-
Mehrstufige Reinigungsvorrichtung für im Kreislauf geführte Flüssigkeiten,
insbesondere Schmieröl Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Reinigungsvorrichtung
für im Kreislauf geführte Flüssigkeiten, insbesondere Schmieröl, bei der ein Hauptstrom-
und ein Nebenstromreiniger an einem Anschlußkörper zu einer Baueinheit zusammengefaßt
sind.
-
Bei bekannten Reinigungsvorrichtungen dieser Art sind bereits mannigfache
Kombinationen von Haupt- und Nebenstromreiniger üblich. Für den Hauptstromreiniger
werden Drahtsieb-, Plattenspalt-oder Drahtspaltfilter, zuweilen auch Filter aus
in Sternform gefaltetem Papier, und für die Nebenstromfilter vornehmlich Papierfilter
oder sogenannte Volumenfilter mit einer mit Faserstoffen gestopften Patrone verwendet.
-
Gemäß der Erfindung ist zu dem im Hauptstrom vorgesehenen Sieb- oder
Spaltfilter im Nebenstrom ein an sich bekannter Zentrifugalreiniger zugeordnet,
dessen Rotor von der durch seine Drehachse ein-und durch mindestens eine tangential
gerichtete Düse austretenden Flüssigkeit in eine über der kritischen Drehzahl liegende
Umdrehung versetzbar ist.
-
Zentrifugalreiniger der hier verwendeten Art, die nach dem Prinzip
des Segnerschen Wasserrades arbeiten, sind an sich bekannt. Ihre Betriebsdrehzahl
liegt für gewöhnlich oberhalb einer kritischen Drehzahl. Die Flüssigkeit, die in
den Rotor des Zentrifugalreinigers eintritt und in diesem durch Zentrifugalwirkung
ihre Verunreinigungen ausscheidet, wird durch eine Pumpe unter Druck zugeführt und
strömt mit hoher Geschwindigkeit durch die Düsen des Rotors in einen Gehäuseraum,
aus dem sie drucklos in den Flüssigkeitsvorratsraum abfließt.
-
Nach Abstellen der Flüssigkeitszufuhr benötigt der Rotor der Zentrifuge
noch eine beträchtliche Zeit zum Auslaufen, wobei er seine kritischen Drehzahlen
durchläuft, in deren Bereich er je nach Grad der Auswuchtung mehr oder weniger heftig
vibriert. Die Höhe der kritischen Drehzahlen hängt außer von der Masse und der Gestalt
des Rotorkörpers auch noch von dem an der Innenseite des Rotormantels anliegenden
Schmutzbelag ab, der eine gleichmäßige Dicke aufweist.
-
Bei der eingangs erwähnten baulichen Zusammenfassung von Haupt- und
Nebenstromreiniger an einem gemeinsamen Anschlußkörper hat die vorgeschlagene Verwendung
eines Zentrifugalreinigers zur Nebenstromreinigung eine überraschende Wirkung ergeben.
Die beim Durchlaufen einer kritischen Drehzahl des Rotors auftretende Vibration
überträgt sich durch das gemeinsame Gehäuse auf das
den Schmutz mit Sieb- oder Spaltwirkung
auf seiner Oberfläche abscheidende Filterelement des Hauptstromfilters. Hierdurch
wird in Verbindung damit, daß nach Abstellen der Flüssigkeitszufuhr die Anströmung
des Hauptstromfilterelements sofort aufhört, das Abfallen von an der Außenfläche
des Hauptstromfilterelements haftendem Schmutz begünstigt. Die beim Auslaufen von
Zentrifugen während des Durchgangs durch einen kritischen Drehzahlbereich auftretenden
Schwingungen werden allgemein als unerwünschte, aber unvermeidbare Begleiterscheinung
angesehen. Niemand hat bisher daran gedacht, daß man mit dieser Begleiterscheinung
einen Nutzeffekt erzielen kann, wenn man gemäß der Erfindung einen Sieb- oder Spaltfilter
als Hauptstromfilter mit einem Zentrifugalreiniger für die Nebenstromfilterung an
einem einzigen Anschlußkörper zu einer Baueinheit zusammenfaßt.
