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Fliehkraftreiniger für Flüssigkeiten, insbesondere Schmieröl Die Erfindung
bezieht sich auf einen Fliehkraftreiniger für Flüssigkeiten, insbesondere Schmieröl,
mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Rotor, der durch die .durch seine Drehachse
in seinen Hohlraum einströmende und durch mindestens eine in Umfangsrichtung zeigende
Reaktionsdüse ausströmende Flüssigkeit in Drehbewegung versetzt wird.
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Die Reinigung durch Fliehkraft ist um so wirksamer, je größer die
Drehzahl des Rotors ist. Zugleich soll aber auch .die Anlaufzeit vom Stillstand,
bis zur Betriebsdrehzahl möglichst kurz sein. Ferner wird verlangt, daß auch durch
hohe Viskosität der zu reinigenden Flüssigkeit, z. B. von: kaltem Öl, der Reinigungsvorgang.
so wenig wie möglich beeinträchtigt wird. Schließlich soll der Rotor auch dann anlaufen
können, wenn an den Auslaßöffnungen der Drehachse nur ein geringer Überdruck zur
Verfügung .steht.
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Durch Verwendung von Düsenöffnungen mit großem Durchmesser und großem
radialem Abstand von der Rotordrehachse ist es möglich, daß der Rotor sich schon
bei einem geringen Überdruck vor den Düsen zu drehen beginnt. Durch große Durchgangöffnungen
der Reaktionsdüsen wird auch der Einfluß .der Viskosität der Flüssigkeit auf die
Geschwindigkeit des aus den Düsen austretenden Flüssigkeitsstrahles und damit auf
die erreichbare Rotordrehzahl verringert. Da mit wachsender Rotordrehzahl die aus
den Düsen austretende Flüssigkeitsmenge ansteigt, wird für eine hohe Betriebsdrehzahl
eine meist untragbar große Pumpenfördermenge benötigt. Der Rotor erreicht nicht
die Drehzahl, auf die er mit kleineren Düsenbohrungen oder einem kleineren radialen
Abstand :der Düsen von. der Rotord'rehachse kommen würde. Durch kleine Düsenbohrungen
und/oder kleinen radialen Abstand der Düsen von der Rotordrehachse würde aber das
Antriebsmoment verringert werden, und es würde ein großer Flüssigkeitsdruck vor
den Düsen benötigt werden, damit der Rotor überhaupt anläuft. Besonders ungünstig
würden sich kleine Düsenbohrungen bei hoher Viskosität der Flüssigkeit auswirken.
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Zum Stand der Technik sei noch erwähnt, daß schon auf andere Weise
angetriebene Fliehkraftreiniger mit federbelasteten Steuerorganen bekanntgeworden
sind. Es handelt sich dabei jedoch nicht um Maßnahmen zur Steigerung der Drehzahl
durch eine bestmögliche Ausnutzung der Antriebsenergie.
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Bei einem bekannten Fliehkraftreiniger, der durch ein die Verlustenergie
einer Brennkraftmaschine abführendes Medium, beispielsweise durch die Abgase, mittels
einer Turbine angetrieben wird, wirkt auf das Antriebsmittel eine Drosseleinrichtung
ein, durch welche die Drehzahl des Fliehkraftreinigers konstant gehalten werden
soll.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist der Fliehkraftreiniger an der
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschi.ne angeordnet. Zuström- und Abströmkanal des
Fliehkraftreinigers sind mit Absperrventilen versehen, die nur beim Betrieb der
Maschine infolge der auftretenden Fliehkraft öffnen, dagegen im Ruhestand das Leerlaufen
der Schleuderkammer durch Verschließen der Kanäle verhindern.
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Die Erfindung bezweckt, optimale Verhältnisse zu verwirklichen, und
zwar dadurch, d'aß durch Fliehkraft bewegbare federbelastete Steuerorgane vorgesehen
sind, die bei steigender Rotordrehzahl den gesamten Düsenaustrittquerschnitt oder/und
den radialen Abstand mindestens einer Reaktionsdüse von der Rotordrehachse verringern.
