DE10300976A1

DE10300976A1 - Zentrifuge zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluidstrom

Info

Publication number: DE10300976A1
Application number: DE10300976A
Authority: DE
Inventors: Peter Frehland
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2003-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Abscheiden von insbesondere Ölpartikeln aus einem Gasstrom, mit einem elektrisch angetriebenen Rotor (32; 2), der den Fluidstrom in eine Rotation versetzt und bei dem aufgrund der entstehenden Fliehkraft im Fluidstrom die abzuscheidenden Partikel durch Auslassöffnungen (13, 14) im Rotor (32; 2) abtransportierbar sind. Der Rotor (32; 2) weist magnetische Bauelemente (19, 20, 21) auf und ist damit Bestandteil eines elektromagnetischen Antriebs (31) der Zentrifuge (30; 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluidstrom, insbesondere zum Abscheiden von Ölpartikeln aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 198 03 872 A1 ist ein Zentrifugalölabscheider für eine Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelwellengehäuse bekannt, bei der eingangsseitig ein Öl-Luft-Gemisch bzw. ein sogenannter Ölnebel eingeleitet wird und ausgangsseitig ein Auslass für die Reinluft und ein Auslass für das Öl vorhanden ist.
In Kurbelgehäuseentlüftungssystemen bei der bekannten Vorrichtung ist ein rotierend angetriebenes Gehäuse mit einem Ausströmtrichter vorhanden und der Luftauslass liegt koaxial zur Drehachse. In den ringförmigen Gemischeinlass ragen hier Schikannen hinein, die eine Umlenkung des Gemisches erzwingen und durch die Zentrifugalkräfte des rotierenden Teils wird das Öl zu den Außenwänden und zu vorgegebenen Auslassbohrungen transportiert.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluidstrom der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass ein einfacher und wirkungsvoller Aufbau insbesondere auch des Antriebs und der Ein- und Auslassöffnungen an der Zentrifuge erreicht werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die eingangs angegebene Zentrifuge zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluidstrom, mit einem angetriebenen Rotor, der den Fluidstrom in eine Rotation versetzt und bei dem aufgrund der entstehenden Fliehkraft im Fluidstrom die abzuscheidenden Partikel durch Auslassöffnungen im Rotor abtransportierbar sind, ist erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass der Rotor magnetische Bauelemente aufweist und damit. Bestandteil eines Elektromotors zum Antrieb der Zentrifuge ist. Hiermit kann ein kompakter, leistungsfähiger und kostengünstiger Aufbau der Zentrifuge erreicht werden. Der Antrieb kann in vorteilhafter Weise stirnseitig oder auch radial an der Zentrifuge erfolgen.
Gemäß einer ersten besonders vorteilhaften Ausführungsform ist in einer Welle der Zentrifuge ein Elektromotor oder Teile davon zum Antrieb der Zentrifuge integriert. Dieser integrierte Motor kann hier in einer besonders kostengünstigen Konstruktion als sogenannter EC- Außenläufer ausgebildet sein. Hiermit kann insbesondere eine Zentrifuge mit einer langen Abscheidestrecke dadurch erreicht werden, dass der Antrieb längs in die Welle integriert ist und damit die Abscheidekammer sich in axialer Richtung erstreckt.
Es ist weiterhin auch ein konischer Drainagespalt anbringbar und die Lager der Welle und damit des Elektromotors können auf einfache Weise schwingungsentkoppelt werden, z. B. durch Kugellager oder sog. Elastomerlager. Der Rotor als umlaufendes Polrohr dient hier direkt als Kugellageraufnahme sowie zur Aufnahme des Zentrifugenkörpers. Die Auswuchtprobleme können so auf ein Minimum reduziert werden mit dem Ziel die hohen Drehzahlen von 20000 l/min ohne Auswuchten zu erreichen. Das Polrohr kann dabei in vorteilhafter Weise von Einem korrosionsgeschütztem Präzisionsstahlrohr mit auf die Kugellageraußenringe abgestimmten Innendurchmesser abgestochen werden, was die Kosten reduziert.
Das Blechpaket des Motors kann vorteilhaft über eine dünne Schraube verspannt werden und übernimmt damit im Stator über die Druckspannung eine zusätzliche statische Funktion. Dies ermöglicht eine sehr dünne Blechpacketlochung und somit geringe magnetische Verluste bei gleichzeitig geringem Statordurchmesser.
Mit der in die Welle, bzw. im umlaufenden Polrohr ebenfalls integrierten Elektronik kann auf einfache Weise erreicht werden, dass der Motor direkt drehzahlabhängig unterschiedlich angesteuert werden kann, so dass nur zwei Kabel nach außen geführt werden müssen. Außerdem werden so die EMV-Probleme reduziert, da das Polrohr den Stator und die Kommutierungselektronik abschirmt.
Der Rotor weist gemäß einer anderen Ausführungsform an einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Wandscheibe, am Umfang verteilt, segmentweise permanentmagnetische Bereiche und eine magnetisch leitende Scheibe als Flussleitstück auf. Eine Spulenanordnung ist am Gehäuse der Zentrifuge der Wandscheibe gegenüberliegend derart angeordnet, dass segmentweise ein magnetischer Fluss erzeugbar ist, durch den eine Rotation des Rotors bewirkbar ist.
Der Rotor kann auf einfache Weise aus Kunststoff gefertigt werden. Die permanentmagnetischen Teile des Rotors sind bevorzugt aus magnetisierbarem Kunststoff und die magnetisch leitenden Teile sind aus mit Weicheisen versetztem Kunststoff gebildet. Die magnetisch leitenden Bereiche sind dabei zur Vermeidung von Wirbelströmen elektrisch nichtleitend.