-
Erfindungsgemäße Filterkombinationen sind bevorzugt für die Reinigung
von im Kreislauf geführtem Schmieröl gedacht, und zwar vor allem für Maschinen,
für die eine Umlaufschmierung in Betracht kommt, wie z.B. Verbrennungsmaschinen,
Kompressoren, Werkzeugmaschinen usw. Darüber hinaus sind sie auch für andere im
Kreislauf geführte Flüssigkeiten verwendbar, z. B. für den Kühlwasserkreislauf bei
Verbrennungskraftmaschinen und Verdichtern, für den Kreislauf der Kühl- und Spülflüssigkeit
bei spanabhebenden Werkzeugmaschinen oder den Kreislauf der Druckflüssigkeit in
hydraulischen Anlagen.
-
An Maschinen unmittelbar angebaute Filter sind zwar auch Vibrationen
ausgesetzt; die Vibrationen treten aber nur während des Laufes der Maschine auf,
also in einer Zeit, in der der Filter von der Flüssigkeit durchströmt ist und dadurch
der Schmutz an die Filterfläche angedrückt wird. Vibrationen können aber nur dann
ein Abfallen des an der Filterfläche haftenden Schmutzes bewirken, wenn sie nach
Abstellen der Flüssigkeitszufuhr auftreten, wie es beim Gegenstand der Erfindung
der Fall ist.
-
Es ist bekannt, daß schon durch das Abstellen der Flüssigkeitszufuhr
unter Umständen das Abfallen des Filterkuchens von der Filterfläche begünstigt wird,
wenn z. B. ein elastisches Filtermittel vorliegt, das nach Wegfall des Differenzdruckes
zurückfedert. Die hierdurch allein erzielbaren Erfolge sind jedoch bescheiden. Durch
die Erschütterungen, die beim Gegenstand der Erfindung von der Zentrifuge beim Durchgang
durch kritische Drehzahlbereiche über den gemeinsamen Anschlußkörper auf den Filter
übertragen werden, wird aber das Abfallen des Schmutzes, der durch das Abstellen
der Flüssigkeitszufuhr bereits gelockert sein mag, in erheblichem Ausmaß erreicht.
-
Ferner hat man bei Flüssigkeitsfiltern Rückspülvorrichtungen vorgesehen,
die jedoch umständlich zu handhaben sind und einen erheblichen baulichen Aufwand
bedingen.
-
An sich sind auch schon Kombinationen von Siebfilter und Zentrifugalreiniger
bekannt, wobei aber der Siebfilter und der Zentrifugalreiniger in besonderen Gehäusen
angeordnet sind und also die bauliche Zusammenfassung an einem Anschlußkörper, die
für die Erzielung der neuen Wirkung Voraussetzung ist, fehlt. Bei einer bekannten
Reinigungsvorrichtung dieser Art liegt der Zentrifugalreiniger im Hauptstrom und
der Siebfilter im Nebenstrom.
-
Es geht also die ganze umlaufende Flüssigkeitsmenge durch den Zentrifugalreiniger.
Dieser muß daher erhebliche Abmessungen erhalten, weil eine zufriedenstellende Zentrifugalreinigung
nur möglich ist, wenn die Verweilzeit der Flüssigkeit in der Schleudertrommel verhältnismäßig
groß ist. Außerdem muß die Zentrifuge mit einem Drehantrieb ausgerüstet sein.
-
Würde die Zentrifuge nach dem Prinzip des Segnerschen Wasserrades
durch den Flüssigkeitsdruck arbeiten, so würde ein Teil der Füssigkeit durch die
Reaktionsdüsen drucklos abfließen und müßte erst wieder durch eine Pumpe auf Druck
gebracht werden, wenn er dem Nebenstromfilter zugeführt werden soll. Leitet man
die aus den Reaktionsdüsen ausströmende Flüssigkeit wieder in den Hauptkreislauf
zurück, so muß sie ebenfalls erneut auf Druck gebracht werden und bildet dann einen
nutzlos umgewälzten Flüssigkeitsanteil.
