DE19855991C1 - Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus einem in einem Strömungskanal geführten Luftstrom, insbesondere aus der einer Brennkraftmaschine zugeführten, verdichteten und gekühlten Ladeluft, mit mehreren, mit Abstand nebeneinander angeordneten, die Luft umlenkenden Changierelementen (9), die jeweils wenigstens eine Tasche (11) enthalten, die über einen anströmseitigen Eingangsschlitz (12) zugänglich ist und wenigstens einen unteren Drainageausgang (14) aufweist, werden dadurch eine hohe Zuverlässigkeit und damit ein hoher Abscheidungswirkungsgrad erreicht, dass zumindest im unteren Bereich des Eingangsschlitzes (12) jeder Tasche (11) ein Lamellenrost (26) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus einem in einem Strömungskanal geführten Luftstrom, insbesondere aus der einer Brennkraftmaschine zugeführten, verdichteten und gekühlten Ladeluft, mit mehreren, mit Abstand nebeneinander angeordneten, die Luft umlenkenden Changierelementen, die jeweils wenigstens eine Tasche enthalten, die über einen anströmseitigen Eingangsschlitz zugänglich ist und wenigstens einen unteren Drainageausgang aufweist.

Anordnungen dieser Art sind aus der DE 41 19 216 C2 und DE 33 33 172 A bekannt. Dabei sind die Eingangsschlitze der Taschen unbewehrt. Es besteht daher die Gefahr, dass das in den Taschen gefangene Wasser in den Strömungskanal zurückwandern kann. In diesem Zusammenhang ist nämlich davon auszugehen, dass bei modernen Motoren die Ladeluft stark verdichtet ist, so dass nach der Kühlung viel ungelöstes Wasser in Form vieler kleiner Wassertröpfchen von der Luft mitgeführt wird. Das über den über die ganze Höhe des Wasserabscheiders sich erstreckenden Einlaßschütz in die jeweils zugeordnete Tasche eintretende Wasser läuft innerhalb der Tasche nach unten ab. Je weiter das Wasser nach unten kommt, um so mehr Wasser kommt zusammen. Insbesondere im unteren Bereich der Taschen, wo die Wassermenge am größten ist, ist daher auch die Gefahr am größten, dass das Wasser nicht in der Tasche bleibt, sondern in den Strömungskanal zurückfließt. Je höher der Wasserabscheider und dementsprechend die Changierelemente sind, um so größer ist diese Gefahr. Diese Gefahr kann dadurch noch verschärft werden, dass innerhalb der Taschen Luftturbulenzen entstehen, die dazu neigen, das Wasser aus den Taschen auszutreiben. Diese Gefahr ergibt sich vor allem im oberen und unteren Endbereich der Taschen. Die bekannte Anordnung erweist sich dementsprechend als nicht zuverlässig genug.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Anordnungen mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass eine hohe Zuverlässigkeit und damit ein hoher Abscheidungswirkungsgrad erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest im unteren Bereich des Eingangsschlitzes jeder Tasche ein Lamellenrost vorgesehen ist.

Mit diesen Maßnahmen werden die oben geschilderten Nachteile der bekannten Anordnung vermieden. Der Lamellenrost erschwert auch bei vergleichsweise großer lichter Weite des Eingangsschlitzes ein Entweichen von Wasser aus der jeweils zugeordneten Tasche in den Strömungskanal hinein, was sich vorteilhaft auf den endgültigen Abscheidungswirkungsgrad auswirkt. Auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann in vorteilhafter Weise auch eine sehr große Höhe des Wasserabscheiders vorgesehen sein, ohne dass sich dies ungünstig auf den Abscheidungswirkungsgrad auswirken kann. Dies ermöglicht eine in der Breite schlanke Bauweise, was insbesondere bei Motoren zur Einsparung von Baulänge sehr erwünscht ist. Ebenso ermöglichen die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch die Verwirklichung einer sehr schlanken Querschnittsform der Taschen. Diese können daher einfach durch nach Art eines doppelten Bodens angebrachte Abdeckelemente gebildet werden, was eine rationelle Herstellung ermöglicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So können die Lamellen des Lamellenrostes zweckmäßig nach innen ablaufende Einlaufkanäle begrenzen. Hierdurch wird die Barrierewirkung von innen nach außen erhöht, ohne dass der Wassereintritt in die Taschen behindert würde.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, dass die Lamellenroste über die ganze Höhe der jeweils zugeordneten Eingangsschlitze durchgehen. Hierbei ergeben sich die gleichen Eingangsverhältnisse auf der ganzen Schlitzlänge.

