umfasst, welche sich durch einen von dem Fluid (F) durchströmbaren Strömungsbereich (40) erstrecken.
Rotationsabscheider (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren Förderelemente (42a-42f) als sich in Radialrichtung durch den von dem Fluid (F) durchströmbaren Strömungsbereich (40) erstreckende Luftleitlamellen ausgebildet sind, welche vorzugsweise schräg in Bezug auf die axiale Durchströmungsrichtung angestellt sind.
Rotationsabscheider (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente (42a-42f) einen Anstellwinkel in einem Bereich zwischen 30 Grad und 60 Grad, insbesondere einen Anstellwinkel in einem Bereich zwischen 40 Grad und 50 Grad, in Bezug auf die axiale Durchströmungsrichtung aufweisen.
Rotationsabscheider (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren als Luftleitlamellen ausgebildeten Förderelemente (42a-42f) in Radialrichtung gekrümmt ausgebildet sind.
Abscheidesystem (100), mit - einem Rotationsabscheider (10), und - einem Antrieb (26, 112), welcher dazu eingerichtet ist, eine Rotorwelle (28) des Rotationsabscheiders (10) rotatorisch anzutreiben; dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsabscheider (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet und dazu eingerichtet ist, die Rotorwelle (28) des Rotationsabscheiders (10) wahlweise in eine erste Rotationsrichtung (R1) oder in eine zweite Rotationsrichtung (R2) anzutreiben.
Abscheidesystem (100) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, den Antrieb (26, 112) - in einem Abscheidemodus derart anzusteuern, dass die Rotorwelle (28) des Rotationsabscheiders (10) von dem Antrieb (26, 112) in eine erste Rotationsrichtung (R1) angetrieben wird, und/oder - in einem Abreinigungsmodus derart anzusteuern, dass die Rotorwelle (28) des Rotationsabscheiders (10) von dem Antrieb (26, 112) in eine zweite Rotationsrichtung (R2) angetrieben wird.
Abscheidesystem (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Antrieb (26, 112) in dem Abreinigungsmodus derart anzusteuern, dass die Rotorwelle (28) des Rotationsabscheiders (10) mit einer Abreinigungsdrehzahl oder mit einer Drehzahl innerhalb eines Abreinigungsdrehzahlbereichs rotiert, bei welcher kein Fluid (F) durch einen Fluidauslass (18) aus dem Rotationsabscheider (10) austritt und/oder kein Fluid (F) durch einen Fluideinlass (14) in den Rotationsabscheider (10) eintritt.
Verfahren zum Betreiben eines einen Rotationsabscheider (10) aufweisenden Abscheidesystems (100), insbesondere eines Abscheidesystems (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, mit den Schritten: - Antreiben einer Rotorwelle (28) des Rotationsabscheiders (10) mittels eines Antriebs (26, 112), - Abscheiden von Partikeln aus einem in den Rotationsabscheider (10) eingeleiteten Fluid (F) durch eine über die Rotorwelle (28) angetriebene Abscheideeinrichtung (32); und - Erzeugen und/oder Verstärken einer Strömung des Fluids (F) innerhalb eines Abscheidergehäuses (12) des Rotationsabscheiders (10) durch eine über die Rotorwelle (28) angetriebene Fördereinrichtung (34), welche von dem Fluid (F) durchströmbar ist; gekennzeichnet durch den Schritt: - Umkehren der Rotationsrichtung (R1, R2) der Rotorwelle (28) des Rotationsabscheiders (10), wobei die Fördereinrichtung (34) durch das Umkehren der Rotationsrichtung (R1, R2) der Rotorwelle (28) in dem Abscheidergehäuse (12) vorzugsweise eine Gegenströmung zu der von der Abscheideeinrichtung (32) verursachten Strömung des Fluids (F) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung des Abscheidesystems (100) den Antrieb (26, 112) - in einem Abscheidemodus derart ansteuert, dass die Rotorwelle (28) samt Abscheideeinrichtung (32) und Fördereinrichtung (34) in eine erste Rotationsrichtung (R1) angetrieben werden, in welcher die Fördereinrichtung (34) die von der Abscheideeinrichtung (32) verursachte Strömung des Fluids (F) durch das Abscheidergehäuse (12) verstärkt; und/oder - in einem Abreinigungsmodus derart ansteuert, dass die Rotorwelle (28) samt Abscheideeinrichtung (32) und Fördereinrichtung (34) in eine zweite Rotationsrichtung (R2) angetrieben werden, in welcher die Fördereinrichtung (34) der von der Abscheideeinrichtung (32) verursachten Strömung des Fluids (F) durch das Abscheidergehäuse (12) entgegenwirkt.