DE19520533A1 - Vorrichtung zum Abscheiden von Öl und/oder Ruß und/oder Fremdstoffen aus einem Luft-, Gas- und/oder Dampfstrom - Google Patents

Vorrichtung zum Abscheiden von Öl und/oder Ruß und/oder Fremdstoffen aus einem Luft-, Gas- und/oder Dampfstrom

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DE19520533A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Beispielsweise bei Verbrennungsmotoren und dabei insbesondere bei Otto-und Dieselmotoren ist es notwendig, die das Motoröl, d. h. das zum Schmieren des Motors dienende Öl, enthaltenden oder führenden Motorräume zu entlüften, insbesondere auch die beim Betrieb des Motors verdampften Bestandteile dieses Motoröls (Öldampf) abzuführen.
Aus den verschiedensten Gründen ist eine Entlüftung in die Umgebung nicht möglich oder nicht erwünscht. Bei herkömm­ lichen Motoren erfolgt diese Entlüftung in den Luftansaug­ kanal des Verbrennungsmotors, und zwar beispielsweise in den zwischen einem Luftfilter und dem Vergaser liegenden Teil dieses Kanales, so daß die Öldämpfe aus dem Motorraum in den Brennkammern oder Zylindern des Motor mit verbrannt werden. Bei dieser Art der Entlüftung werden erhebliche Nachteile in Kauf genommen, und zwar u. a. eine Verschmutzung des Luft­ ansaugkanals, des Vergasers sowie der im Luftansaugkanal und/oder im Vergaser vorhandenen Funktionselemente durch Ölabscheidungen usw.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der ein Abscheiden von Öl und/oder Ruß, aber auch anderen Fremdstoffen zuverlässig möglich ist und die dementsprechend als Rußfilter, insbesondere aber auch als Ölfilter oder Ölabscheider bei Verbrennungsmotoren, aber auch als Luft- und Gasfilter bei anderen Anwendungen verwendet werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere als Ölfilter oder Ölabscheider in Fahrzeugen bzw. bei Verbren­ nungsmotoren. Hierbei erfolgt durch das Zuführen von Frisch­ luft, deren Temperatur niedriger liegt als die Temperatur des Öldampfes, in den Innenraum der Trommel oder an den Mantel dieser Trommel eine Kühlung der Trommel an ihrem Mantel sowie zugleich auch eine Kühlung des Öldampfes in dem die Trommel umgebenden Teilraum der Kammer, so daß ein Kondensieren des Öldampfes teilweise bereits in diesem Teilraum, zum größeren Teil aber an der Mantelfläche der Trommel erfolgt und das kondensierte Öl als Ölkondensat abgeführt werden kann. Ein Durchtritt von Öldampf durch die Mantelfläche der rotierenden Trommel ist dadurch verhindert, daß der Öldampf dort sofort kondensiert und das kondensierte Öl aufgrund seiner relativ großen Oberflächenspannung den feinmaschigen Mantel der Trommel nicht durchdringen kann, vielmehr von der rotieren Trommel radial nach außen bewegt oder von dieser abgeschleu­ dert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch als Filter zum Ausfiltern von flüssigen und/oder festen Fremdstoffen, wie Ruß, Staub usw., aus einem Luft- und/oder Gasstrom verwendet werden.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.
Die Erfindung wird in Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in sehr vereinfachter Darstellung und im Längsschnitt eine als Ölabscheider dienende Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie I-I der Fig. 1.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung, die für eine Verwendung vorzugsweise in Kraftfahrzeugen bestimmt ist, dient zum Abscheiden von verdampftem Öl (Öldampf) oder fein verteilten Ölpartikeln aus einem Luft- oder Gasstrom, der an der Entlüftung eines das Motoröl (Schmiermittel für Motor) enthaltenden oder führenden Motorraums austritt. Der Motor­ raum ist dabei insbesondere der auch die Nockenwelle(n), die Ventilstößel sowie ggfs. die Kipp- oder Schlepphebel zum Betätigen der Ventile eines Verbrennungsmotors aufnehmende Raum oder ein anderer, das Motoröl enthaltener Raum. Üb­ licherweise erfolgt die Entlüftung dieses Motorraums über den Luftansaugkanal, so daß an der Entlüftung austretende Öldämpfe oder feine Ölpartikel im Motor verbrannt werden.