Eine weitere, besonders zu bevorzugende Maßnahme kann darin bestehen, dass die Taschen mehrere, hintereinander angeordnete Schächte aufweisen und dass die Eingangsschlitze und die diesen zugeordneten Lamellenroste in mehrere Abschnitte unterteilt sind, die jeweils mit einem Schacht verbunden sind. Diese Maßnahmen ergeben eine mengenmäßige Aufteilung des nach unten strömenden Wassers und erleichtern daher eine zuverlässige Kanalisierung dieses Wassers, was der Rückströmung des Wassers in den Strömungskanal entgegen wirkt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehend beschriebenen Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines mit einem Wasserabscheider ausgestatteten Zweitakt-Großdieselmotors,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders,

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 vergrößerte Draufsicht auf zwei nebeneinander angeordnete Changierelemente der Anordnung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine mit einem eingangsseitigen Lamellenrost versehene Tasche,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Lamellenrost der Anordnung gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine mit mehreren Schächten versehene Tasche,

Fig. 7 einen Horizontalschnitt durch eine durch ein Spritzguss-Aufsatzelement gebildete Tasche und

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII/VIII in Fig. 7.

Der Aufbau von Brennkraftmaschinen, wie Zweitakt- Großdieselmotoren der der Fig. 1 zugrundeliegenden Art, ist an sich bekannt und bedarf im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr.

Der der Fig. 1 zugrundeliegende Zweitakt-Großdieselmotor besitzt einen durch die aus den Zylindern 1 ausgestossenen, in einem Sammelrohr 2 gesammelten Abgase antreibbaren Turbolader 3 zur Vorverdichtung der den Zylindern 1 zugeführten Ladeluft. Dem Turbolader 3 ist ein Ladeluftkühler 4 nachgeordnet, durch den die Temperatur der Ladeluft abgesenkt wird. Infolge dieser Kühlung kommt es zu einer Kondensation von Wasser, das anschließend abgeschieden wird, um hierdurch verursachte Beschädigungen der Laufflächen der Zylinderbüchsen und Kolben zu verhindern. Hierzu ist dem Ladeluftkühler 4 ein Wasserabscheider 5 nachgeordnet. Die aus dem Wasserabscheider 5 ausströmende Ladeluft gelangt in ein über alle Zylinder 1 sich erstreckendes Sammelrohr, von dem aus die Zylinder 1 beaufschlagbar sind.

Der Wasserabscheider 5 ist im dargestellten Beispiel an den Ladeluftkühler 4 angesetzt. Die so gebildete Baueinheit besitzt einen modulartigen Aufbau mit mehreren Kühlermodulen und einem Abscheidermodul. Diese Anordnung ist aber nicht zwingend. So könnten auch ein Monoblock-Kühler und/oder ein mit Abstand zum Kühler angeordneter Wasserabscheider vorgesehen sein.

Der in Fig. 2 dargestellte Wasserabscheider besteht aus einem umlaufenden, eine äußere Kanalbegrenzung bildenden Rahmen 7 und einem in dem vom Rahmen 7 begrenzten Fenster angeordneten Register 8 mit mehreren, parallel nebeneinander stehend angeordneten Changierelementen 9, die mit ihren oberen und unteren Enden an den oberen und unteren Rahmenholm befestigt sind. Die nebeneinander angeordneten Changierelemente 9 unterteilen den vom Rahmen 7 umfassten Strömungskanal in mehrere schmale, nach Art eines auseinandergezogenen Mäanders verlaufende Teilkanäle 10. Die Changierelemente 9 besitzen dementsprechend mehrere zur Strömungskanalachse parallele, seitlich gegeneinander versetzte Abschnitte und diese miteinander verbindende, gegeneinander angestellte, schräge Abschnitte. Der lichte Querschnitt der Teilkanäle 10 entspricht dem lichten Abstand der Changierelemente 9. Das hydraulischer Durchmesser genannte Verhältnis von lichter Weite zur Länge des jeweils zugehörigen Kanalabschnitts soll möglichst klein sein. Je höher der Druck der Luft ist, um so kleiner soll das genannte Verhältnis sein. Hierdurch wird die Abscheidung der bei hohem Druck in großer Zahl vorhandenen kleinen Wassertröpfchen begünstigt.

