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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Freistrahlzentrifuge für die Reinigung
des Schmieröls
einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, das mit einem abnehmbaren
Deckel verschlossen ist, mit einem im Gehäuse drehbar angeordneten Rotor
und mit Kanälen
zur Zuführung
des zu reinigenden, unter Druck stehenden Schmieröls und zur
Abführung
des gereinigten, drucklosen Schmieröls, wobei der Rotor zweiteilig
ausgeführt
ist mit einerseits einem mindestens eine Rückstoßdüse aufweisenden Antriebsteil und
andererseits einem einen Schmutzsammelbereich aufweisenden Schmutzfangteil,
wobei der Schmutzfangteil zur Entsorgung oder Reinigung vom Antriebsteil
getrennt werden kann.
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Eine
Freistrahlzentrifuge der vorstehend genannten Art ist aus
DE 200 10 612 U1 bekannt
. Bei dieser Zentrifuge besteht das Rotorgehäuse aus zwei Teilen, die lösbar miteinander
verbindbar sind, wobei der Antriebsteil erste Verbindungsmittel
und der Schmutzfangteil zweite, korrespondierende Verbindungsmittel
aufweist. In konkreter Ausführung
bestehen diese Verbindungsmittel aus einem Bajonettverschluß, der durch
begrenztes Verdrehen der beiden Teile des Rotors gegeneinander in
und außer Eingriff
gebracht werden kann.
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Als
nachteilig hat sich bei dieser bekannten Freistrahlzentrifuge herausgestellt,
daß für das Trennen
des Schmutzfangteil des Rotors von dessen Antriebsteil zunächst der
komplette Rotor aus dem Gehäuse
der Freistrahlzentrifuge herausgenommen werden muß und daß dann die
beiden Teile des Rotors gegeneinander unter Aufbringung eines gewissen
Drehmoments, das zur Lösung
des Bajonettverschlusses erforderlich ist, verdreht werden müssen. Da
der Rotor der Freistrahlzentrifuge in seinem Betrieb auch auf seiner äußeren Oberfläche durch Ölspritzer
benetzt wird, ist es häufig
schwierig, manuell das erforderliche Drehmoment zur Lösung und
Herstellung der Verbindung zwischen den beiden Rotorteilen aufzubringen.
Dies macht es erforderlich, daß insbesondere
vor einem Trennen der beiden Rotorteile voneinander die äußere Oberfläche des
Rotors zunächst
von anhaftendem Öl
gereinigt werden muß, um
dann das erforderliche Drehmoment zum Lösen des Bajonettverschlusses
aufbringen zu können.
Alternativ ist die Verwendung von Werkzeugen denkbar, wofür dann aber
einerseits die beiden Rotorteile mit geeigneten Ansatzflächen für je ein
Werkzeug ausgestattet werden müssen
und wofür
anderseits passende Spezialwerkzeuge, die mit je einem der beiden
Rotorteile in Eingriff bringbar sind, vorgehalten werden müssen. In
jedem Falle ist das Ergebnis eine zeitaufwendige und umständliche
Handhabung des Rotors, wenn dieser in seine beiden Teile getrennt
werden soll, was bei jeder Wartung der Freistrahlzentrifuge erforderlich
wird. Zudem ist als nachteilig anzusehen, daß hier ein stabiler und druckfester Rotor
erforderlich ist, weil im Inneren des Rotors der volle hydraulische
Druck des zu reinigenden Schmieröls
herrscht, denn der gesamte durch die Zentrifuge geführte Ölstrom durchströmt zunächst das
Rotorinnere und wird dann den Rückstoßdüsen im Antriebsteil
zugeführt.
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Aus
DE 43 11 906 A1 ist
eine Vorrichtung zum Entlüften
des Kurbelgehäuses
einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Vorrichtung eine Trenneinrichtung
für in
den Kurbelgehäusegasen
mitgeführte Ölpartikel
umfaßt,
die mit einer zum Ansaugtrakt führenden
Absaugleitung verbunden ist. Dabei dient als Trenneinrichtung eine
zur Schmierölreinigung
der Brennkraftmaschine vorgesehene Ölzentrifuge. Der Rotor der Ölzentrifuge
besteht aus zwei Teilen, die im Betrieb der Zentrifuge dicht miteinander verbunden
sind. Über
eine Trennbarkeit der beiden Rotorteile voneinander ist in dem genannten
Dokument nichts ausgeführt,
so daß davon
auszugehen ist, daß die
Rotorteile zwar als Einzelteile gefertigt sind, anschließend aber
dauerhaft verbunden sind. Demzufolge ist auch eine separate Entsorgbarkeit nur
des Schmutzfangteils mit dem darin abgelagerten Schmutz in diesem
Dokument nicht offenbart. Auch bei dieser Zentrifuge steht der Rotor
unter dem hydraulischen Druck des zu reinigenden Schmieröls, wobei
dieser hydraulische Druck gezielt dazu genutzt wird, den Rotor im
Betrieb von seinem unteren Lager abzuheben und gegen ein an der
Oberseite des Rotors und der Unterseite des Gehäusedeckels der Zentrifuge vorgesehenes
Axiallager zu drücken.
Aus diesem Grund muß der
Rotor auch hier stabil und druckfest ausgestaltet sein.
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Aus
DE 1 012 776 B ist
eine weitere Freistrahlzentrifuge bekannt, bei der der Rotor zweiteilig ausgeführt ist.
Bei dieser bekannten Ausführung
besitzen die beiden Teile des Rotors radial unten und außen einen Überlappungsbereich,
in dem sie mittels mehrerer Schrauben dicht und lösbar miteinander verbunden
sind. Damit ist eine getrennte Entsorgung oder eine Reinigung nur
des Schmutzfangteils des Rotors zwar möglich, jedoch ist das Zerlegen
des Rotors in Schmutzfangteil und Antriebsteil aufgrund der Verbin dungsschrauben,
die einzeln gelöst
werden müssen,
umständlich
und zeitaufwendig, ebenso wie der anschließende Zusammenbau. Zudem ist
auch hier ein stabiler und druckfester Rotor erforderlich, weil
im Inneren des Rotors der volle hydraulische Druck des zu reinigenden
Schmieröls
herrscht, da auch hier das Schmieröl zunächst das Rotorinnere durchströmt und dann
den Rückstoßdüsen im Antriebsteil
zugeführt
wird.
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Aus
WO 98/46 361 A1 ist ein Rotor für
eine Freistrahlzentrifuge bekannt, der wenigstens ein Leitelement
aufweist, welches sich von einer inneren Wand zur äußeren Wand
des Rotorinnenraumes erstreckt. Durch dieses Leitelement oder mehrere
derartige Leitelemente soll der Rotor so versteift werden, daß die Möglichkeit
besteht, ihn aus Kunststoff herzustellen. Der Rotor ist hier gemäß einem
Ausführungsbeispiel
aus zwei Teilen gefertigt, die miteinander zu dem kompletten Rotor
verbunden, hier verklipst sind. Die Klipsverbindungsmittel sind
dabei so ausgestaltet, daß nach
der erstmaligen Herstellung der Verbindung eine zerstörungsfreie
Trennung der beiden Rotorteile nicht mehr möglich ist. Eine solche Trennung
ist auch nicht vorgesehen, weil der komplette Rotor aufgrund seiner
Fertigung aus Kunststoff so preiswert werden soll, daß er ohne
Kostennachteil nach seinem Einsatz komplett entsorgt werden kann. Auch
bei diesem bekannten Rotor herrscht in dessen Innerem im Betrieb
der volle hydraulische Schmieröldruck,
weil das Schmieröl
zunächst
den Rotorinnenraum durchströmt
und anschließend
den Rückstoßdüsen für den Antrieb
des Rotors zugeführt
wird. Damit ist auch hier eine stabile Konstruktion des Rotors zur
Erzielung der erforderlichen Druckfestigkeit erforderlich.
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In
DE 1 105 351 B ist
eine Freistrahlzentrifuge offenbart, die, abweichend von der üblichen
Anordnung, die Be sonderheit aufweist, daß der Antriebsteil mit den
Rückstoßdüsen einen
oberen Teil des Rotors bildet und daß der Schmutzfangteil des Rotors
dessen unteren Teil bildet. Die beiden Rotorteile sind über mehrere
Verbindungsschrauben dichtend und lösbar miteinander verbunden.
Auch hier besteht der Nachteil, daß für das Zerlegen des Rotors dieser
zunächst
komplett aus dem Gehäuse
ausgebaut werden muß und
daß danach
mehrere Schrauben herausgedreht werden müssen, bevor der Schmutzfangteil
vom Antriebsteil getrennt werden kann. Die Montage erfordert einen
gleich hohen Aufwand, so daß eine
einfache und schnelle Wartung der Zentrifuge nicht möglich ist.
Zudem muß auch hier
der Rotor stabil und druckfest ausgeführt werden, da er unter dem
vollen Schmieröldruck
steht, denn auch hier strömt
das Schmieröl
zunächst
durch den Rotorinnenraum und anschließend durch die Rückstoßdüsen.
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Schließlich zeigt
die WO 00/23 194 A1 eine Zentrifuge, die einen zweiteiligen Rotor
aufweist. Die beiden Teile des Rotors können entweder miteinander verschraubt
sein, wodurch ein nachträgliches Trennen
möglich
bleibt, oder sie können
dauerhaft miteinander verklebt oder verschweißt sein. Bei der trennbaren
Ausführung
dient das Trennen des Rotors zum Einbauen eines Rotoreinsatzes und
später
nach einer gewissen Betriebszeit zu einer bedarfsweisen Inspektion
und Auswechslung des Rotoreinsatzes. Der Antrieb ist bei dieser
bekannten Zentrifuge räumlich
von dem Rotor beabstandet angeordnet und besteht entweder aus einer
Turbine oder einem Elektromotor. Beide Antriebe sind im Vergleich
zu Rückstoßdüsen am Rotor
sehr aufwendig und haben sowohl höhere Herstellungskosten als
auch einen größeren Einbauraum
für die
Zentrifuge zur Folge. Dies widerspricht einer allgemein angestrebten
kompakten Bauweise und kostengünstigen
Herstellbarkeit.