Hierdurch wird erreicht, daß einerseits für den Anlauf des Rotors durch Einsatz
von Düsen mit großer Durchgangöffnung und großem radialem Abstand von der Rotordrehachse
ein großes Drehmoment und damit eine rasche Drehzahlsteigerung ermöglicht und andererseits
im Bereich hoher Drehzahlen durch Übergehen auf einen kleineren Düsenquerschnitt
oder/und einem kleineren radialen Düsenabstand von der Rotorachse die Betriebsdrehzahl
beträchtlich gesteigert wird, ohne daß die durch den Rotor strömende Flüssigkeitsmenge
untragbar groß ausfällt.
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Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, daß mindestens
einer .der vorhandenen Reaktionsdüsen ein durch Fliehkraft bewegbares Steuerorgan
zugeordnet wird, welches eine in die Düsenöffnung hineinragende Düsennadel bewegt,
deren Stellung den wirksamen Durchtrittquerschnitt der Düsenöffnung bestimmt. Hierbei
wird also der Düsenquerschnitt mit steigender Drehzahl stetig verringert.
In
den meisten Fällen haben sich die einfacheren Ausführungen, bei denen das durch
Fliehkraft bewegbare Steuerorgan nach Überschreiten einer bestimmten Rotordrehzahl
ein Absperren des Zuflusses von Düsen oder ein Umschalten auf Düsen mit kleinerem
Duruhtrittquerschnitt oder/und kleinerem radialem Abstand von der Ratordrehachse
bewirkt, als ausreichend und günstiger erwiesen.
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Die Endung ist an Hand von in der Zeichnung dargestellten Beispielen
näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Achsschritt durch einen üblichen Fliehkraftreiniger,
Fig.2 einen Ausschnitt durch den unteren Teil eines Rotors mit durch Fl:iehkraftwirkung
verstellbaren Düsennadeln, Fig, 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig 2,
Fig. 4 einen, Teilschnitt parallel zur Rotorachse für eine Ausführungsform mit Düsenpaaren,
von denen die eine Düse durch Fliehkraftwirkung absperrbar ist, Fig. 5 eine Ansicht
gegen den Bodendes Rotors mit einem Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4.
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Fig. 6 .einen Teilschnitt parallel zur Rotorachse für eine Ausführungsform
mit Düsenpaaren, wobei durch Fliehkraftwirkung der Zufluß zu ider einen Düse abgesperrt
und der Zufluß zu der anderen Düse freigegeben wird, und Fig.7 eine Ansicht gegen
den Boden des Rotors reit einem Sehritt nach der Linie VII-VII in Fig. 6. Der Fliehkraftreiniger
(Fig. 1) besteht im wesentlichen aus eurem Gehäuse 1 mit einem Gehäusedeckel 2 sowie
einem als Hohlkörper ausgebildefien;RotoT, der aus einem topffärmigen, zylindrischen
Teil 3 und einen Deckel 4 zusammengesetzt ist. Der Rotor 3, 4 ist auf einer feststehenden
hohlen Achse 5 frei drehbar gelagert, die unten in einem in den Gehäusehohlraum
hineinragenden Stutzenansatz 6 des Gehäusebodens festsitzt, oben mit einem massiven
Ende durch den Gehäusedeckel2 'hindurchgreift und durch eine Mutter 7 festgelegt
ist. Die hohle Achse 5 ist an einen im Gehäuseboden vorgesehenen Flüssigkeritsennlaßkanal8
angeschlossen und hat in den Rotorhohlraum ausmündende Öffnungen 9. Innerhalb des
Rotors befinden sich parallel zur Rotorachse verlaufende rohrförmige Auslaßkanäle
10, die den Rotorboden durchsetzen und unterhalb des Rotorbodens in in Umfangrichtnzng
zeigende Reaktionsdüsen 11 ausmünden. Der den Rotor umgebende Gehäuseraum mündet
in einem Austrittkanal 12.