Die stromabwärts von der ersten Umlenkung sich befindenden, strömungsachsparallen Abschnitte der Changierelemente 9 sind jeweils mit einer über die ganze Modulhöhe und die ganze Abschnittbreite durchgehenden Tasche 11 versehen, die über einen im Bereich der Anströmkante vorgesehen Eingangsschlitz 12 zugänglich ist. Beim dargestellten Beispiel sind zwei Taschen 11 vorgesehen. Es könnten aber auch noch mehr Taschen oder nur eine Tasche vorgesehen sein.

Bei der Umlenkung der Luft schlagen sich die von dieser mitgeführten Wassertröpfchen durch Fliehkraftwirkung an der dem größeren Umlenkungsradius zugewandten Wand, hier an dem dem Eingangsschlitz 12 vorgeordneten, schrägen Abschnitt der Changierelemente 9, nieder. Diese Wassertröpfchen gelangen über den Eingangsschlitz 12 in die nachgeordnete Tasche 11. Bei mehreren hintereinander angeordneten Taschen 11 wiederholt sich dieser Vorgang an jeder Tasche. Das in den Taschen 11 gefangene Wasser läuft durch Schwerkraftwirkung nach unten und wird durch Drainageeinrichtungen abgeführt. Hierzu ist der untere Holm des Rahmens 7 als Hohlprofil ausgebildet, so dass sich ein über die ganze Rahmenbreite sich erstreckender Sammelkanal 13 ergibt, mit dem der Innenraum der Taschen 11 über in den Fig. 3 und 4 angedeutete Ausnehmungen 14 in der oberen Wand des unteren Rahmenschenkels verbunden ist. Vom Sammelkanal 13 geht eine Abflussleitung 13a ab. Sofern die Changierelemente in zugeordnete Ausnehmungen der oberen Wand des unteren Rahmenholms eingesetzt sind, ergeben sich automatisch dem Querschnitt der Taschen 11 entsprechende Durchgänge.

Die Changierelemente 9 enthalten jeweils, wie am besten aus Fig. 3 erkennbar ist, ein über ihre ganze Breite einteilig durchgehendes Paneel 15, das nach Art eines auseinandergezogenen Mäander profiliert ist und dementsprechend seitlich gegeneinander versetzte, strömungsachsparallele Abschnitte 16 und diese miteinander verbindende, zur Kanalachse schräge Abschnitte 17 aufweist, die spiegelbildlich gegeneinander geneigt sind. Im Bereich der stromabwärts von der ersten Umlenkung vorgesehenen, strömungsachsparallelen Profilabschnitte 16 sind zur Bildung jeweils einer Tasche 11 die genannten Profilabschnitte 16 hutartig mit Abstand übergreifende Aufsatzelemente 18 vorgesehen. Die praktisch einen doppelten Boden bildenden Aufsatzelemente 18 erstrecken sich über die ganze Länge und Breite des zugeordneten Profilabschnitts 16. Dies gilt dementsprechend auch für die dadurch begrenzte Tasche 11. Die Aufsatzelemente 18 können nachträglich anbringbar oder einteilig mit den zugeordneten Paneelen ausgebildet sein. In den Fig. 3, 4 und 7, 8 sind nachträglich an das zugeordnete Paneel 15 angebrachte Aufsatzelemente 18 vorgesehen. Bei einteiliger Ausführung können gezogene Profile Verwendung finden.

Die Aufsatzelemente 18 besitzen, wie die Fig. 3 und 4 weiter zeigen, einen zum zugeordneten, paneelseitigen Profilabschnitt 16 parallelen Mittelbereich 19 und hieran anschließende Randbereiche 20, 21, von denen der anströmseitige Randbereich 20 unter Freilassung des Einlassschlitzes 12 an den benachbarten Profilbereich 16 richtungsgleich anschließt. Der gegenüberliegende Randbereich 21 ist im dargestellten Beispiel mit nachträglich anbringbaren Aufsatzelementen 18 so verlängert, dass sich ein am gegenüberliegenden, paneelseitigen Profilbereich zur Anlage bringbarer Befestigungsflansch 22 ergibt.

Die über die Breite der Changierelemente 9 durchgehenden Paneele 15 können aus einem dünnen Blech aus rostfreiem Stahl bestehen. Selbstverständlich können auch andere Materialien, wie z. B. Messing, Aluminium oder Kunststoff Verwendung finden. Die Paneele 15 können dabei einfach als durch einen Walz-, Zieh- oder Pressvorgang aus einer entsprechenden Tafel hergestellte Profilteile ausgebildet sein. Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 sind auch die an den Paneelen 15 anbringbaren Aufsatzelemente 18 als aus demselben Material wie die Paneele 15 z. B. aus einem dünnen Blech aus rostfreiem Stahl, hergestellte Biegeformlinge ausgebildet. Diese werden mit ihrem Befestigungsflansch 22 an den zugeordneten Profilabschnitt eines Paneels 15 angelegt und durch eine Kleb- und/oder Schweissverbindung, beispielsweise Punktschweissverbindung, hieran befestigt. Aber auch andere Befestigungsarten, wie Schraub- oder Nietverbindungen sind denkbar.