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Für die vorliegende
Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Freistrahlzentrifuge
der eingangs genannten Art zu schaffen, die die vorstehend dargelegten
Nachteile vermeidet und bei der insbesondere eine leichte und kompakte
Bauweise erreicht wird, bei der eine separate Entsorgung des Schmutzfangteils
des Rotors möglich
ist und bei der die erforderlichen Wartungsarbeiten schnell und
einfach durchführbar
sind.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Freistrahlzentrifuge
der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist,
- – daß der Antriebsteil
von einem ersten Schmierölteilstrom
und der Schmutzfangteil von einem zweiten Schmierölteilstrom
durchströmbar ist,
- – daß der Antriebsteil
gegen axiales Herausziehen bei geöffnetem Deckel gesichert gelagert
ist und die zur Lagerung des Rotors dienenden Teile umfaßt,
- – daß der Antriebsteil
und der Schmutzfangteil mit formschlüssig miteinander zusammenwirkenden Drehmomentübertragungsmitteln
ausgeführt sind,
wobei die Drehmomentübertragungsmittel durch
axiales Aufstecken des Schmutzfangteils auf den Antriebsteil in
Eingriff und durch axiales Abziehen des Schmutzfangteils vom Antriebsteil außer Eingriff
bringbar sind, und
- – daß in der
Zentrifuge Mittel vorgesehen oder angebracht sind, die im Betrieb
der Zentrifuge zur Verhinderung oder Begrenzung der axialen Beweglichkeit
des Schmutzfangteils relativ zum Antriebsteil dienen und die bei
abgenommenem Deckel wirkungslos oder lösbar sind.
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Ein
erster erfindungswesentlicher Vorteil der Freistrahlzentrifuge besteht
darin, daß der
Antriebsteil und der Schmutzfangteil jeweils von einem eigenen Schmierölteilstrom
durchströmbar
sind. Hiermit wird erreicht, daß im Betrieb
der Zentrifuge nur der Antriebsteil unter dem vollen, von einer
zufördernden Schmierölpumpe erzeugten
hydraulischen Druck des zur reinigenden Schmieröls stehen muß, während dagegen
der Innenraum des Rotors von dem hydraulischen Druck des zur reinigenden
Schmieröls
nicht mehr belastet wird. Dies kann z.B. einfach dadurch erreicht
werden, daß ein
das zu reinigende Schmieröl in
das Innere des Rotors führender Ölkanal eine Querschnittsverengung
aufweist, an der der hydraulische Druck des zugeführten, zu
reinigenden Schmieröls
vor dem Eintritt in das Innere des Rotors heruntergedrosselt wird.
Auf diese weise muß der Rotor
nur noch die in Folge seiner Drehung auftretenden, durch Zentrifugalkraft
hervorgerufenen Kräfte aufnehmen,
wodurch eine deutliche Entlastung des Rotors erreicht wird. Dies
erlaubt die Verwendung von einfacheren und/oder weniger Dichtungen
und von weniger stabilen Materialien oder die Verringerung der Wandstärken des
Rotors.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Freistrahlzentrifuge besteht
darin, daß der
Antriebsteil als Lebensdauerbauteil in der Zentrifuge über deren
gesamte Einsatzzeit verbleibt. Hierdurch wird ein unnötiger Austausch
der Antriebseinheit bei der Wartung der Zentrifuge vermieden, was
Kosten einspart.
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Um
einerseits die beiden Rotorteile möglichst einfach voneinander
trennen und miteinander verbinden zu können und um gleichzeitig zu
gewährleisten,
daß der
Schmutzfangteil die Rotation der Antriebseinheit schlupffrei mitmacht,
ist weiter vorgesehen, daß der
Antriebsteil und der Schmutzfangteil mit formschlüssig miteinander
zusammenwirkenden Drehmomentsübertragungsmitteln
ausgeführt
sind, die durch einfaches axiales Aufstecken und axiales Auseinanderziehen
in und außer
Eingriff bringbar sind.
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Damit
genügt
eine einfache Bewegung in nur einer Richtung, nämlich in Axialrichtung, um
den Schmutzfangteil mit dem Antriebsteil zu verbinden oder diese
Teile voneinander zu trennen. Drehbewegungen unter Aufbringung eines
Drehmoments, wie sie z.B. bei einem Bajonettverschluß nötig sind,
oder das Lösen
und Anbringen von mehreren einzelnen Schrauben sind hier vorteilhaft
nicht mehr erforderlich.
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Um
zu gewährleisten,
daß der
Schmutzfangteil nach dem axialen Aufstecken seine Position relativ
zum Antriebsteil beibehält,
sind schließlich
in der Zentrifuge Mittel vorgesehen oder angebracht, die im Betrieb
der Zentrifuge zur Verhinderung oder Begrenzung der axialen Beweglichkeit
des Schmutzfangteils relativ zum Antriebsteil dienen. Zugleich sind
diese Mittel so ausgeführt,
daß sie
bei abgenommenem Deckel wirkungslos oder lösbar sind. Auf diese Weise
wird sichergestellt, daß im
Betrieb der Freistrahlzentrifuge der Schmutzfangteil seine vorgesehene
Position relativ zum Antriebsteil beibehält, wodurch die erforderliche
Dichtigkeit zwischen den beiden Teilen des Rotors und die erforderliche Übertragung
des Antriebsdrehmoments vom Antriebsteil zum Schmutzfangteil sichergestellt
werden.
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Mit
der Erfindung wird also eine Freistrahlzentrifuge geschaffen, die
einerseits bei einer kompakten und relativ leichten Bauweise eine
einfache und dadurch kostengünstige
Konstruktion aufweist und die andererseits zuverlässig im
Betrieb ist und bei der eine schnelle und einfache Wartung, bei
der nur der Schmutzfangteil mit dem darin abgelagerten Schmutz aus
dem Gehäuse
entnommen wird, möglich
ist. Da bei Brennkraftmaschinen eine regelmäßige Wartung, üblicherweise
in Verbindung mit einem Ölwechsel
und einem Ölfilterwechsel,
vorgenommen wird, ist die Zen trifuge zweckmäßig so ausgelegt, daß der Schmutzfangteil
ihres Rotors eine Schmutzaufnahmekapazität hat, die für ein vorgesehenes Wartungsintervall
ausreichend bemessen ist.
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In
weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Antriebsteil einen zentralen,
einen Schmierölkanal
bildenden Rohrkörper
und mindestens einen sich vom Rohrkörper radial nach außen erstreckenden
Düsentragkörper mit
wenigstens einem zu der Rückstrahldüse/den Rückstrahldüsen führenden Ölzweigkanal
umfaßt.
Auf diese Weise wird eine günstige
Gestaltung des Antriebsteils erreicht, wobei der Rohrkörper zweckmäßig zur
Lagerung des Rotors und zur Führung
des Öls
zum Rotorinnenraum genutzt wird und der Düsentragkörper zum Haltern der Düsen und
zur Zuführung
des unter Druck stehenden Öls
zu den Düsen
genutzt wird. Bevorzugt liegt der Düsentragkörper unten am Rohrkörper; alternativ
kann der Düsentragkörper auch
oben am Rohrkörper
vorgesehen sein.
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Eine
erste Weiterbildung der zuvor angegebenen Ausführung der Freistrahlzentrifuge
sieht vor, daß der
Düsentragkörper die
Form eines doppelten Bodens hat, in dessen Zwischenraum die Ölzweigkanäle ausgebildet
sind. In dieser Ausgestaltung wird der Zwischenraum zwischen den
beiden Böden
des Düsentragkörpers für die Führung des
unter Druck stehenden Öls
zu den Düsen
genutzt, wobei selbstverständlich
die beiden Böden
entsprechend druckfest ausgeführt
sind.
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Eine
Alternative schlägt
vor, daß der
Düsentragkörper die
Form einer Scheibe hat, in der die Ölzweigkanäle ausgebildet sind. Eine Scheibe
ist ein geometrisch vorteilhaft einfaches Bauteil, das problemlos
ausreichend druckfest gestaltet werden kann.
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In
einer weiteren Alternative ist der Düsentragkörper in Form von einem oder
mehreren rohrförmigen
Armen ausgebildet, wobei durch den/jeden Arm ein Ölzweigkanal
verläuft.
Der Düsentragkörper hat
bei dieser Ausführung
der Zentrifuge eine besonders einfache und wenig Raum beanspruchende Form,
insbesondere wenn nur ein oder zwei Arme mit je einer Rückstoßdüse vorgesehen
werden, was im allgemeinen völlig
ausreichend ist. Der dabei in Umfangsrichtung gesehen neben dem
rohrförmigen
Arm oder zwischen den rohrförmigen
Armen verbleibende Raum kann dann vorteilhaft für den Rotor der Zentrifuge
mit genutzt werden. Dies erlaubt ein größeres Volumen des Rotorinnenraums
bei vorgegebenem Einbauraum für
die Zentrifuge.
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Die
drehbare Lagerung des Rotors kann unterschiedlich erfolgen. Eine
erste Ausführung
schlägt im
Hinblick auf diese Lagerung vor, daß der Rotor auf einer einen
Teil des Gehäuses
bildenden, am übrigen Gehäuse starr
oder gelenkig befestigten Achse gelagert ist, die den Rotor durchsetzt
und die mit ihrem oberen Ende im aufgesetzten Deckel lösbar abgestützt und
zentriert ist. Diese Lösung
stellt eine besonders stabile und belastbare Konstruktion dar. Die Achse
kann hier im Normalfall als Lebensdauerbauteil in der Zentrifuge
verbleiben.