Vielfach ist es erwünscht, Öldampf oder Ölpartikel auszu­ scheiden und als Kondensat dem Motorraum zurückzuführen, um beispielsweise Ölablagerungen im Vergaser, in der Luftan­ saugleitung bzw. an dort vorhandenen Funktionselementen usw. zu vermeiden. Hierfür dient der in den Figuren dargestellte Ölabscheider. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, welches einen nach außen hin geschlossenen Innenraum 2 bildet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 1 würfel- oder quaderförmig mit einem ent­ sprechend geformten Innenraum 2 ausgebildet. Es versteht sich, daß das Gehäuse 1 und damit der Innenraum 2 auch eine andere geeignete Formgebung aufweisen könne.
Im Innenraum 2 ist um eine senkrecht zu den beiden Stirn­ wänden 3 und 4 des Gehäuses 1 verlaufende Achse L eine Trommel 5 drehbar gelagert. Die vollständig vom Gehäuse 1 aufgenommene Trommel 5 ist hierfür an ihrem der Innenfläche der Stirnwand 4 benachbarten und in einer Ebene senkrecht zur Längsachse L angeordneten Boden 6 an den einen Ende einer Welle 7 befestigt, die abgedichtet aus dem Innenraum 2 durch die Stirnwand 4 herausgeführt ist und durch einen außerhalb des Gehäuses 1 an diesem bzw. an der Stirnwand 4 vorgesehenen Elektromotor 8 um die Längsachse L rotierend antreibbar ist. Die Welle 7 ist hierbei beispielsweise die Ausgangswelle des Elektromotors 8.
Die Trommel 5 besteht zusätzlich zu dem beispielsweise von einem Zuschnitt aus korrosionsfreien Metall-Blech herge­ stellten, geschlossenen Boden 6 auch aus einem rotations­ symetrisch zur Längsachse L ausgebildeten und diese Längs­ achse umschließenden Mantel 9, der von einem feinmaschigen Metallgitter gebildet ist, und zwar wiederum aus einem korrosionsfesten Metall, beispielsweise aus einem korrosions­ festen Stahl. Weiterhin ist der siebartige Mantel 9 kegel­ stumpfförmig derart ausgebildet, daß der kreisförmige Innendurchmesser der Trommel 5 von dem Boden 6 zum anderen, diesen Boden gegenüberliegenden offenen Ende 10 der Trommel 5 hin abnimmt. An dem offenen Ende 10 ist der Mantel 9 bevor­ zugt durch einen die Längsachse L konzentrisch umschließenden Ring 11 verstärkt, d. h. der Ring 11 begrenzt eine kreisrunde Öffnung der Trommel 5 am Ende 10.
Mit dem Ende 10 reicht die Trommel 9 in eine an der Innen­ fläche der Stirnwand 3 gebildete Hilfskammer 12 hinein, die die Trommel 5 im Bereich des Endes 10 auf einer axialen Teillänge umschließt, die nur einen Bruchteil der gesamten axialen Länge der Trommel aufweist. Die Hilfskammer 12 steht mit einem rohrförmigen Anschluß 13 in Verbindung, der zum Innenraum 2 hin abgedichtet, durch die obere, parallel zur Längsachse L sowie senkrecht zu den Stirnwänden 3 und 4 angeordnete Wand 14 herausgeführt ist und zum Zuführen von kalter Frischluft dient (Pfeil A).
Durch die Stirnwand 3 ist ein Rohrstück 15 abgedichtet hindurchgeführt, welches achsgleich mit der Längsachse L angeordnet ist und mit seinem in dem Innenraum 5′ der Trommel 5 hineinreichenden offenen Ende dem Boden 6 in einem Abstand benachbart liegt, der wiederum nur einen Bruchteil der gesamten axialen Länge der Trommel 5 ausmacht. Mit dem anderen Ende ist das dort ebenfalls offene Rohrstück 15 abgedichtet durch die Stirnwand 3 nach außen geführt, und zwar zum Anschluß an einen nicht dargestellten Vergaser einer Brennkraftmaschine.