Die Lagerung des Rotors kann auf einfache Weise in einem oder in mehreren Kugellagern erfolgen, wobei die Kugellager auch zur Abtrennung des Einströmraumes und des Ausströmraumes flüssigkeitsdicht sein können. Hiermit kann eine wirkungsvolle Trennung von Rohluft und Reinluft erreicht werden. Diese Abdichtung durch ein abgedichtetes Kugellager kann insbesondere aufgrund der geringen Druckunterschiede über das System als auch zur Umgebung erfolgen, wobei diese Lagerung dann auch verschmutzungsunempfindlicher ist.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn der Rotor Innrippen zum Abscheiden der Partikel im Fluidstrom und stirnseitige Bohrungen zum Herausleiten der Partikel aufweist, durch die die abgeschiedenen Partikel, beispielsweise Ölpartikel, ausgeschleudert werden und dann drucklos abfließen können.
Vorzugsweise sind die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung in der Nähe der Achse des Rotors angeordnet, so dass durch die Anordnung des Ein- und Austritts relativ zur Drehachse entweder eine positive oder eine negative Druckbilanz über die Zentrifuge erreicht werden kann. Damit lässt sich die Zentrifuge, bei einer entsprechenden Antriebsleistung, in vorteilhafter Weise auch zwangsentlüften.
Die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung können auf einer Seite des Rotors gegenläufig angeordnet oder auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors gleichsinnig angeordnet sein. Bei einem bevorzugten Anwendungsfall wird die Zentrifuge zum Abscheiden von Ölpartikeln im Gasstrom einer Kurbelgehäuseentlüftung in einem Kraftfahrzeug angeordnet.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zentrifuge wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Zentrifuge, die durch einen längs im Abscheidestrom angeordneten Elektromotor angetrieben wird,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Zentrifuge nach der Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrisch angetriebenen Zentrifuge an einer Kurbelgehäuseentlüftung,
Fig. 4 eine schematische Ansicht der scheibenförmigen Seitenwand des Rotors nach der Fig. 3 mit einer segmentweisen Permanentmagnetisierung und
Fig. 5 eine schematische Ansicht der scheibenförmigen Seitenwand des Gehäuses der Zentrifuge an der der Wand des Rotors nach der Fig. 4 gegenüberliegenden Seite mit am Umfang verteilten Spulen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine senkrecht stehende Zentrifuge 30 gezeigt, die einen längs im Abscheidestrom angeordneten Elektromotor 31 mit der zugehörigen Ansteuerelektronik aufweist, deren Rotor 32 sich um eine Drehachse 33 dreht und in schwingungsentkoppelten Kugellagern 34, z. B. aus Elastomer, an einem Stator 35 gelagert ist. Der zu reinigende Gasstrom tritt in einer axialen Einlassöffnung in die Zentrifuge 30 gemäß Pfeil 36 ein und strömt gemäß der Pfeile 37 dann zum ebenfalls axialen Auslass in der Zentrifuge 30.
Aus Fig. 2 ist zusätzlich entnehmbar, dass der Rotor 32 Rotorblätter 38 aufweist, die den zu reinigenden Gasstrom wirkungsvoll gemäß Pfeilen 39 nach außen in eine Drainagekammer 40 leiten. Die somit abgeschiedenen Partikel, hier z. B. das Öl im Kurbelgehäusegas, können dabei durch entsprechende Öffnungen in einem Lagerschild 41 nach unten abfließen und dann durch geeignete Zuführungen in den Ölkreislauf wieder zurückfließen.
In Fig. 3 ist hier der obere Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Zentrifuge 1 teils als Ansicht, teils als Schnitt gezeigt, deren Rotor 2 sich um eine Drehachse 3, in flüssigkeitsdichten Kugellagern 4 gelagert, dreht. Der zu reinigende Gasstrom tritt in einer axialen Einlassöffnung 5 in die Zentrifuge 1 gemäß Pfeil 6 ein und strömt gemäß der Pfeile 7 bis 10 in den rohluftseitigen Raum des Rotors 2, dann in clen durch eine Scheibe 11 abgetrennten reinluftseitigen Raum und dann zum ebenfalls axialen Auslass 12.
Im Rotor 2 sind hier nicht erkennbare radiale Innenrippen angebracht, die den Gasstrom wirkungsvoll nach außen leiten. Radial außen befinden sich am Rotor 2 Auslassöffnungen 13, 14 für die durch die Fliehkraft radial nach außen geschleuderten Partikel, hier das Öl im Kurbelgehäusegas, das dann durch geeignete Zuführungen in den Ölkreislauf wieder zurückfließen kann.
Die Rotation des Rotors 2 wird hier durch einen in Fig. 4 und Fig. 5 noch näher erkennbaren elektromagnetischen Antrieb bewirkt, der über Spulen 15 (vgl. auch die Fig. 3) steuerbar ist, die an einer Wand 16 des ortsfesten Gehäuses 17, über einen Umfang im Drehsinn gemäß der Fig. 3 unsymmetrisch verteilt, angebracht sind.
Der Rotor 2 ist hierbei, wie in den Fig. 3 und 4 angegeben, an einer Scheibe 18 mit magnetisierten Bereichen 19, 20 jeweils abwechselnder Polarität, ebenfalls über einen Umfang segmentartig verteilt, versehen. Die Scheibe 18 liegt der Anordnung der Spulen 15 gegenüber und ist auf der der Gehäusewand 16 abgewandten Seite mit einer magnetisch leitenden Scheibe 21 zum Schließen des magnetischen Flusses versehen (siehe Fig. 1).
Durch eine geeignete Schaltung zur abwechselnden Ansteuerung der Spulen 15 auf der Wand 16 des Gehäuses 17, z. B. mit Hallsensoren, kann nun eine Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Segmenten des Rotors 2 und den jeweiligen Spulen 15 nach dem Prinzip eines Elektromotors erfolgen, die zu der gewünschten Rotation des Rotors 2 und zum Herausschleudern der Ölpartikel führt.