Es ist natürlich auch denkbar, die Aufsatzelemente 18 aus Gussformlinge herzustellen. Eine Anordnung dieser Art liegt den Fig. 7 und 8 zugrunde. Die als Gussformlinge ausgebildeten Aufsatzelemente 18 können zweckmäßig aus Kunststoff bestehen und als Spritzgussformlinge hergestellt werden. Dabei können in paneelseitige Anlage bringbare Befestigungsaugen 23 angeformt sein, so dass eine Befestigung beispielsweise durch Schrauben 24 oder Nieten oder Punktschweißung etc. möglich ist. Zweckmäßig kann auch eine randseitige Abdichtung 25 vorgesehen sein, um den Innenraum der Tasche gegen außen abzudichten. Anstatt Kunststoff können natürlich auch bei der gegossenen Ausführung andere geeignete Materialien vorgesehen sein.

Um möglichst viele Wassertröpfchen in den Taschen 11 zu fangen, besitzen die Eingangsschlitze 12 eine vergleichsweise große lichte Weite. Die Grenze liegt da, wo durch die Eingangsschlitze unzulässige Turbulenzen erzeugt würden. Da bei modernen Motoren die Ladeluft vergleichsweise stark verdichtet ist und dementsprechend nach der Kühlung auch viel ungelöstes Wasser in der Luft vorhanden ist, ist insgesamt mit einem starken Wasserdurchsatz pro Schlitzlängeneinheit zu rechnen.

Das Wasser muss in den schlanken Taschen 11 nach unten abfließen. Da der Wasserabscheider 5 eine vergleichsweise große Höhe aufweisen kann, ergeben sich auch eine große Höhe der Taschen 11 und Länge der Schlitze 12. Je höher aber der Wasserabscheider ist, um so mehr Wasser sammelt sich in den unteren Bereichen der Taschen 11. Damit steigt auch das Risiko, dass das Wasser nicht in den Taschen 11 gehalten werden kann, sondern aus diesen austritt. Diese Gefahr kann durch Luftturbulenzen im Inneren der Taschen 11 noch verschärft werden. Derartige Turbulenzen sind insbesondere am oberen und unteren Ende der Taschen 11 zu befürchten. Um diesen Risiken entgegenzuwirken und um zu verhindern, dass bereits gefangene Wassertröpfchen die Taschen 11 wieder verlassen können, ist im Bereich der Eingangsschlitze 12, wie die Fig. 6 und 8 erkennen lassen, ein Lamellenrost 26 vorgesehen, dessen Lamellen nach innen abfallende Einlaufkanäle 27 begrenzen.

Bei einer Ausführung mit als Gussformlinge ausgebildeten Aufsatzelementen 18, wie sie den Fig. 7 und 8 zugrunde liegt, können die den Lamellenrost 26 bildenden Lamellen an das zugehörige Aufsatzelement 18 angeformt sein. Dies ergibt eine besonders einfache Herstellung und Montage. Es ist aber auch denkbar, den Lamellenrost 26 als Blechformling auszubilden. Eine derartige Ausführung ist in den Fig. 4 und 5 angedeutet. Der hier vorgesehene Lamellenrost 26 besteht aus einem Tragstreifen 28, von dem die einzelnen Lamellen 29 abstehen. Der Tragstreifen 28 liegt an der paneelseitigen Begrenzungswand der zugehörigen Tasche 11 an und ist durch eine beispielsweise als Schweiß- oder Klebverbindung ausgebildete Heftverbindung hieran befestigt. Die vom Tragstreifen 28 abstehenden Lamellen 29 überbrücken den Abstand zwischen dem Tragstreifen 28 und dem Aufsatzelement 18.

Die Lamellen 29 können an den Tragstreifen 28 angesetzt sein. Im dargestellten Beispiel sollen die Lamellen 29 als aus dem zugeordneten Tragstreifen 28 ausgeschnittene und aus der Ebene des Tragstreifens 28 herausgebogene Fahnen ausgebildet sein. Im Tragstreifen 28 ergeben sich dementsprechend Ausnehmungen 30. Diese sind durch den in Fig. 5 mit unterbrochenen Linien angedeuteten Zwickel 31 erweitert. Dieser wird beim Ausschneiden der die Lamellen 29 bildenden Fahnen ausgestanzt. Die Ausnehmungen 30 erhalten so eine eingangsseitige, trichterartige Erweiterung 32. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Tragstreifen 28 keine Staukante bildet.