-
Liegt der Zentrifugalreiniger, wie es beim Gegenstand der Erfindung
der Fall ist, im Nebenstrom, so fließt ihm nur ein kleiner Teil der umlaufenden
Flüssigkeit zu. Der Rotor des Zentrifugalreinigers kann daher bei für eine wirksame
Feststoffabscheidung ausreichender Verweilzeit der Flüssigkeit in dem Rotor kleine
Abmessungen erhalten. Das ist aber von besonderer Bedeutung, denn hierdurch wird
die bauliche Zusammenfassung von Zentrifugalreiniger und Filter an einem einzigen
Anschlußkörper in vernünftiger Weise erst möglich. Die Abmessungen des Rotors liegen
etwa in der Größenordnung der Abmessungen des Sieb- oder Spaltfiltereinsatzes. Im
Zusammenhang damit, daß der Nebenstrom ohnehin drucklos in den Ablauf abfließt,
ist es auch erst sinnvoll, die Nebenstromzentrifuge in an sich bekannter Weise mit
erheblich weniger baulichem Aufwand nach dem Prinzip des Segnerschen Wasserrades
zu betreiben. Diejenige Flüssigkeitsmenge, die aus dem Hauptstrom abzuzweigen ist,
um den Rotor des Zentrifugalreinigers auf die für eine wirksame Feststoffabscheidung
ausreichende überkritische Drehzahl zu bringen, entspricht unter den gegebenen
Vorausetzungen
einer vernünftig dosierten Nebenstrommenge.
-
Ferner wird an der Außenfläche des Sieb- oder Spaltfilterelements,
wenn es im Hauptstrom angeordnet ist, der Hauptanteil, insbesondere der Grobanteil
der Verunreinigungen abgeschieden. Diese an der Außenfläche des Filterelements haftenden
Verunreinigungen werden beim Auslaufen der Zentrifuge auf Stillstand durch die über
den gemeinsamen Anschlußkörper übertragenen Erschütterungen größtenteils zum Abfallen
gebracht. Für das Abscheiden in dem Zentrifugalreiniger verbleibt nur ein kleiner
Schmutzanteil. Unter diesen Bedingungen kann die Reinigungsvorrichtung über lange
Zeiträume wartungsfrei betrieben werden.
-
Bekannt ist ferner noch eine Reinigungsvorrichtung, bei der an einem
gemeinsamen Anschlußkörper mit Siebwirkung arbeitende Filterelemente und ein Zentrifugalreiniger
zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind. Hierbei ist aber eine Nebenstromreinigung
nicht vorgesehen. Die gesamte umlaufende Flüssigkeit geht nacheinander durch einen
groben Siebfilter, einen Zentrifugalreiniger und einen feinen Siebfilter. Der Rotor
des Zentrifugalreinigers sitzt auf einer Antriebswelle, die außerdem die Rotoren
von Pumpen für die Erzeugung eines Eintrittsdruckes und für die Erzeugung eines
hohen Zwischendruckes vor dem Feinfilter trägt. Der Rotor des Zentrifugalreinigers
hat hier zwar ähnlich kleine Abmessungen im Vergleich zu den Siebfiltereinsätzen
wie beim Gegenstand der Erfindung. Da der Zentrifugalreiniger aber nicht in einem
Nebenstrom liegt, sondern von der ganzen umlaufenden Flüssigkeitsmenge durchströmt
wird, ist er nicht in der Lage feine Feststoffe abzuscheiden. Das ist in diesem
Fall auch nicht beabsichtigt. Die Flüssigkeit soll vielmehr in dem Zentrifugalreiniger
nur von gasförmigen Bestandteilen befreit werden. Die Feststoffabscheidung wird
also einzig und allein von den hintereinandergeschalteten Siebfiltereinsätzen in
zwei Stufen bewirkt. Da die Drehwelle des Zentrifugalreinigers mit Pumpenrotoren
gekuppelt ist, kann ihre Drehzahl nur verhältnismäßig niedrig sein, was für den
Zweck - Gase auszuscheiden - ausreichend sein mag.