In der parallel zur Wand 14 und im Abstand von dieser angeordneten Bodenwand 17 ist ein Anschluß 18 vorgesehen, über den der Öldampf entsprechend dem Pfeil B dem Ölab­ scheider bzw. dem die Trommel 5 umgebenden Teilraum des Innenraumes 2 zugeführt wird. Wie die Figuren zeigen, ist der Anschluß 18 bei der dargestellten Ausführungsform so ange­ ordnet, daß er in Richtung der Längsachse L der Stirnwand 3 näherliegt als der Stirnwand 4 und damit auch dem Ende 10 der Trommel 5, die sich nahezu über die gesamte, zwischen den Stirnwänden 3 und 4 gebildete Länge des Innenraumes 2 erstreckt, näherliegt als dem Boden 6, d. h. der Anschluß 18 befindet sich im Bereich eines Teils der Trommel 5, an dem diese einen im Vergleich zum Boden 6 kleineren Durchmesser aufweist. Weiterhin liegt der Anschluß 18 gegenüber einer die Längsachse L einschließenden und senkrecht zur Wand 14 und zur Bodenwand 17 verlaufenden Mittelebene M seitlich ver­ setzt, so daß der Öldampf in etwa tangential zur Trommel 5 in den Raum 2 eintritt, wie dies in der Fig. 2 mit dem Pfeil B angedeutet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich der Anschluß 18 in unmittelbarer Nähe einer der beiden Seitenwände 19 und 20, die jeweils senkrecht zu den Stirnwänden 3 und 4 sowie auch senkrecht zu den Wänden 14 und 17 liegen.
An der Bodenwand 17 ist in unmittelbarer Nähe der Stirnwand 4 noch ein weiterer, in den Innenraum 2 mündender Anschluß 21 vorgesehen, über welchen entsprechend dem Pfeil C das abgeschiedene Ölkondensat abgeführt werden kann, und zwar beispielsweise zurück in den Motorraum. Mit dem Pfeil D ist in der Fig. 2 schließlich noch die Drehrichtung der Trommel 5 angegeben, d. h. diese Drehrichtung ist an der Öffnung des Anschlusses 18 in den Innenraum 2 gleichsinnig mit der Strömungsrichtung (Pfeil B) des eintretenden Öldampfes.
Der Durchmesser der von dem Ring 11 umschlossenen Öffnung ist etwas größer als der Außendurchmesser des Rohrstückes 15.
Die Arbeitsweise des Ölabscheiders läßt sich, wie folgt, beschreiben:
Der Anschluß 13 ist über eine Abzweigung an dem Luftansaug­ kanal einer Brennkraftmaschine angeschlossen, so daß über diesen Anschluß 13 entsprechend dem Pfeil A kalte Frischluft zugeführt wird, und zwar der Hilfskammer 12. Der Anschluß 18 ist an die Entlüftung des Motorraumes angeschlossen. Der Anschluß 21 führt ebenfalls zu dem Motorraum. Das aus dem Gehäuse 1 herausgeführte Ende des Rohrstückes 15 ist an dem Vergaser angeschlossen.
Zum Betrieb des Ölabscheiders wird der Elektromotor 8 eingeschaltet, so daß die Trommel 5 um die Längsachse L rotiert, und zwar in Richtung des Pfeiles D.