Die Taschen 11, die auf Grund der vorstehend geschilderten Bauweise eine vergleichsweise große Breite aufweisen, können, wie aus den Fig. 6 und 8 ersichtlich ist, durch vertikale Zwischenwände 33 in mehrere, hintereinander angeordnete Schächte 34a, b, c bzw. 34a, b unterteilt sein. Ebenso können der Eingangsschlitz 12 bzw. der diesem zugeordnete Lamellenrost 26 in mehrere Abschnitte unterteilt sein, wobei jedem Abschnitt ein Schacht 34a, b, c zugeordnet sein kann, was die Kanalisierung des Wassers erleichtert.

In den dargestellten Beispielen sind hierzu die jeweils eine Abschnittsgrenze bildenden Lamellen jeweils mit einer an das obere Ende einer jeweils zugeordneten Zwischenwand 33 anschließenden Verlängerung 35 versehen. Bei der Ausführung gemäß Fig. 6 sind die Verlängerungen 35 als Abwinklung der Zwischenwände 33 ausgebildet. Bei der Anordnung gemäß Fig. 8 mit gespritzem bzw. gegossenem Aufsatzelement 18 können die Zwischenwände 33 mit Verlängerung 35 wie auch die Lamellen als in das Formteil integrierte Elemente ausgebildet sein. Die Zwischenwände 33 können über die ganze Höhe durchgehen, wobei dann Überströmöffnungen vorgesehen sind. Zweckmäßig enden die Zwischenwände jedoch an den Trennwänden 35. Selbstverständlich könnte auch bei einem gegossenen bzw. gespritzten Aufsatzelement ein eingelegter Lamellenrost der in Fig. 4 oder 5 angedeuteten Art vorgesehen sein. Dasselbe gilt für einteilig mit dem zugeordneten Paneel ausgebildete Aufsatzelemente.

Die Unterteilung der Eingangsschlitze 12 bzw. der diesen zugeordneten Lamellenroste 26 und die Kanalisierung des im Bereich jedes Abschnitts eintretenden Wassers über einen eigenen, jeweils zugeordneten Schacht 34a, b, c stellt auch sicher, dass über der ganzen Länge eines Eingangsschlitzes 12 und dementsprechend über der ganzen Höhe des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders ausgeglichene Einlassverhältnisse vorliegen. Das in den Schächten 34a, b, c nach unten ablaufende Wasser kann über die bodenseitigen Ausnehmungen 14 nach unten abströmen. Jedem Schacht 34a, b, c ist daher wenigstens eine Abströmausnehmung 14 zugeordnet.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus einem in einem Strömungskanal geführten Luftstrom, insbesondere aus der einer Brennkraftmaschine zugeführten, verdichteten und gekühlten Ladeluft, mit mehreren, mit Abstand nebeneinander angeordneten, die Luft umlenkenden Changierelementen (9), die jeweils wenigstens eine Tasche (11) enthalten, die über einen anströmseitigen Eingangsschlitz (12) zugänglich ist und wenigstens einen unteren Drainageausgang (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im unteren Bereich des Eingangsschlitzes (12) jeder Tasche (11) ein Lamellenrost (26) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenrost (26) nach innen abfallende Einlaufkanäle (27) bildet.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenrost (26) über die ganze Länge des zugeordneten Einlass-Schlitzes (12) durchgeht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen des Lamellenrostes (26) bei einer als Gussformling ausgebildeten Begrenzung der Tasche (11) an den Gussformling angeformt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen des Lamellenrostes (26) als von einem an der inneren Seitenwand der zugeordneten Tasche (11) anbringbaren Tragstreifen (28) abstehende Fahnen (29) ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahnen (29) aus dem Tragstreifen (28) ausgeschnitten sind und dass die so gebildeten Ausnehmungen (30) eingangsseitig mit einer trichterartigen Erweiterung (32) versehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (11) mehrere, hintereinander angeordnete Schächte (34) aufweisen und dass die Eingangsschlitze (12) und die diesen zugeordneten Lamellenroste (26) in mehrere Abschnitte unterteilt sind, die jeweils mit einem Schacht (34) verbunden sind.