-
Daher ist eine Wirkung im Sinne der Erfindung beim Auslaufen des Zentrifugalreinigers
auf Stillstand nicht zu erwarten. Überdies treten etwaige Vibrationen nur während
des Laufes der Pumpenrotoren auf, also nur, solange die Flüssigkeit durch die Siebfilter
strömt und den Schmutz an die Filterfläche andrückt.
-
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung betreffen die Gegenstände
von Unteransprüchen, für die nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch Schutz begehrt
wird.
-
In der Zeichnung sind drei Ausführungsformen, die in ihrer Wirkung
im wesentlichen gleichwertig sind und deren Auswahl durch Einbaubedingungen bestimmt
ist, in drei schematischen Schnittfiguren dargestellt.
-
Bei den Ausführungsbeispielen F i g. 1 und 2 dient zur Hauptstromfilterung
ein Plattenspaltfilter üblicher Bauart, der aus einem um eine lotrechte Achse drehbaren
zylindrischen Plattenpaket 1 und einer mit feststehenden Klingen 2 in die zwischen
den einzelnen Platten gebildeten Durchflußspalte eingreifenden Reinigungsvorrichtung
besteht, der gegenüber das Plattenpaket mittels einer Ratsche 3 verdrehbar
ist.
Zur Nebenstromfilterung ist bei allen drei Ausführungsbeispielen erfindungsgemäß
eine an sich bekannte Zentrifuge vorgesehen, die durch einen um eine lotrechte Achse
drehbaren Rotor 4 in Gestalt eines durch einen Deckel 5 abschließbaren zylindrischen
Hohlkörpers gebildet ist, der mit an seinen beiden Stirnseiten vorgesehenen Lagerzapfen
7 und 8 drehbar gelagert ist und seiner unteren Stirnseite eine oder mehrere in
Umfangsrichtung zeigende Düsen 9 aufweist, aus denen die durch den unteren hohlen
Drehzapfen 7 in den Rotorhohlraum unter Druck eingeströmte Flüssigkeit mit hoher
Geschwindigkeit austritt, wodurch der Rotor in rasche Drehbewegung versetzt wird
und als Zentrifugalreiniger wirkt.
-
Die Ausführungsbeispiele Fig. 1 und 2 unterscheiden sich voneinander
im wesentlichen nur durch die Lage der das Filterelement 1 des Hauptstromfilters
und den Rotor 4 des zu Nebenstromfilterung dienenden Zentrifugalreinigers aufnehmenden
Gehäuseräume 10 und 11 zum Anschlußkörper 12. Während beim Ausführungsbeispiel Fig.
1 sich die beiden Gehäuseräume 10 und 11 seitlich nebeneinander oberhalb des Anschlußkörpers
12 befinden, ist beim Ausführungsbeispiel F i g. 2 die Gehäusekammer 10 für das
Hauptstromfilterelement 1 unterhalb und die Gehäusekammer 11 für die Zentrifuge
oberhalb des Anschlußkörpers 12 angeordnet.
-
In beiden Fällen sind die Gehäuseräume 10 und 11 durch Deckel 13 und
14 abgeschlossen. Das drehbare Plattenpaket 1 ist mit seinen stirnseitigen Anschlußstücken
in dem Anschlußkörper 12 und dem Deckel 13 und der Rotor 4 des Zentrifugalreinigers
mit seinen stimseitigen Lagerzapfen 7 und 8 in dem Anschlußstück 12 und dem Deckel
14 gelagert. Unterhalb des Hauptstromfilterelementes 1 ist für den von ihm abfallenden
Schmutz eine Sammelrinne 15 vorgesehen, die an ihrer tiefsten Stelle eine durch
einen Verschlußstopfen 16 verschließbare Schlammablaßöffnung hat. Die Sammelrinne
15 ist entsprechend der Lage des Hauptstromfilters beim Ausführungsbeispiel F i
g. 1 in dem Anschlußstück 12 und beim Ausführungsbeispiel Fig. 2 in dem Gehäusedeckel
13 vorgesehen. Der den Rotor 4 der Zentrifuge aufnehmende Gehäuseraum 11 mündet
unten in einen relativ weiten Kanal 17 für den Abfluß der Flüssigkeit in den Flüssigkeitsvorratsraum.