Die über den Anschluß 13 zugeführte Frischluft tritt im Bereich der Hilfskammer 12 durch den gitterförmigen Mantel 9 sowie insbesondere auch durch den zwischen dem Ring 11 und der Außenfläche des Rohrstückes 15 gebildeten Ringspalt in den Innenraum 5′ der Trommel 1 (Pfeil A′) ein und wird schließlich über das offene Ende 16 des Rohrstückes 15 zum Vergaser hin abgeführt (Pfeil A′′), und zwar durch die Saugwirkung des Motors. Durch die Routationsbewegung der Trommel 5 und durch die hierdurch erzeugte Zentrifugalkraft gelangt die zugeführte Frischluft zeitweise auch durch den siebartigen Mantel 9 hindurch in den die Trommel 5 umgebenden Teil des Innenraumes 2 (Pfeil A′′′), strömt dann aber erneut durch den Mantel 9 hindurch und wird entsprechend dem Pfeil A′′ über das Rohrstück 15 abgeführt. Durch die Luftströme A′, A′′ und A′′′ wird die Trommel 5 an ihrem gesamten Mantel 9 ständig gekühlt. Durch die Frischluftströmung A′′′ erfolgt auch eine Abkühlung bzw. Reduzierung der Temperatur des im Innenraum 2 um die Trommel 5 befindlichen Öldampfes oder Öldampf-Luft-Gemisches, so daß es teilweise bereits in dem die Trommel 5 umgebenden Teil des Innenraumes 2, insbesondere aber an der Außenfläche der Trommel 5 zu einem Kondensieren des Öldampfes kommt und das sich an der Innenfläche des Bodens 17 sammelnde Ölkondensat über den Anschluß 21 abge­ führt werden kann. Durch die feine, siebartige Ausbildung des Mantels 9 ist verhindert, daß Öldampf bzw. kondensiertes Öl, welches eine relativ große Oberflächenspannung aufweist, durch den Mantel 9 hindurch in den Innenraum 5′ gelangen kann. An der Außenfläche des Mantels 9 kondensierendes Öl wird durch die Drehbewegung der Trommel 5 nach außen abge­ schleudert und gelangt dann schließlich über den Anschluß 21 in den Motorraum zurück (Pfeil C).
Wie oben ausgeführt wurde und insbesondere auch in der Fig. 2 dargestellt ist, bildet das Gehäuse 1 einen Innenraum 2, der entsprechend der Ausgestaltung dieses Gehäuses ebenfalls quader- oder würfelförmig ist, insbesondere aber in den Schnittebenen senkrecht zur Längsachse L ein von der Kreis­ form abweichenden, nämlich bei der dargestellten Ausführungs­ form quadratischen Querschnitt besitzt. Durch diese Quer­ schnittsform wird erreicht, daß sich beim Drehen der Trommel 5 um die Längsachse L ein mit der Trommel mitdrehendes Luftvolumen in dem die Trommel 5 umschließenden Teil des Innenraumes 2 nicht ausbilden kann. Der quadratische Quer­ schnitt wirkt somit der Ausbildung eines mit der Trommel mitrotierenden Luftvolumens entgegen und bildet somit sozusagen eine diesem Mitrotieren entgegenwirkende "Schi­ kane".
Eine gleiche Wirkung wird erreicht, wenn das Gehäuse einen rechteckförmigen Querschnitt oder aber einen dreiecksförmigen oder einen einem anderen Vieleck, beispielsweise einem Sechseck entsprechenden Querschnitt aufweist.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, im Inneren des Gehäuses noch weitere Schikanen, beispielsweise in Form von in den Innenraum 2 vorstehenden Rippen, Leisten oder Blechen 22 vorzusehen.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Ab­ wandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.
So ist es beispielsweise möglich, daß die Trommel 5 an ihrem Mantel 9 mehrlagig ausgebildet ist. Weiterhin ist es auch möglich, die Vorrichtung als Rußfilter auszubilden, wobei dann über den Anschluß 18 rußbehaftete Gase, beispielsweise Abgase eines Diesel-Motors zugeführt und die gereinigten, d. h. von den Rußpartikeln befreiten Abgase über das Rohrstück 15 abgeführt werden. Die Rußpartikel sowie auch vorhandene, unverbrannte Kraftstoffbestandteile werden an der rotierenden Trommel 5 abgeschieden und dort (bei entsprechender Aus­ bildung des Mantels 9 der Trommel 5 mit einem katalytisch wirkenden Werkstoff) katalytisch und/oder insbesondere nach dem Abschleudern von der rotierenden Trommel 5 in dem diese Trommel umschließenden Teil des Innenraumes 2 durch zuge­ führte Wärmeenergie verbrannt, wofür der Innenraum 2 dann als Verbrennungskammer eines Nachbrenners ausgebildet ist.