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Alternativ
dazu kann der Rotor auf einer einen starren Teil des Gehäuses bildenden
Achse gelagert sein, die in den Rotor hineinragt und die mit ihrem
oberen Ende im Abstand zum aufgesetzten Deckel endet. Dabei kann
die Achse schon im Rotor oder erst über diesem enden. Der Rotor
und/oder der Deckel können
hier einfacher ausgeführt
sein. Die Achse kann auch hier im Normalfall als Lebensdauerbauteil
in der Zentrifuge verbleiben.
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Eine
dritte Variante der Rotorlagerung schlägt vor, daß der Rotor unten und oben
mittels je eines Achsstummels gelagert ist, wobei die Achsstummel
Teile des Rotors oder Teile des Gehäuses und dessen Deckels sind.
Hier bleibt vorteilhaft das Innere des Rotors frei von Lagerungsmitteln.
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Zur
reibungsarmen Lagerung des Rotors können, wie an sich bekannt,
Gleitlager und/oder Wälzlager
eingesetzt werden.
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Der
Schmutzfangteil kann in unterschiedlicher Art und Weise gestaltet
sein. Eine erste Ausgestaltung sieht vor, daß der Schmutzfangteil durch
einen axial unten und axial oben jeweils ganz oder teilweise offenen
Hohlkörper
mit einer radial äußeren Umfangswand
gebildet ist, wobei axial unten der Düsentragkörper im zusammengesetzten Zustand
des Rotors einen den Rotorinnenraum nach unten zumindest zum Teil
begrenzenden Boden bildet und wobei axial oben der Hohlkörper durch
einen separaten, fest oder lösbar
angebrachten Schmutzfangteildeckel verschlossen ist.
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Eine
zweite Ausgestaltung sieht alternativ dazu vor, daß der Schmutzfangteil
durch einen becherförmigen,
axial oben offenen Hohlkörper
mit einer radial äußeren Umfangswand
gebildet ist, wobei axial oben der Hohlkörper durch einen separaten, fest
oder lösbar
angebrachten Schmutzfangteildeckel verschlossen ist.
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Eine
dritte Ausgestaltung schlägt
als weitere Alternative vor, daß der
Schmutzfangteil durch einen glockenförmigen, axial unten ganz oder
teilweise offenen Hohlkörper
mit einer radial äußeren Umfangswand
gebildet ist, wobei axial unten der Düsentragkörper im zusammengesetzten Zustand
des Rotors einen den Rotorinnenraum nach unten zumindest zum Teil
begrenzenden Boden bildet.
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Eine
vierte Ausgestaltung besteht darin, daß der Schmutzfangteil durch
einen dosenförmigen,
axial unten und axial oben geschlossenen Hohlkörper mit einer radial äußeren Umfangswand
gebildet ist.
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In
jeder der vier vorstehend angegebenen Ausgestaltungen des Schmutzfangteils
kann der diesen bildende Hohlkörper
zusätzlich
eine radial innere, rohrförmige
Wand aufweisen, die insbesondere zur Versteifung des Schmutzfangteils
dient.
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Die
Drehmomentübertragungsmittel
können an
verschiedenen Stellen des Rotors angeordnet sein. Eine erste bevorzugte
Ausführung
schlägt
vor, daß die
zusammenwirkenden Drehmomentübertragungsmittel
von Antriebsteil und Schmutzfangteil des Rotors in dessen radial
innerem, axial oberem Bereich angeordnet sind. Diese Anordnung der
Drehmomentübertragungsmittel
bietet insbesondere den Vorteil, daß die Drehmomentübertragungsmittel
für das
Wartungspersonal beim Aufsetzen des Schmutzfangteils auf den Antriebsteil
sichtbar sind, was dazu beiträgt,
die Montage sehr einfach zu halten und Montagefehler zu vermeiden.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur vorgenannten Ausführung
können
die zusammenwirkenden Drehmomentübertragungsmittel
von Antriebsteil und Schmutzfangteil des Rotors in dessen axial
unterem Bereich angeordnet sein. Diese Anordnung der Drehmomentübertragungsmittel
ist sowohl bei der axial unten offenen als auch bei der axial unten
geschlossenen Ausführung
des Schmutzfangteils einsetzbar. Wenn bei dieser Ausführung die
Drehmomentübertragungsmittel
radial außen
liegen, treten hier bei der Übertragung
eines gegebenen Drehmoments kleinere in Umfangsrichtung von Antriebsteil
und Schmutzfangteil wirkende Kräfte
auf, was eine leichtere Ausführung
der Drehmomentübertragungsmittel
erlaubt.
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Für die Ausführung des
Antriebsteils mit Armen ist bevorzugt vorgesehen, daß der Schmutzfangteil
unterseitig eine die Arme des Antriebsteils axial übergreifende,
mit diesen Armen die zusammenwirkenden Drehmomentübertragungsmittel
von Antriebsteil und Schmutzfangteil des Rotors bildende Kontur
hat. Der Antriebsteil braucht hier vorteilhaft keine separaten Drehmomentübertragungsmittel
und am Schmutzfangteil können
die dortigen Drehmomentübertragungsmittel
sehr einfach ausgeführt sein.
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Ergänzend kann
die Kontur der Unterseite des Schmutzfangteils zusätzlich als
mit den Armen des Antriebsteils axial in und außer Eingriff bringbare Rastverbindung
ausgestaltet sein. Hiermit kann auf einfache Weise der Schmutzfangteil
auf dem Antriebsteil ausreichend gegen ein axiales Verschieben gesichert
werden.
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Um
das im Inneren des Rotors befindliche, zu reinigende Öl möglichst
wirksam in Drehung zu versetzen, wenn der Rotor in Drehung versetzt
wird, ist weiter vorgesehen, daß der
Schmutzfangteil in seinem Inneren radial oder überwiegend radial verlaufende
Leit- und Versteifungswände
aufweist. Zudem wird so eine mechanische Versteifung des Schmutzfangteils
ermöglicht,
was den Einsatz von leichterem oder dünnwandigerem Material für den Schmutzfangteil
und/oder einen Betrieb mit höherer Drehzahl
erlaubt.
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Eine
Weiterbildung der vorstehend zuletzt angegebenen Ausführung der
Freistrahlzentrifuge schlägt
vor, daß das
radial innere Ende der Leit- und Versteifungswände einen schmutzfangteilseitigen Teil
der Drehmomentübertragungs mittel
bildet und daß die
zusammenwirkenden Drehmomentübertragungsmittel
von Antriebsteil und Schmutzfangteil des Rotors in dessen radial
innerem Bereich sich über
zumindest einen Teil der axialen Länge des Rohrkörpers erstreckend
angeordnet sind. In dieser Ausführung
erhalten die Leit- und Versteifungswände eine weitere Funktion,
was einen vorteilhaft hohen Funktionsintegrationsgrad darstellt.
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Unabhängig vom
Ort der Drehmomentübertragungsmittel
am Rotor der Zentrifuge ist bevorzugt vorgesehen, daß die zusammenwirkenden
Drehmomentübertragungsmittel
von Antriebsteil und Schmutzfangteil durch axial zusammenfügbare und trennbare
Mehrkantkonturen oder Verzahnungen oder Wellungen oder Nut-Feder-Anordnungen,
jeweils in Radialrichtung gesehen ohne oder mit Hinterschnitt, gebildet
sind. Alle angegebenen Ausführungen
der Drehmomentübertragungsmittel
sind durch eine einfache axiale Bewegung des Schmutzfangteils relativ
zum Antriebsteil in und außer
Eingriff bringbar, wobei im Eingriffzustand die Drehmomentübertragungsmittel
das von dem Antriebsteil erzeugte Drehmoment zuverlässig auf
den Schmutzfangteil übertragen.
Bei Ausführung
der Drehmomentübertragungsmittel
als z.B. Nut-Feder-Anordnungen mit Hinterschnitt können die
Drehmomentübertragungsmittel
gleichzeitig auch noch in Radialrichtung wirkende Kräfte aufnehmen.
Beispielsweise können
die zuvor erwähnten
Leit- und Versteifungswände
mit dem zentralen Rohrkörper
des Antriebsteils ebenfalls durch axiales Zusammenfügen so verbunden
werden, daß Radialkräfte von
den Leit- und Versteifungswänden auf
den zentralen Rohrkörper
abgeleitet werden können.
In dieser Ausführung
ergibt sich ein besonders stabiler und belastbarer Rotor bei geringem
Gewicht.
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Um
dem Wartungspersonal die Arbeit bei der Montage des Rotors möglichst
einfach zu machen und um Montagefehler möglichst zu vermeiden, wird weiter
vorgeschlagen, daß die
zusammenwirkenden Drehmomentübertragungsmittel
von Antriebsteil und Schmutzfangteil selbstfindend mit Einlaufschrägen und/oder
Einlaufspitzen ausgebildet sind.
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Zur
Erzielung einer möglichst
kostengünstigen
Herstellbarkeit des Schmutzfangteils ist bevorzugt vorgesehen, daß der den
Schmutzfangteil des Rotors bildende Hohlkörper ein einstückiges Spritzgußteil aus
Kunststoff ist.
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Alternativ
kann der den Schmutzfangteil des Rotors bildende Hohlkörper ein
aus zwei Spritzgußteilen
zusammengefügtes,
vorzugsweise verschweißtes,
Bauteil aus Kunststoff sein. Die zweiteilige Ausführung ist
zwar etwas aufwendiger in der Herstellung, erlaubt aber kompliziertere
Formgebungen des Schmutzfangteils.
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Um
den Antriebsteil und den Schmutzfangteil des Rotors in ihrem zusammengesteckten
Zustand gegeneinander ausreichend gegen einen Ölsaustritt abzudichten, ist
weiter bevorzugt vorgesehen, daß jeweils
in Kontaktbereichen zwischen Antriebsteil und Schmutzfangteil des
Rotors wenigstens eine angebrachte separate oder einstückig angeformte
Dichtung vorgesehen ist.