-
Die zu reinigende Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe dem Anschlußkörper
12 durch einen Kanal 18 zugeführt, strömt durch einen Kanal 19 in den Gehäuseraum
10 vor dem Hauptstromfilterelement und nach Durchströmen des letzteren in einen
Kanal 20 des Anschlußkörpers, der zum Nebenstromfilter führt und von dem ein Kanal
21 zum Verbraucher, z. B. den Schmierstellen der Maschine, abzweigt.
-
Der Kanal 20 mündet in die hohle Achse 7 des Rotors der Zentrifuge.
Es wird also die von dem Verbraucher nicht verarbeitete Flüssigkeitsmenge dem Rotor
der Zentrifuge zugeleitet, aus der sie durch die in Umfangsrichtung zeigenden Reaktionsdüsen
9 abströmt.
-
Hierdurch wird der Rotor in rasche Drehbewegung versetzt und der
in der Flüssigkeit enthaltene Schmutz durch Zentrifugalwirkung an der Innenseite
des Rotormantels abgeschieden. In den Kanal 20 ist nach dem Abzweig 21 zum Verbraucher
ein federbelastetes Überdruckventil 22 eingebaut, das in Rich-
tung zur Zentrifuge
öffnet, wenn der Flüssigkeitsdruck vor dem Ventil einen bestimmten Wert erreicht
hat. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Verbrauchsstellen auf jeden Fall genügend
Flüssigkeit erhalten und die Zentrifuge erst dann läuft, wenn der an den Verbraucherstellen
notwendige Flüssigkeitsdruck überschritten wird.
-
Für den Fall, daß der Hauptstromfilter 1 aus irgendeinem Grund, z.
B. infolge mangelnder Wartung, sich zusetzen sollte, ist zwischen dem Flüssigkeitseintrittskanal
18 und dem zur Zentrifuge führenden Kanal 20 ein federbelastetes Ventil 23 vorgesehen,
das öffnet, wenn der Flüssigkeitsdruck vor dem Hauptstromfilter über ein bestimmtes
Maß ansteigt, so daß die Flüssigkeit unter Umgehung des Hauptstromfilters unmittelbar
in den Kanal 20 zum Verbraucher bzw. zur Zentrifuge strömt. Ferner ist zwischen
dem Eintrittskanal 18 und dem Abflußkanal 17 ein federbelastetes Ventil 24 vorgesehen,
das auf einen etwas höheren Öffnungsdruck eingestellt ist als das Umgehungsventil
23 und beim Auftreten eines unerwünscht hohen Druckes vor dem Filter die Flüssigkeit
unter Umgehung des Hauptstromfilters und der Zentrifuge unmittelbar in den Abflußkanal
17 abströmen läßt. Schließlich ist bei den Ausführungsbeispielen Fig. 1 und 2 in
dem Anschlußkörper 12 noch ein viertes federbelastetes Ventil 25 zwischen dem zum
Verbraucher und zur Zentrifuge führenden Kanal 20 und dem Abflußkanal 17 vorgesehen,
das öffnet, wenn der Druck nach dem Hauptstromfilter unerwünscht hoch ansteigt und
die Flüssigkeit unter Umgehung der Zentrifuge in den Abflußkanal 17 abströmen läßt.
-
Zum Befestigen der Filterkombination ist der Anschlußkörper 12 mit
einem Flanschansatz 26 mit Schraubenlöchern 27 versehen.
-
F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der als Hauptstromfilterelement
ein Siebzylinder 41 vorgesehen ist, der in einem das zylindrische Zentrifugengehäuse
umgebenden Gehäuseraum untergebracht ist.