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Die zu reinigende Flüssigkeit strömt in Pfeilrichtung über den Kanal
8, die hohle Achse 5 und deren Öffnungen 9 irr den Rotorhohlraum ein und
verläßt diesen durch die Auslaßkanäle 10 und die Reaktionsdüsen 11, um, durch
den A.ustrittkanal 12 abzufließen. Durch die tangentiale Schubkraft der aus den
Reaktionsdüsen 11 ausströmenden Flüssigkeit wird der Rotor 3, 4 in Drehbewegung
versetzt. Hierbei nimmt der Flüssigkeitsdruck vor den Düsen durch die Fliehkraftwirkung
mit steigender Drehzahl ständig zu und damit auch die durch die Düsenöffnungen in
der Zeiteinheit ausströmende Flüssigkeitsmenge. Die erreichbare Rotordrehgahl hängt
also von der maximalen Förderleistung der Speisepumpe ab. Beim Drehen @däs ständig
mit Flüssigkeit gefüllten Rotors werden die spezifisch schweren Schmutzteilchen
aus der Flüssigkeit ausgeschleudert und an .dem Mantel des Rotors abgesetzt, ehe
die Flüssigkeit in die den Reaktionsdüsen 11 vorgeordnete. Auslaßkanäle 10 einströmt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 weist der Rotor 2d an der
Unterseite seines Bodens zwei einander diametral gegenüberliegende Düsenkammern
21 mit je einer @in Umfangrichtung des Rotors ausmündenden Düsenöffnung 22 auf.
Jede der Düsenkammern 21 ist mit einem aus dem Rotorhohlraum ausmündenden Zulaufkana124
verbunden. Innerhalb jeder Düsenkammer 21 ist um eine zur Rotorachse parallele Achse
25 ein Winkelhebel schwenkbar gelagert, dessen einer Arm 26 einen in die Düsenöffnung
22 l7neinragenden und deren wirksamen Durchtrittquerschnitt bestimmenden Nadelansatz
27 trägt und dessen anderer Arm 28 an seinem freien Ende eine als Fliehgewicht dienende
Verdickung 29 aufweist und durch eine Zugfeder 30 gegen die Rotorachse hin bewegbar
ist.
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Im Betrieb wird durch die an der Verdickung29 wirkende Fliehkraft
-der Winkelhebel 26, 28 unter Längung der Zugfeder 30 in Pfeilrichtung verdreht
(Fig. 3). Hierdurch wird'.der sich nach seinem freien Ende hin verjüngende Nadelansatz27
tiefer in die Düsenöffnung 22 hineinbewegt. Es wird also mit steigen,der Drehzahl
der wirksame Durchgangquerschnitt der Düse stetig verringert; und die Rotordrehzahl
kann ohne Zunahme des Flüssigkeitsdurchsatzes ansteigen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 weist der Rotor 31 an ider
-Unterseite seines Bodens zwei einander diametral gegenüberliegende Kammern 32 mit
je zwei in Düsen33 und 34 ausmündenden Zuläüfkanälen 35 und 36 auf. Die Anordnung
ist so getroffen, daß bei gleichem radialen Abstand der beiden Düsen 33 und 34,des
Düsenpaares der Zulaufkanal 36 der einen Düse 34 näher bei der Rotorachse liegt
und mit dem aus dem Rotorhohlraum ausmündenden Zulaufkana137 fluchtet. Den beiden
Zulaufkanälen 35 und 36 ist in der Kammer 32 ein Absperrventil in Gestalt einer
Kugel 38 zugeordnet, die durch eine der Fliehkraft entgegenwirkende Druckfeder 39
belastet ist.
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Die Kugel 38 hält in ihrer Ausgangstellung bei stillstehendem bzw.
unterhalb einer bestimmten Drehzahl laufendem Rotor die beiden Zulaufkanäle 35 und
36 zu den beiden Düsen 33 und 34 frei. Beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl
bewegt sich die Kugel 38 durch die Fliehkraftwirkung gegen die Kraft der Druckfeder
39 radial nach außen und sperrt den Zulaufkanal 35 zu der den kleineren axialen
Abstand vom Rotorboden aufweisenden Düse 33 ab, so daß die Flüssigkeit nur noch
durch die von dem Rotorboden weiter entfernte Düse 34 ausströmt.
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Die Düse 34 mit dem größeren axialen Abstand vom Rotorboden, :die
beim Überschreiten einer bstimmten Rotordrehzahl allein für den Flüssigkeitsaustritt
offenbleibt, hat beim Ausführungsbeispiel eine kleinere Durchgangöffnung als die
durch die Kugel 38
absperrbare Düse 33.