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Unabhängig von
den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Freistrahlzentrifuge
ist für
diese bevorzugt vorgesehen, daß zur
Erzeugung der beiden Schmierölteilströme der der
Zentrifuge zugeführte
Schmierölstrom
in der Zentrifuge in zwei mengenmäßig abgestimmte, vorzugsweise über zwei
definierte Drosselstellen geführte,
Teilströme
aufteilbar ist, wovon der eine Teilstrom dem Antriebsteil und dessen
Rückstoßdüsen unter
Druck und der andere Teil strom über
wenigstens einen Einlaß dem Schmutzfangteil
drucklos zuführbar
ist. Durch die Aufteilung des zugeführten Ölstroms innerhalb der Zentrifuge
werden Mittel für
die Aufteilung und mengenmäßige Abstimmung
des Ölstroms
außerhalb
der Zentrifuge vermieden. Dies ist ein weiterer Beitrag zu einer
kompakten Bauweise der Zentrifuge. Zudem kann durch die mengenmäßig abgestimmte
Aufteilung des Ölstroms
auf die Teilströme
gezielt das Mengenverhältnis
der beiden Teilströme
zueinander festgelegt werden. Es kann so einerseits die Antriebsleistung
des Rotors, die dessen Antriebsteil erzeugt, beeinflußt werden.
Auf der anderen Seite besteht die Möglichkeit, die Verweilzeit
des Öls
innerhalb des Rotors in gewünschter
Weise zu beeinflussen. Damit können
für den
Betrieb der Freistrahlzentrifuge wesentliche Parameter auf einfache
Weise festgelegt und bei Bedarf auch konstruktiv verändert werden.
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Bevorzugt
sind dabei beide Drosselstellen im Antriebsteil der Zentrifuge vorgesehen.
Dies bietet den besonderen Vorteil, daß bei versehentlich fehlendem
Schmutzfangteil keine Funktionsstörung bei der Schmierung der
Brennkraftmaschine eintreten kann. Der Druck des Schmieröls bleibt
voll erhalten, weil im Schmutzfangteil kein Druckabfall stattfindet.
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Weiter
ist vorzugsweise diejenige der beiden Drosselstellen, über die
der Schmierölteilstrom
dem Schmutzfangteil zuführbar
ist, durch ein oberes Lager des Antriebsteils mit einem definierten
Spaltmaß gebildet.
Ein separates Bauteil ist hier für
die Drosselstelle nicht nötig;
zugleich ist eine gute Lagerschmierung gewährleistet. Außerdem ergibt
sich hier vorteilhaft ein Selbstreinigungseffekt für die Drosselstelle durch
die Bewegung der beiden relativ zueinander rotierenden Lagerteile,
wodurch diese Drosselstelle unempfindlich gegen Verschmutzungen
ist.
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Bevorzugt
ist dabei in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß der dem
Antriebsteil zugeführte
Teilstrom mengenmäßig größer ist
als der dem Schmutzfangteil zugeführte Teilstrom. Durch diese bevorzugte
Aufteilung werden ein schneller Start und eine hohe Drehzahl des
Rotors der Zentrifuge sichergestellt, wobei gleichzeitig eine lange
Verweilzeit des Teilstroms, der durch das Innere des Rotors und
dessen Schmutzfangteil strömt,
gewährleistet
ist. Der schnelle Start mit einem raschen Drehzahlanstieg ergibt
sich daraus, daß vor
einem Anlaufen des Rotors dieser zunächst noch kein Öl enthält und deshalb leichter
ist . Wenn dann der Zentrifuge Öl
zugeführt wird,
gelangt der größere Teilstrom
davon sofort zu den Antriebsdüsen
und beschleunigt den noch leichten Rotor schnell, während sich
der Schmutzfangraum erst mit Verzögerung füllt. Diese Ausgestaltung trägt zu einer
guten Wirksamkeit der Zentrifuge hinsichtlich der Abscheidung von
kleinen Schmutzpartikeln, insbesondere Ruß, aus dem zu reinigenden Schmieröl bei.
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Um
eine hinsichtlich der Schmierölführung innerhalb
der Zentrifuge möglichst
einfache Konstruktion zu erhalten, schlägt eine bevorzugte Ausgestaltung
der Freistrahlzentrifuge vor, daß die Zuführung des Schmieröls zur Zentrifuge
sowohl für
den Antriebsteil als auch für
den Schmutzfangteil axial von unten her durch die Achse oder den
unteren Achsstummel erfolgt. Die Zuführung des Schmieröls zur Achse
oder zum Achsstummel kann, wie dies an sich bekannt ist, beispielsweise
durch einen Zentrifugensockel oder durch ein anderes Bauteil, das
beispielsweise einen Teil einer Ölfiltereinrichtung
darstellt, erfolgen.
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Alternativ
besteht die Möglichkeit,
daß die Zuführung des
Schmieröls
zur Zentrifuge für
den Antriebsteil axial von unten her durch die Achse oder den unteren
Achsstummel und für
den Schmutzfangteil separat davon axial von oben her erfolgt. Mit
dieser zusätzlichen
Ausführung
wird eine größere konstruktive
Freiheit erreicht, was in manchen Anwendungsfällen der Freistrahlzentrifuge
zu einer günstigeren
Lösung
beitragen kann.
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Für alle vorstehend
angegebenen Ausführungen
der Freistrahlzentrifuge ist in weiterer Ausgestaltung bevorzugt
vorgesehen, daß der Schmierölteilstrom
für den
Schmutzfangteil in diesen axial oben radial von innen nach außen in Form
eines umlaufenden Fächerstrahls
oder mehrerer in Umfangsrichtung verteilter Einzelstrahlen durch
wenigstens einen entsprechend geformten Einlaß einleitbar ist. Diese Ausgestaltung
sorgt dafür,
daß das Schmieröl in Umfangsrichtung
des Schmutzfangteils gesehen gleichmäßig verteilt in diesen eingebracht wird.
Dabei wird das Schmieröl
gleichzeitig möglichst weit
nach radial außen
geleitet, wo die Fliehkräfte
besonders wirksam sind. Weiterhin wird so ein möglichst langer Strömungsweg
des Schmieröls
in Axialrichtung durch den Rotor erreicht, was ebenfalls die Abscheidung
der Schmutzpartikel durch Fliehkraftwirkung im Rotor fördert.
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Wenn
der Einlaß nicht
für eine
gewünschte gleichmäßige Verteilung
des Schmierölteilstroms
in Umfangsrichtung des Rotors sorgt, kann axial oben im Schmutzfangteil
wenigstens ein Einbauteil zur gleichmäßigen Verteilung des einströmenden Schmieröls in Umfangsrichtung
des Schmutzfangteils vorgesehen sein.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung ist axial unten und radial innen am Rotor
wenigstens ein Schmierölauslaß mit einem
Querschnitt, der größer als
der Querschnitt des Einlasses ist, vorgesehen. Die hier angegebene
Ausgestaltung des Auslasses sorgt dafür, daß im Rotor neben dem durch
die Zentrifugalkraft erzeugten Schmieröldruck kein hydraulischer Schmieröldruck entstehen
kann.
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Weiter
ist vorgesehen, daß radial
außen
vom Auslaß an
der Unterseite des Rotors und/oder an der Oberseite eines unter
dem Rotor liegenden Zentrifugengehäusebereichs eine Umlenkrippenanordnung oder
eine Abschirmscheibe vorgesehen ist, die den aus dem Auslaß kommenden
drucklosen Schmierölteilstrom
zu einem gelenkten, vom Rotor und von dem aus jeder Rückstoßdüse austretenden Ölstrahl
getrennten Verlauf zwingt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Antrieb
des Rotors von dem aus dem Auslaß kommenden Ölstrom nicht
gestört
wird und in seiner Wirksamkeit nicht vermindert wird. Die Umlenkrippenanordnung
und/oder die Abschirmscheibe sorgen im Bereich unmittelbar unter
dem Rotor für
eine räumliche
Trennung des drucklos aus dem Rotor austretenden Ölstroms
von den aus den Rückstoßdüsen austretenden Ölstrahlen.
Damit ist volle Wirksamkeit des Rückstoßantriebes des Rotors stets
gewährleistet.
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Wie
weiter oben schon erwähnt,
ist der Antriebsteil gegen ein Herausziehen nach oben gesichert.
Konkret erfolgt diese Sicherung bevorzugt mittels einer auf die
Achse aufgerasteten oder aufgeklemmten oder aufgeschraubten Sicherung.
Eine derartige Sicherung ist schnell und einfach anbringbar und
erfüllt
die ihr zugedachte Funktion mit hoher Zuverlässigkeit. Zudem besteht so
die Möglichkeit, im
eventuell eintretenden Ausnahmefall bedarfsweise doch den Antriebsteil
des Rotors aus der Zentrifuge zu entneh men, wenn dieser wider Erwarten
gereinigt oder ersetzt werden muß.
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Wie
vorstehend weiter oben schon erläutert, übertragen
die Drehmomentübertragungsmittel
zwar das von dem Antriebsteil erzeugte Drehmoment auf den Schmutzfangteil,
jedoch sind sie bewußt
so konstruiert, daß sie
in Axialrichtung leicht zusammenfügbar und trennbar sind, wobei
zur Verhinderung oder Begrenzung der axialen Beweglichkeit des Schmutzfangteils
relativ zum Antriebsteil gesonderte Mittel vorgesehen sind. Zur
Realisierung dieser gesonderten Mittel wird vorgeschlagen, daß der Schmutzfangteil
axial oberseitig und der Deckel axial unterseitig je eine Anlauffläche aufweisen,
die im Zusammenwirken miteinander die axiale Beweglichkeit des Schmutzfangteils
relativ zum Antriebsteil bei aufgesetztem Deckel verhindern oder
begrenzen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Begrenzung der
axialen Beweglichkeit bei abgenommenem Deckel entfällt und
daß dann
ohne weitere Eingriffe der Schmutzfangteil axial aus dem durch Abnehmen
des Deckels geöffneten
Gehäuse
der Zentrifuge entnommen werden kann.