-
Das Zentrifugengehäuse, in dem der Rotor 4 mit DeckelS und Ausströmdüsen9
untergebracht ist, wird durch ein in den gegossenen Anschlußkörper 12 flüssigkeitsdicht
eingepreßtes Rohrstück 42 gebildet. Über das Zentrifugengehäuse 42 ist ein topfförmiger
Gehäuseteil 43 gesetzt, der mit seinem Boden 44 das Zentrifugengehäuse 42 oben abschließt
und der oberen Lagerung des Zentrifugenrotors dient und mit dem Rand seines Mantels
an dem Anschlußkörper 12, durch einen Dichtungsring 45 abgedichtet, anliegt, und
um das Zentrifugengehäuse 42 herum den den Siebzylinder41 aufnehmenden Gehäuseringraum
bildet. Der Siebzylinder41 ist innerhalb des Gehäuseringraumes zwischen den Boden
44 des topfförmigen Gehäuseteiles 43 und den Anschlußkörper 12 eingespannt und teilt
den Gehäuseringraum in einen Einströmraum 46 und einen Ausströmraum 47. Im Bereich
des Einströmraumes 46 ist an dem Anschlußkörperl2 für den von der Außenseite des
Hauptstromfilterelementes 41 abfallenden Schmutz eine Sammelrinne 48 ausgebildet,
die an ihrer tiefsten Stelle eine durch einen Schraubstopfen49 abschließbare Schlammablaßöffnung
hat.
-
Der den Zentrifugenrotor 4 aufnehmende Gehäuseraum 50 mündet unten
in den in dem Anschlußkörper 12 vorgesehenen Abflußkanal 17 aus, durch den die aus
dem Rotor ausströmende Flüssigkeit in den Flüssigkeitsvorratsbehälter abgeführt
wird.
-
Die Flüssigkeit tritt wie bei den Ausführungsbeispielen Fig. 1 und
2 in einen Kanal 18 des Anschlußkörpers 12 ein, strömt durch einen Kanall9 in den
Einströmraum 46 des Hauptstromfilters und nach Durchströmen des Hauptstromfflterelementes
41 in einen Kanal 20 des Anschlußkörpers, der zu der Zentrifuge führt und von dem
ein Kanal 21 zum Verbraucher abzweigt. Die von dem Verbraucher nicht benötigte Flüssigkeit
strömt durch den Kanal 20 in den Zentrifugenrotor 4 über dessen hohle Drehachse
7. Vor der Zentrifuge ist in dem Kanal 20 ein federbelastetes Überdruckventil 22
angeordnet, das bei dem für eine ausreichende Versorgung der Verbrauchsstellen notwendigen
Flüssigkeitsdruck öffnet, und den Weg zur Zentrifuge freigibt.
-
Ein zweites federbelastetes Ventil 23 zwischen den Kanälen 18 und
21 bewirkt bei verstopftem Hauptstromfilterelement 41, daß die Flüssigkeit unter
Umgehung des Hauptstromfilters unmittelbar den Verbraucherstellen bzw. der Zentrifuge
zufließt. Außerdem könnten weitere Umgehungsventile vorgesehen sein, die den Ventilen
24 und 25 der Ausführungsbeispiele 1 und 2 entsprechen.
-
Bei den Ausführungsbeispielen F i g. 1 und 3, bei denen der Hauptstromfilter
oberhalb des Anschlußgehäuses angeordnet ist, kann sich der Gehäuseraum 10 des Hauptstromfilters
in der Zeit nach Abstellen der Pumpe bis zum Absinken der Drehzahl des Zentrifugenrotors
4 auf eine kritische Drehzahl weitgehend von Flüssigkeit entleeren, wodurch die
Bedingungen für das Abfallen des Schmutzes von der Filterfläche noch günstiger werden.
-
Für die Unteransprüche wird nur im Zusammenhang mit dem Hautpanspruch
Schutz begehrt.