Claims

1. Zentrifuge zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluidstrom, mit
einem angetriebenen Rotor (32; 2), der den Fluidstrom in eine Rotation versetzt und bei dem aufgrund der entstehenden Fliehkraft im Fluidstrom die abzuscheidenden Partikel durch Auslassöffnungen (13, 14) im Rotor (32; 2) abtransportierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (32; 2) magnetische Bauelemente (31; 19, 20,21) aufweist und damit Bestandteil eines elektromagnetischen Antriebs der Zentrifuge (30; 1) ist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Welle der Zentrifuge (30) ein Elektromotor (31) oder Teile davon zum Antrieb der Zentrifuge (30) integriert ist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
im Gehäuse des Elektromotors (31) die Ansteuerelektronik für den Elektromotor (31) untergebracht ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass
ein umlaufender Ringspalt am Rotor (32) zum Herausleiten der Partikel vorhanden ist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle der Zentrifuge (30) in schwingungsentkoppelten Lagern (34) gehalten ist.

6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die schwingungsentkoppelten Lager (34) aus einem Elastomer aufgebaut sind.

7. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (2) an einer senkrecht zur Drehachse (3) verlaufenden Wandscheibe (18) am Umfang verteilt segmentweise permanentmagnetische Bereiche (19, 20) und eine magnetisch leitende Scheibe (21) als Flussleitstück aufweist und dass
eine Spulenanordnung (15) am Gehäuse (17) der Zentrifuge (1) der Wandscheibe (18) gegenüberliegend angeordnet ist, mit der segmentweise ein magnetischer Fluss erzeugbar ist, durch den eine Rotation des Rotors (2) bewirkbar ist.

8. Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Spulenanordnung (15) am Gehäuse (17) mit Hallsensoren schaltbar ist.

9. Zentrifuge nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die permanentmagnetischen Bereiche (19, 20) des Rotors (2) aus magnetisierbarem Kunststoff und die magnetisch leitende Scheibe (21) aus mit Weicheisen versetztem Kunststoff gebildet ist.

10. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (2) in einem oder mehreren Kugellagern (4) gelagert ist.

11. Zentrifuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kugellager (4) zur Trennung des Einströmraumes und des Ausströmraumes des Fluidstroms flüssigkeitsdicht sind.

12. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (2) Innrippen zum Abscheiden der Partikel im Fluidstrom und radiale Bohrungen (13, 14) zum Herausleiten der Partikel aufweist.

13. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einströmöffnung (5) und die Ausströmöffnung (12) in der Nähe der Drehachse (3) des Rotors (2) angeordnet sind.

14. Zentrifuge nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einströmöffnung und die Ausstromöffnung auf einer Seite des Rotors (2) gegenläufig angeordnet sind.

15. Zentrifuge nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einströmöffnung (5) und die Ausströmöffnung (12) auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors (2) gleichsinnig angeordnet sind.

16. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zentrifuge (1 : 30) zum Abscheiden von Ölpartikeln im Gasstrom einer Kurbelgehäuseentlüftung in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.