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Als
Alternative zu der vorstehenden Ausführung wird vorgeschlagen, daß ein axial
oben mit der Achse lösbar
verbundener, die Achse radial nach außen überragender Anschlagkörper axial
unterseitig und der Schmutzfangteil axial oberseitig je eine Anlauffläche aufweisen,
die im Zusammenwirken miteinander die axiale Beweglichkeit des Schmutzfangteils
relativ zum Antriebsteil im Betrieb der Zentrifuge verhindern oder
begrenzen. In dieser Ausführung
besitzt anstelle des Deckels ein separates Bauteil, nämlich der
Anschlagkörper,
die Anlauffläche,
was eine einfachere Ausführung
des Deckels erlaubt, z.B. einen Kunststoffdeckel ohne einen für die Anlauffläche nötigen Einsatz
aus Metall.
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Um
die Zahl der benötigten
Einzelteile klein zu halten, ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Sicherung
und der Anschlagkörper
zu oder in einem Bauteil zusammengefaßt sind.
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Für Ausführungen
der Zentrifuge, bei denen auf den Rotor im Betrieb in Axialrichtung
nach oben wirkende Kräfte
in nennenswerten Umfang auftreten, schlägt die Erfindung bevorzugt
vor, daß zwischen der
axialen Oberseite des Schmutzfangteils und der axialen Unterseite
des Deckels ein weiteres Lager vorgesehen ist, das die axiale Beweglichkeit
des Schmutzfangteils relativ zum Antriebsteil bei aufgesetztem Deckel
verhindert oder begrenzt und das axial nach oben gerichtete Kräfte des
Schmutzfangteils aufnimmt, ohne daß der Rotor dabei im Betrieb
gebremst wird.
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Eine
weitere, besonders wartungsfreundliche Ausgestaltung der Freistrahlzentrifuge
ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmutzfangteil axial oberseitig und der Deckel axial unterseitig
jeweils miteinander in und außer
Eingriff bringbare Kopplungsmittel, vorzugsweise Rastmittel, aufweisen,
die bei aufgesetztem Deckel einander nicht berühren und die bei einem Abnehmen
des Deckels den Schmutzfangteil unter Trennung vom Antriebsteil nach
axial oben mitnehmen. In dieser Ausgestaltung wird bei einem Abnehmen
des Deckels des Gehäuses
der Zentrifuge gleichzeitig der Schmutzfangteil mitgenommen, was
eine besonders einfache Handhabung bei der Wartung der Zentrifuge
ergibt. Zum Einbauen eines neuen Schmutzfangteils muß dann lediglich
der alte Schmutzfangteil vom Deckel getrennt und der neue, saubere
Schmutzfangteil mit dem Deckel verbunden, vorzugsweise vorzugsweise verrastet,
werden. Danach kann durch Aufsetzen des Deckels auf das Gehäuse der
Zentrifuge gleichzeitig der Schmutzfangteil wieder ohne zusätzliche
Montageschritte mit dem zugehörigen
Antriebsteil zu dem kompletten Rotor verbunden werden. Die Drehung des
Rotors im Betrieb der Zentrifuge wird durch die Kopplungsmittel
nicht gestört,
da diese so ausgeführt und
so am Deckel und am Schmutzfangteil angeordnet sind, daß die Kopplungsmittel
der beiden Teile sich bei aufgesetztem Deckel nicht gegenseitig
berühren.
Eine störende
und Verschleiß verursachende Reibung
der Kopplungsmittel tritt so im Betrieb der Zentrifuge nicht auf.
Erst bei einem Abnehmen des Deckels treten die Kopplungsmittel miteinander
in Berührung.
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Um
auch bereits vorhandene Brennkraftmaschinen noch nachträglich mit
einer erfindungsgemäßen Zentrifuge
ausstatten zu können,
schlägt
die Erfindung weiter vor, daß der
Antriebsteil und der Schmutzfangteil im Hinblick auf ihre mit dem
Gehäuse
zusammenwirkenden Teile eine Formgebung und Bemaßung aufweisen, die einen Einbau
von Antriebseinheit und Schmutzfangteil in vorhandene, bisher mit
einem konventionellen Rotor bestückte
Zentrifugen erlauben. Somit besteht die vorteilhafte Möglichkeit
einer Nachrüstung
mit geringstem Aufwand.
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Im
Hinblick auf eine problemlose Entsorgung von mit Schmutzpartikeln
beladenen Schmutzfangteilen der Zentrifuge ist bevorzugt vorgesehen,
daß der
Schmutzfangteil metallfrei ist und daß der den Schmutzfangteil bildende
Kunststoff sortenrein, vorzugsweise ein Recyclingkunststoff, ist
und schadstofflos oder schadstoffarm verbrennbar ist.
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In
vielen Anwendungsfällen
stellt die Freistrahlzentrifuge eine Reinigungseinrichtung dar,
die in einem Ölnebenstrom
liegt; dies ist beispielsweise bei der Reinigung des Schmieröls von Brennkraftmaschinen üblicherweise
der Fall. Für
solche Anwendungen der Freistrahlzentrifuge in einem Nebenstrom
ist zweckmäßig vorgesehen,
daß in
einen der Zentrifuge das Schmieröl
zuführenden
Kanal ein Mindestdruckanlaufventil angeordnet ist, das eine Ölzufuhr
zur Zentrifuge erst nach Überschreiten
eines vorgebbaren zulaufseitigen Öldrucks freigibt. Mit dieser Ausführung der
Zentrifuge wird gewährleistet,
daß diese
erst dann von Öl
durchströmt
wird, wenn dieses in ausreichendem Umfang und mit ausreichendem Druck
zur Verfügung
steht. Für
die Brennkraftmaschine wird so sichergestellt, daß eine Schmierung
aller Schmierstellen der Brennkraftmaschine erfolgt, bevor ein Teilstrom
des Schmieröls
durch die Zentrifuge geleitet wird.
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Ein
weiterer Beitrag zu einer besonders kompakten Bauweise und zu einer
möglichst
einfachen Erstmontage der Zentrifuge besteht darin, daß sie bevorzugt
Teil eines wenigstens ein weiteres Nebenaggregat, insbesondere einen Ölfilter
und/oder einen Ölkühler, der
Brennkraftmaschine umfassenden Moduls ist, das an die Brennkraftmaschine
unter Herstellung der nötigen
Strömungsverbindungen
anflanschbar ist.
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Schließlich ist
erfindungsgemäß für die als Schmierölzentrifuge
verwendete erfindungsgemäße Freistrahlzentrifuge
noch vorgesehen, daß die
Zentrifuge in einem Nebenstrom zu dem im Hauptstrom liegenden Ölfilter
betrieben wird und daß der
durch die Zentrifuge strömende
Nebenstrom maximal 10%, vorzugsweise 5%, des Volumenstroms des Hauptstroms
umfaßt
. Der Nebenstrom, der dem Hauptstrom entzogen und durch die Zentrifuge
geleitet wird, ist in dieser Ausgestaltung so klein, daß die Schmierölversorgung
der Schmierstellen der zugehörigen
Brennkraftmaschine nicht beeinträchtigt wird.
Auf der anderen Seite reicht aber dieser volumenmäßig kleine
Nebenstrom für
eine wirksame Abscheidung von kleinen Schmutzpartikeln, insbesondere
Ruß, innerhalb
der Zentrifuge aus, wodurch ein sauberer, partikelarmer Zustand
des Schmieröls
der Brennkraftmaschine über
den gesamten Zeitraum zwischen zwei Wartungen mit Ölwechsel
gewährleistet
wird.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 eine
Freistrahlzentrifuge im Vertikalschnitt, wobei die linke Hälfte von 1 eine
erste Ausführung
und die rechte Hälfte
von 2 eine zweite Ausführung zeigt,
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2a und 2b zwei
unterschiedlich ausgeführte
Drehmomentübertragungsmittel,
-
2c einen
Teil-Vertikalschnitt durch den oberen zentralen Endbereich der Zentrifuge
in einer Abwandlung gegenüber
der 1,
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3a und 3b zwei
weitere, geänderte Drehmomentübertragungsmittel,
-
4a einen
Antriebsteil und einen Schmutzfangteil der Zentrifuge vor deren
Verbindung miteinander, in perspektivischer Ansicht,
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4b den
Antriebsteil und den Schmutzfangteil nach ihrer Verbindung miteinander
zu einem kompletten Rotor,
-
5 eine
weitere Freistrahlzentrifuge im Vertikalschnitt, auch hier mit einer
Ausführung
in der linken Hälfte
und einer anderen Ausführung
in der rechten der Figur,
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6 eine
Zentrifuge in einen Teil-Vertikalschnitt durch den Bereich ihres
Antriebteils,
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7 den
Antriebsteil aus 6 in Seitenansicht,
-
8 eine
weitere Freistrahlzentrifuge im Vertikalschnitt,
-
9 einen
Schnitt durch die Zentrifuge gemäß der Linie
IX-IX in 8,
-
10 den
Rotor der Freistrahlzentrifuge aus 14 in
einer Unteransicht,
-
11 den
Antriebsteil des Rotors aus 10 in
Seitenansicht,
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12 eine
Freistrahlzentrifuge im Vertikalschnitt, mit zwei unterschiedlich
ausgeführten Schmutzfangteilen,
die in der linken Hälfte
und in der rechten Hälfte
der Figur gezeigt sind,
-
13 eine
Freistrahlzentrifuge ebenfalls im Vertikalschnitt, mit zwei weiteren
unterschiedlich ausgeführten
Schmutzfangteilen in der linken und rechten Hälfte der Figur,
-
14 eine
Freistrahlzentrifuge wieder im Vertikalschnitt und in zwei unterschiedlichen
Ausfüh rungen
in der linken und in der rechten Hälfte der Figur,
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15 einen
unter dem Rotor liegenden Gehäuseteil
der Freistrahlzentrifuge aus 14 in Draufsicht,
-
16 einen
Teil-Horizontalschnitt durch eine Freistrahlzentrifuge,
-
17 einen
Ausschnitt aus einer Abwicklung der Drehmomentübertragungsmittel aus 18,
-
18 eine
Freistrahlzentrifuge in einem Horizontalschnitt, mit zwei unterschiedlich
ausgeführten
Schmutzfangteilen und Drehmomentübertragungsmitteln,
-
19 eine
Freistrahlzentrifuge in Horizontalschnitt mit geänderter Ausführung der
Drehmomentübertragungsmittel,
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20 einen
Teil-Vertikalschnitt durch den oberen Endbereich einer Freistrahlzentrifuge,
mit zwei unterschiedlichen Ausführungen
in der linken und rechten Hälfte
der Figur, und
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21 einen
Teil-Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführung der Freistrahlzentrifuge
im Bereich ihres oberen, zentralen Endbereichs.