Weiterhin ist es selbstverständlich auch möglich anstelle des Elektromotors 8 einen anderen Antrieb vorzusehen, beispiels­ weise einen Abgasantrieb.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Innenraum
3, 4 Stirnwand
5 Trommel
5′ Innenraum
6 Boden
7 Welle
8 Elektromotor
9 Mantel
10 Ende
11 Ring
12 Hilfskammer
13 Anschluß
14 obere Wand
15 Rohrstück
16 Ende
17 Bodenwand
18 Anschluß
19, 20 Seitenwand
21 Anschluß
A-C Strömung
D Drehrichtung
L Längsachse
M Mittelebene

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Öl und/oder Ruß und/oder Fremdstoffen aus einem Luft-, Gas- und/oder Dampfstrom, gekennzeichnet durch wenigstens eine in einer ge­ schlossenen Kammer (2) angeordnete und durch einen Antrieb (8) um eine Längs- oder Trommelachse (L) rotierend antreibbare Trommel (5), die einen Innenraum (5) bildet und zumindest an einem Teil ihres die Trommelachse (L) umschließenden und den Innenraum (5′) begrenzenden Mantels (9) siebartig mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, durch die die vom Innenraum (5′) der Trommel (5) und von dem die Trommel (5) umschließenden Teil der Kammer (2) gebildeten Teilräume in Verbindung steht, durch wenigstens einen in einen der Teilräume mündenden ersten Anschluß (18) zum Zuführen der Luft-, Gas- und/oder Dampfstromes sowie durch einen in den anderen Teilraum mündenden zweiten Anschluß (15) zum Abführen eines gereinigten von Öl und/oder Ruß und/oder anderen Fremdstoffen befreiten Luft-, Gas- und/oder Dampfstromes.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß (18) in den die Trommel (5) umgebenden Teilraum und der zweite Anschluß (15) in den Innenraum (5′) der Trommel (5) mündet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trommel (5) an ihrem Mantel (9) kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (5) einen senkrecht zur Längsachse L angeordneten Boden (6) sowie diesen gegen­ überliegend ein offenes Ende (10) aufweist, und daß durch das offene Ende (10) in den Innenraum (5′) der Trommel (5) ein Anschluß, vorzugsweise der zweite Anschluß (15) hineinreicht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Trommel (5) hineinreichende Anschluß von einem achsgleich mit der Trommellängsachse angeordneten Rohrstück (15) gebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der in die Trommel (5) hineinreichende Anschluß (15) eine Öffnung (16) bildet, die dem Boden (6) der Trommel (5) unmittelbar benachbart ist bzw. von dem Boden (6) einen Abstand aufweist, der wesentlich kleiner ist als die axiale Länge der Trommel (5).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, gekenn­ zeichnet durch wenigstens einen dritten Anschluß (13) zum Zuführen von frischer und/oder kühler Luft in den Innenraum (5′) und/oder an den Mantel (9) der Trommel (5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine dritte Anschluß (13) zum Zuführen der frischen und/oder kühlen Luft an das offene Ende (10) der Trommel (5) dient.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Hilfskammer (12), in die die Trommel (5) mit einem Ende, vorzugsweise mit einem offenen Ende (10) hinein­ reicht und der die frische oder kühle Luft über den wenigstens einen Anschluß (13) zugeführt wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Vorrichtung als Ölabscheider an einer Bodenfläche der Kammer (2) ein vierter Anschluß (21) zum Abführen von Ölkondensat vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Trommel (5) aufnehmende Kammer (2) in Querschnittsebenen senkrecht zur Drehachse der Trommel einen von der Kreisform abweichenden Quer­ schnitt, beispielsweise einen einem Vieleck entsprechen­ den Querschnitt aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) einen quadratischen, rechteckförmigen oder sechseckförmigen Querschnitt besitzt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Kammer (2) Schikanen (22) vorgesehen sind, die einer Luftrotationsbewegung entgegenwirken.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Trommel ein Abgasantrieb vorgesehen ist.
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