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Die beiden Düsen 33 und 34 liegen beim Ausführungsbeispiel mit gleichem
Abstand vors der Rotordrehachse übereinander. Sie können aber auch -in Umfangrichtung
gegeneinander versetzt und gegebenenfalls in verschiedenen. Abständen von der Rotor
achse angeordnet sein. Im letzteren Fall müßte die durch die Kugel38 absperrbare
Düse den größeren A_ bstand von der Rotoräehse aufweisen.
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In Fig. 6 und 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der am Boden
des Rotars 41 zwei einander diametral ;gegenüberliegende Düsenpaare vorgesehen sind,
deren Düsen 42 und 43 in Umfangrichtung des Rotors gegeneinander versetzt angeordnet
sind. Die beiden Düsen42 und 43 jedes Düsenpaares stehen im Rotorboden durch Kanäle
44 und 45 von verschiedenen Seiten her mit einer Kammer-46 in Verbindung,
in
die der in den Behälterhohlraum hineinragende Zulaufkanal 47 mündet. In der Kammer
46 ist ein Absperrventil in Gestalt einer Kugel48 vorgesehen, die durch eine der
Fliehkraft entgegenwirkende Druckfeder 49 belastet ist.
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Die Kugel 48 hält in ihrer Ausgangstellung den Kanal 44 zur Düse 42
offen und sperrt den Kanal 45 zur Düse 43 ab. Beim Überschreiten einer bestimmten
Rotordrehzahl bewegt sich die Kugel 48 durch die Fli,ehkraftwirkung entgegen der
Kraft der Druckfeder 49 radial nach außen. Hierbei gibt sie den Kanal 45 zur Düse
43 frei und sperrt den Kanal 44 zur Düse 42 ab. Es ist also der Flüssigskeitsaustritt
von der Düse 42 auf die Düse 43 übergegangen. Wenn die beiden Düsen 42 und 43 .den
gleichen radialen Abstand von der Rotordrehachse haben, wie es .in Fig. 7 in: ausgezogen
gezeichneten Linien dargestellt ist, so mruß die beim Überschreiten einer bestimmten
Rotordrehzahl absperrbare Düse42 die größere Düsenöffnung aufweisen, damit der Forderung
genügt ist, daß der gesamte Düsenaustrittquerschnitt bei steigender Rotordrehzahl
verringert wird.
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In Fig. 7 ist durch strichpunktierte Linien eine weitere Ausführungsform
angedeutet, bei welcher der beim Überschreiten einer bestimmten kotordrehzahl durch
die Kugel 48 für den Flüssigkeitszutritt frei werdende Kanäle 45' in eine Düse 43'
mündet, die von der Rotordrehachse einen kleineren Abstand aufweist als die im ;höheren
Drehzahlbereich abgesperrte Düse 42. Da die Umfanggeschwindigkeit bei gleicher Drehzahl
an der weiter innen befindlichen Düse 43' kleiner ist als an der weiter außen liegenden
Düse 42, kann der Rotor beim Wirksamwerden der Düse 43' ohne Steigerung -der vorher
an der Düse 42 erreichten Austrittgeschwindgkeit weiter beschleunigt und somit auf
eine höhere Drehzahl gebracht werden, als es mit der Düse 42 allein möglich wäre.
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Wenn Düsen mit unterschiedlichem radialem Abstand von der Drehachse
des Rotors angeordnet werden, so muß dafür gesorgt werden, daß die Strahlen der
etwa gleichzeitig arbeitenden Düsen durch die nachfolgenden Düsenkörper nicht gestört
werden. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Reaktionsdüsen mit dem kleineren radialen
Abstand; von der Rotorachse in einem größeren radialen Abstand vom Boden des Rotors
anzuordnen, und umgekehrt. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Strahlen der
weiter innen gelegenen Düsen auf die weiter außen gelegenen Düsenkörper prallen
und den Rotor unerwünscht abbremsen.
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Die paarweise Anordnung von durch Fliehkraftwirkung gesteuerten Düsen
gemäß den Ausführungsbeispielen in Fig. 4 bis 7 kann sich anstatt auf alle vorhandenen
Düsen auch nur auf einen Teil derselben erstrecken.