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Die
in 1 dargestellte Freistrahlzentrifuge 1 besitzt
ein Gehäuse 10,
das oberseitig mit einem Schraubdeckel 14 verschlossen
ist. Im Gehäuse 10 ist
ein Gehäuseteil 10' angeordnet
und fixiert, der eine Achse 5 trägt. Auf der Achse 5 ist
ein Rotor 2 drehbar gelagert. Zur lösbaren Verbindung zwischen Gehäuse 10 und
Deckel 14 besitzt das Gehäuse 10 ein Innengewinde 11 und
der Deckel 14 ein Außengewinde 16.
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Der
im Gehäuse 10 angeordnete
Gehäuseteil 10' besitzt in
seinem Zentrum eine Achsaufnahme 12 mit einem Innengewinde,
in das ein Gewindeende 50 der Achse 5 eingeschraubt
ist. Die Achse 5 erstreckt sich nach oben durch den gesamten
Rotor 2 bis an die Innenseite des Deckels 14.
In ihrem Inneren ist die Achse 5 hohl ausgebildet und weist
dort einen zentralen Kanal 53 auf. Durch den Kanal 53 erfolgt
hier die Zuführung
von zu reinigendem Schmieröl
zum Rotor 2. Vom unteren Bereich des zentralen Kanals 53 gehen
zwei radial verlaufende Kanäle 54 ab,
die über
Zweigkanäle 33 innerhalb
eines Düsentragkörpers 31 zu
zwei Düsen 34 führen. Bei
Beschickung mit unter Druck stehendem Schmieröl treiben die Düsen 34 mittels
eines ausgestoßenen Ölstrahls nach
dem Rückstoßprinzip
den Rotor 2 an, wodurch sich dieser auf der Achse 5 um
die Drehachse 20 dreht.
-
Der
Düsentragkörper 31 ist
Teil eines Antriebsteils 3 des Rotors 2. Bei dem
in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt der
Antriebsteil 3 weiterhin einen Boden 32, der den
Düsentragkörper 31 nach
oben begrenzt. Um die Achse 5 herum verlaufend besitzt
der Antriebsteil 3 einen Rohrkörper 30, der unter
Zwischenlage von zwei Gleitlagern 51, 52 unten
und oben auf der Achse 5 gelagert ist.
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Zwischen
dem Innenumfang des Rohrkörpers 30 und
dem Außenumfang
der Achse 5 ist ein Ringkanal 30' gebildet, durch den Schmieröl in einen Schmutzfangteil 4 des
Rotors 2 einleitbar ist. Am oberen Ende des Ringkanals 30' ist im Bereich
des oberen Gleitlagers 52 eine Drosselstelle 37 vorgesehen,
die für
den Durchlaß einer
bestimmten Ölmenge bei
einem vorgegebenen Druck sorgt. Das durchgelassene Öl gelangt
drucklos über
einen Einlaß 44 in den
oberen Endbereich des Schmutzfangteils 4. Alternativ kann
hier auch statt Gleitlagers 52 der Einlaß 44 die
Drosselstelle 37 bilden.
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Nach
dem Durchströmen
des Schmutzfangteils 4 von oben nach unten gelangt das
Schmieröl durch
wenigstens einen, in 1 nicht sichtbaren, axial unten
und radial innen liegenden Auslaß aus dem Schmutzfangteil 4 heraus
in einen Ölablaufbereich 13 unterhalb
des Rotors 2. Aus dem Ölablaufbereich 13 strömt sowohl
das zentrifugierte Öl
aus dem Schmutzfangteil 4 als auch das aus den Düsen 34 ausgetretene Öl unter
Schwerkraftwirkung ab, vorzugsweise in die Ölwanne der zugehörigen Brennkraftmaschine.
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Der
Rotor 3 ist so konstruiert, daß bei abgeschraubtem Deckel 14 der
Schmutzfangteil 4 mit darin abgelagertem Schmutz unter
Trennung vom Antriebsteil 3 aus dem Gehäuse 10 entnommen werden kann.
Hierzu ist der Antriebsteil 3 mittels der Sicherung 38,
die in das obere Ende der Achse 5 eingeschraubt ist und
einen Teil der Achse 5 bildet, gegen einen axiales Abziehen
nach oben gesichert. Der Schmutzfangteil 4 ist durch eine
einfache axiale Bewegung von dem Antriebsteil 3 trennbar
und umgekehrt mit dem Antriebsteil 3 verbindbar.
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Um
eine Drehbewegung des Antriebsteils 3 zuverlässig auf
den Schmutzfangteil 4 zu übertragen, sind zwischen diesen
beiden Teilen 3 und 4 Drehmomentübertragungsmittel 6 vorgesehen.
Diese Drehmomentübertragungsmittel 6 können, je
nach Bedarf, einfach oder mehrfach vorgesehen sowie an verschiedenen
Stellen angeordnet sein. Oben in 1 sind im
Berührungsbereich
zwischen Rohrkörper 30 und Schmutzfangteil 4 erste
Drehmomentübertragungsmittel 6 vorgesehen,
die hier eine Mehrkantkontur, wie in 2a dargestellt
ist, oder eine Verzahnungskontur, wie in 2b beispielhaft
dargestellt ist, oder eine andere geeignete formschlüssige Kontur
aufweisen können.
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Rechts
unten in 1 sind zweite Drehmomentübertragungsmittel 6 dargestellt,
die in 3a in einer Teil-Unteransicht gezeigt
sind. Hier bestehen die Drehmomentübertragungsmittel 6 aus
einem Stift 46, der von einem Boden 42 des Schmutzfangteils 40 nach
unten ragt, und aus einer diesen Stift 46 aufnehmenden
Ausnehmung 36 im Boden 32 des Antriebsteils 3.
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Eine
weitere Ausführung
von Drehmomentübertragungsmitteln 6 ist
links unten in 1 gezeigt. Hier überlappen
sich der untere Endbereich einer radial äußeren Umfangswand 40 des
Schmutzfangteils 4 und ein radial äußerer, nach oben weisender
Randbereich 35 des Bodens 32 des Antriebteils 3.
Wie 3b verdeutlicht, werden hier die Drehmomentübertragungsmittel 6 durch
eine Wellenkontur gebildet, wie sie in 3b in
Seitenansicht sichtbar ist.
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Bei
der Freistrahlzentrifuge gemäß 1 verläuft die
durch die Sicherung 38 nach oben über den Rotor 2 hinaus
verlängerte
Achse bis in den Deckel, wodurch die Achse zentriert wird. Im Deckel 14 ist
das obere Ende der Sicherung 38 mittels eines metallischen
Einsatzes 15 gehalten.
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In
der linken Hälfte
von 1 ist der Schmutzfangteil 4 in einer
ersten Ausführung
dargestellt. In dieser Ausführung
besitzt der Schmutzfangteil 4 die radial äußere Umfangswand 40 sowie
einstückig
damit eine obere Wand 41 und eine radial innere Wand 43.
Nach unten hin ist hier der Schmutzfangteil 4 offen. In
zusammengebauten Zustand des Rotors 2 wird der Schmutzfangteil 4 unten
durch den Boden 32 des Antriebteils 3 verschlossen.
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Bei
der Ausführung
des Schmutzfangteils 4 gemäß der rechten Hälfte von 1 umfaßt dieser einstückig mit
der radial äußeren Umfangswand 40 die
obere Wand 41 sowie einen mit dem unteren Stirnende der
Umfangswand 40 verschweißten Boden 42. Die
Schweißnaht
zwischen diesen beiden Teilen ist durch die Bezugsziffer 40' gekennzeichnet.
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Im
Betrieb der Zentrifuge 1 können Kräfte auftreten, die zu einer
Bewegung des Rotors 2 nach oben führen. Um diese Kräfte schadlos
aufzunehmen, sind in 1 oben in der linken und in
der rechten Hälfte
zwei unterschiedliche Maßnahmen
dargestellt. In der linken Hälfte
besitzt der Schmutzfangteil 4 axial oben und radial innen
eine Anlauffläche 45, die
bei Bewegung des Rotors 2 nach oben in gleitende Anlage
an die Unterseite des Einsatzes 15 im Deckel 14 gelangt.
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In
der rechten Hälfte
von 1 ist als alternative Lösung des gleichen Problems
ein zusätzliches
Axialwälzlager 15' dargestellt,
das an der Unterseite des Deckels 14 oder an dem darin
vorgesehenen Einsatz 15 festgelegt ist. Bei einer Bewegung des
Rotors 2 nach oben legt sich dieser gegen den Einsatz 15 oder
das Wälzlager 15' an, wodurch
axiale Kräfte
mit geringer Reibung auf den Deckel 14 und über diesen
auf das Gehäuse 10 abgeleitet
werden können.
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In
der 2c ist als dritte Lösung des gleichen Problems
ein zusätzliches,
auch zur Aufnahme von axialen Kräften
ausgelegtes Radialwälzlager 15' dargestellt,
das an der Unterseite des Deckels 14 oder an dem darin
vorgesehenen Einsatz 15 festgelegt ist. Bei einer Bewegung
des Rotors 2 nach oben legt sich die obere Wand 41 des
Schmutzfangteils 4 mit ihrer oberseitigen Anlauffläche 45 gegen
den radial inneren Lagerring des Radialwälzlagers 15' an, wodurch
axiale Kräfte
mit geringer Reibung auf den Deckel 14 und über diesen
auf das Gehäuse 10 abgeleitet
werden können.
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Wie
nun wieder die 1 zeigt, sind, um das im Rotor 2 befindliche Öl ohne Schlupf
in Drehung zu versetzen, wenn der Rotor 2 beschleunigt
wird, und/oder um im Betrieb des Rotors 2 auftretende Axialkräfte aufzunehmen,
im Schmutzfangteil 4 in Radialrichtung verlaufende Leit-
und Versteifungswände 48 vorgesehen.
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Schließlich besitzt
die Freistrahlzentrifuge 1 gemäß 1 in der
Achse 5 noch ein Mindestdruckanlaufventil 7, das
in 1 in seiner Öffnungsstellung
gezeigt ist. Diese Öffnungsstellung
nimmt das Ventil 7 ein, wenn ein ausreichend hoher Schmieröldruck ansteht.
Unterhalb eines vorgebbaren Öldrucks
nimmt das Ventil seine Schließstellung
ein und die Zentrifuge 1 wird nicht von Schmieröl durchströmt, um eine
vorrangige Schmierung der Lager der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
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Im
geöffneten
Zustand des Ventils 7 gelangt das Schmieröl von unten
her durch den zentralen Kanal 53 kommend durch das Ventil 7 hindurch
und wird danach in zwei Teilströme
aufgeteilt. Ein erster Teilstrom fließt durch die Zweigkanäle 33 zu
den Düsen 34 und
treibt so den Rotor 2 über
dessen Antriebsteil 3 an. Ein zweiter Teilstrom fließt durch
den Ringkanal 30' in
Axialrichtung nach oben und gelangt über die Drosselstelle 37 unter
Druckabfall in den Schmutzfangteil 4. Der Schmutzfangteil 4 steht
damit nicht mehr unter dem von einer zufördernden Ölpumpe erzeugten hohen Öldruck,
sondern muß nur
noch die durch die Rotation auftretenden Kräfte aufnehmen, was den Rotor 2 entlastet.
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4a zeigt
in einer perspektivischen Ansicht unten den Antriebsteil 3 und
oben einen Teil des Schmutzfangteils 4 vor deren Zusammenbau.
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Der
Antriebsteil 3 besteht aus dem nach oben ragenden Rohrkörper 30 und
dem Düsentragkörper 31,
der bei dieser Ausführung
oberseitig durch den durchgehenden Boden 32 gebildet ist.
Am radial äußeren Rand
des Düsentragkgrpers 31 liegt
die Randaufkantung 35 des Bodens 32 mit ihrer
Wellenkontur, die die Drehmomentübertragungsmittel 6 bildet.
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Vom
Schmutzfangteil 4 ist in 4a nur
dessen unterer Teil mit einem Teil der Umfangswand 40 sichtbar.
Am axial unteren Ende der Umfangswand ist eine zu der Wellung des
Antriebsteils 3 passende Wellung angeformt, wodurch die
Drehmomentübertragungsmittel 6 auf
der Seite des Schmutzfangteils 4 gebildet werden. Zur Abdichtung
zwischen Antriebsteil 3 und Schmutzfangteil 4 ist
an letzterem außerdem
eine umlaufende Dichtung 62 angebracht.
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4b zeigt
den Antriebsteil 3 und den Schmutzfangteil 4 in
ihrem zu dem kompletten Rotor 2 zusammengebauten Zustand.
Die nun nicht mehr sichtbaren Drehmomentübertragungsmittel 6 befinden
sich im Eingriff miteinander, wobei dieser Eingriff durch einfaches
axiales Zusammenfügen
von Antriebsteil 3 und Schmutzfangteil 4 erreicht
ist. Ganz oben und ganz unten in 4b ist
jeweils noch ein Teil der Achse 5 erkennbar.
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5 zeigt
eine Freistrahlzentrifuge 1 in weiteren Ausführungen,
wobei jeweils in der linken und rechten Hälfte von 5 unterschiedliche
Ausführungen
gezeigt sind.
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Der
Antriebsteil 3 hat hier einheitlich die Form einer Scheibe,
durch die verschiedene Kanäle verlaufen.
Oben auf den Antriebsteil 3 ist auch hier der Schmutzfangteil 4 lösbar aufgesetzt,
wobei auch hier zum Herstellen und Lösen des Eingriffs von Antriebsteil 3 und
Schmutzfangteil 4 eine einfache axiale Bewegung relativ
zueinander genügt.
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Unten
durch den Antriebsteil 3 verlaufen in einander entgegensetzen
radialen Richtungen zwei Zweigkanäle 33, die an ihrem
Ende jeweils zu einer Rückstoßdüse 34 führen, die
zum Antrieb des Rotors 2 zwecks Drehung um die Drehachse 20 dienen. Über den
Zweigkanälen 33 verlaufen
durch den Antriebsteil 3 weitere Kanäle überwiegend in Radialrichtung,
die einen Auslaß 47 für aus dem
Schmutzfangteil 4 kommendes, zentrifugiertes Schmieröl bilden. Nach
oben hin wird der Düsentragkörper 31,
der die Zweigkanäle 33 und
die Kanäle
für den
Auslaß 47 aufweist,
durch einen Boden 32 begrenzt. Weiterhin erstreckt sich
auch hier vom Düsentragkörper 31 der Rohrkörper 30 axial
nach oben.
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Der
Schmutzfangteil 4 hat hier die Form einer unten offenen
Glocke mit einer radial äußeren Umfangswand 40 und
einer oberen, hier geschlossenen Wand 41.
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Zur Übertragung
des Antriebsdrehmoments vom Antriebsteil 3 auf den Schmutzfangteil 4 sind auch
hier Drehmomentübertragungsmittel 6 vorgesehen,
die an verschiedenen Stellen angeordnet sein können. Ähnlich wie schon anhand der
vorhergehenden 4a und 4b erläutert, können entsprechende
Drehmomentübertragungsmittel 6 im
axial unteren, radial äußeren Überlappungsbereich
zwischen Umfangswand 40 und Randaufkantung 35 des Bodens 32 vorgesehen
sein. Bei Bedarf kann dort auch eine Dichtung 62 angeordnet
sein. Eine weitere Alternative für
die Drehmomentübertragungsmittel 6 besteht
darin, daß für die Drehmomentübertragung innerhalb
des Schmutzfangteils 4 angeordnete Leit- und Versteifungswände 48 genutzt
werden. Diese Wände 48 können an
ihrem radial inneren Ende mit der Außenseite des Rohrkörpers 30 einen
Drehmomente übertragenden
Eingriff bilden, wobei der Eingriff durch axiales Aufschieben des
Schmutzfangteil 4 auf den Antriebsteil 3 hergestellt
und durch eine umgekehrte axiale Bewegung gelöst werden kann.
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Auch
bei den Beispielen gemäß 5 umfaßt die Freistrahlzentrifuge 4 ein
Gehäuse 10 mit
einem darin angeordneten Gehäuseteil 10'. Dieser Gehäuseteil 10' besitzt in
seinem Zentrum eine Achsaufnahme 12, in die die Achse 5 für den Rotor 2 mit einem
unteren Gewindeende 50 eingesetzt ist.
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Die
Achse 5 erstreckt sich in dieser Ausführung frei nach oben verlaufend
durch den größten Teil der
Höhe des
Rohrkörpers 30,
wobei die Achse 5 aber innerhalb des Rotors endet. Deshalb
kann der Schmutzfangteil 4 hier auch, wie zuvor erwähnt, mit einer
geschlossenen oberen Wand 41 ausgeführt sein.
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Zur
Lagerung des Antriebsteils 3 auf der Achse 5 dienen
hier unten ein Gleitlager 51 und oben ein Wälzlager 52.
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Zur
Zuführung
von Schmieröl
dient hier wieder ein zentraler Kanal 53 in der Achse 5.
Im unteren Bereich des Kanals 53 gehen von diesem die radialen
Kanäle 54 ab,
die eine Verbindung zu den Zweigkanälen 33 im Düsentragkörper 31 bilden
und die unter Druck stehendes Schmieröl zu den Düsen 34 führen.
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Der
Kanal 53 verläuft
in der Achse 5 nach oben weiter bis nahe an deren oberes
Ende. Dort befindet sich eine relativ kleine radiale Bohrung, die eine
Drosselstelle 37 bildet. Durch diese Drosselstelle 37 gelangt
ein vorgebbarer Teilstrom an Schmieröl unter Druckabbau zu den Einlässen 44 und
durch diese in das Innere des Schmutzfangteils 4, um dort zentrifugiert
zu werden.
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Ein
geringer Bruchteil dieses Teilstroms fließt aus dem Bereich hinter der
Drosselstelle 37 unter Schwerkraftwirkung durch das Wälzlager 52 hindurch
in den Ringkanal 30' und
in diesem nach unten. An seinem unteren Ende steht der Ringkanal 30' hier mit dem
Schmierölauslaß 47 des
Schmutzfangteils 4 in Verbindung, wodurch das Öl aus dem
Ringkanal 30' und
das Öl
aus dem Schmutzfangteil 4 gemeinsam in den Ölbereich 13 abgeführt werden.
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An
der Unterseite der oberen Wand 41 des Schmutzfangteils 4 ist
ein nach unten vorragender Kragen 41' angeformt, der radial außen von
den Einlässen 44 liegt.
Der Kragen 41' sorgt
für eine
gleichmäßige Verteilung
des in den Schmutzfangteil 4 eintretenden Ölstroms
in Umfangsrichtung, um eine gleichmäßige Schmutzablagerung im Schmutzfangteil 4 in
dessen Umfangsrichtung zu gewährleisten.
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Zur
Aufnahme von nach oben hin wirkenden Kräften sind hier in der linken
und rechten Hälfte
der 5 zwei unterschiedliche Maßnahmen dargestellt. Links
sind zwei zusammenwirkende Anlaufflächen vorgesehen, wobei die
Anlauffläche 45 Teil
der oberen Wand 41 des Schmutzfangteils 4 und
die andere Anlauffläche
Teil eines metalli schen Einsatzes 15 im Deckel 14 ist.
In der rechten Hälfte
von 5 ist als Alternative ein zusätzliches Wälzlager 15' dargstellt, das
einerseits am Deckel 14 befestigt ist und anderseits im
zusammengebauten Zustand der Zentrifuge 1 an dem Schmutzfangteil 4 anliegt.
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Schließlich zeigt
die 5 ganz oben in ihrem Zentrum noch Kopplungsmittel 49,
hier in Form von flexiblen Schnapphaken. Diese Kopplungsmittel 49 dienen
dazu, bei einem Abschrauben des Deckels 14 den Schmutzfangteil 4 gleichzeitig
mit nach oben zu bewegen und den Schmutzfangteil 4 dadurch ohne
weitere Maßnahmen
von dem Antriebsteil 3 zu trennen. Dadurch wird eine besonders
einfacher und saubere Handhabung erreicht.
-
Unterhalb
des Antriebsteils 3 befindet sich auch hier ein Ölablaufbereich 13,
von dem aus das aus Düsen 34 ausgetretene
Schmieröl
und das aus dem Auslaß 47 kommende
Schmieröl
drucklos und unter Schwerkraftwirkung zur Ölwanne der zugehörigen Brennkraftmaschine
abfließt.
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6 zeigt
eine Abwandlung der Freistrahlzentrifuge 1 aus 5,
die den Antriebsteil 3 betrifft. Bei der Ausführung gemäß 6 ist
der Antriebsteil 3 flacher ausgeführt und umfaßt in seinem
Düsentragkörper 31 nun
nur noch die Zweigkanäle 33 für die Versorgung
der Düsen 34.
Der Auslaß 47 für das zentrifugierte
Schmieröl
aus dem Schmutzfangteil 4 ist hier aus der Radialrichtung
des Düsentragkörpers 31 heraus
in einen axialen, achsnäheren
Verlauf verlegt, wodurch eine größere Höhe für den Schmutzfangteil 4 zur
Verfügung
steht. Dabei umfaßt
der Auslaß 47 vorzugsweise
mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete parallele Kanäle, von
denen 6 nur einen zeigt. Ansonsten entspricht die in 6 aus schnittsweise
dargestellt Zentrifuge 1 der Ausführung gemäß 5.
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7 zeigt
den Antriebsteil 3 der Zentrifuge 1 aus 6 in
einer Ansicht gemäß der Blickrichtung Z
in 6. Unten in 7 ist der
Düsentragkörper 31 mit
der dem Betrachter zugewandten Düse 34 sichtbar.
Nach oben wird der Düsentragkörper 31 durch den
flachen Boden 32 begrenzt. Zentral erstreckt sich vom Düsentragkörper 31 der
Rohrkörper 30 nach oben,
vom dem hier nur ein kleiner Teil dargestellt ist.
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8 zeigt
wieder im Vertikalschnitt eine weitere Freistrahlzentrifuge 1,
für die
charakteristisch ist, daß sie
keine feste durchgehende Achse aufweist. Vielmehr erfolgt hier die
Lagerung des Rotors 2 mittels zweier Achsstummel, die mit
dem Antriebsteil 3 verbunden sind.
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Der
Antriebsteil 3 besitzt auch hier einen Düsentragkörper 31,
der nun die Form von zwei radial nach außen und schräg nach unten
weisenden, rohrförmigen
Armen hat. Durch jeden Arm verläuft
einer der Zweigkanäle 33 jeweils
zu einer Düse 34 am Ende
der Arme. Der Düsentragkörper 31 ist
hier mit einem nach oben verlaufenden Rohrkörper 30 einstückig ausgeführt oder
verbunden, z.B. verschweißt. Am
unteren Ende des Rohrkörpers 30 ist
ein erster Achsstummel 5' vorgesehen,
der hier durch ein eingepreßtes
Drehteil gebildet ist. Am oberen Ende des Rohrkörpers 30 ist ein oberer
Achsstummel 5" eingesetzt.
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Der
untere Achsstummel 5' liegt
in einem unteren Gleitlager 51, wobei durch einen unten
angeordneten, radial nach außen
vorragenden Bund am unteren Achsstummel 5' dessen axiale Beweglichkeit nach
oben begrenzt ist. Dadurch wird auch die axiale Beweglichkeit des
Antriebsteils 3 insgesamt entsprechend begrenzt.
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Der
obere Achsstummel 5" ragt
in ein oberes Wälzlager 52 hinein,
das seinerseits am Deckel 14 des Gehäuses 10 der Zentrifuge 1 festgelegt
ist.
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Mit
dem Antriebsteil 3 ist auch hier der Schmutzfangteil 4 lösbar verbunden,
wobei auch hier das Verbinden und Lösen einfach mittels axialer
Bewegungen erfolgt.
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Der
Schmutzfangteil 4 bildet hier einen aus zwei zuvor separat
gefertigten Teilen bestehenden Hohlkörper, wobei die beiden Teile
entlang einer Schweißnaht 40', z. B. mittels
Spiegelschweißens, miteinander
dauerhaft verbunden sind. Dabei umfaßt der Schmutzfangteil 4 hier
eine radial äußere Umfangswand 40,
eine obere Wand 41 und einen Boden 42. Radial
innen ist der Schmutzfangteil 4 hier ohne eine eigene Wand
ausgeführt.
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Zur Übertragung
des vom Antriebsteil 3 erzeugten Drehmoments auf den Schmutzfangteil 4 dient
hier eine besondere Kontur der Unterseite des Bodens 42 des
Schmutzfangteils 4. Der Boden 42 ist so geformt,
daß er
in Umfangsrichtung gesehen die Arme des Düsentragkörpers 31 übergreift.
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Diese
Formgebung und das Zusammenwirken der Konturen wird in 9 deutlich,
die einen Teilschnitt gemäß der Linie
IX-IX in 8 zeigt. Bei der Ausführung gemäß 9 wird
zusätzlich
eine leichte Rastwirkung erzielt, wodurch der Schmutzfangteil 4 an
einer selbsttätigen
Bewegung nach oben vom Antriebsteil 3 weg gehindert wird.
Gleichzeitig bleibt aber diese Rastverbindung durch manuelles Ausüben einer
axialen Zugkraft zwecks Trennung des Schmutzfangteils 4 vom
Antriebsteil 3 sehr leicht lösbar.
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Die
Zuführung
des zu reinigenden Schmieröls
erfolgt, wie nun wieder die 8 zeigt,
auch hier von unten her durch den zentralen Kanal 53, der
zunächst
durch den unteren Achsstummel 5' verläuft. Nach oben hin schließt sich
an den Achsstummel 5' das
Mindestdruckanlaufventil 7 an, das hier in seiner Schließstellung
gezeigt ist. In offener Stellung ist der untere Bereich des zentralen
Kanals 53 mit den Zweigkanälen 33, die zu den
Düsen 34 führen, verbunden.
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Durch
einen das Ventil 7 bildenden Ventilkörper verläuft ein kleiner Kanal in Axialrichtung,
der eine Drosselstelle 37 für den Schmierölteilstrom
bildet, der dem Schmutzfangteil 4 zugeleitet wird. Nach dem
Durchströmen
der Drosselstelle 37 fließt das zu zentrifugierende
Schmieröl
drucklos durch den oberen Teil des Kanals 53 im Rohrkörper 30 nach
oben und gelangt von dort durch Einlässe 44 in den oberen Bereich
des Schmutzfangteils 4.
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Das
zentrifugierte Schmieröl
verläßt den Schmutzfangteil 4 radial
innen und axial unten durch den Auslaß 47. In der rechten
Hälfte
von 8 sind im Bereich des Auslasses 47 Umlenkrippen 17 einerseits
am Antriebsteil 3 und andererseits am Gehäuseteil 10' dargestellt.
Diese Rippen 17 sorgen dafür, daß der aus dem Auslaß 47 kommende Ölstrom vergleichmäßigt wird,
um den Antrieb durch die aus den Düsen 43 austretenden Ölstrahlen
nicht zu behindern.
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Eine
alternative Ausführung
ist unten in der linken Hälfte
von 8 dargestellt. Hier ist anstelle der Rippen 17 eine
Abschirmscheibe 17' eingebaut, die
parallel zu der Oberfläche
des Gehäuseteils 10' mit Abstand
von dessen Oberseite verläuft.
Der aus dem Auslaß 47 kommende zentrifugierte Ölteilstrom fließt unterhalb
der Abschirmscheibe 17' ab;
die Ölstrahlen,
die aus den Düsen 34 austreten,
prallen auf die Oberseite der Abschirmscheibe 17'; radial weiter außen und
axial weiter unten treffen die beiden Ölströme dann wieder zusammen und
werden vereinigt aus dem Ölablaufbereich 13 zur Ölwanne der
zugehörigen
Brennkraftmaschine abgeleitet.
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10 zeigt
den Rotor 2 aus 14 in
einer Unteransicht. Radial außen
liegt der Schmutzfangteil 4 mit seiner Umfangswand 40 und
seinem nun dem Betrachter zugewandten Boden 42.
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Weiter
innen ist der Antriebsteil 3 erkennbar. Dieser umfaßt den Rohrkörper 30 und
von diesem ausgehend den die Form von zwei Armen aufweisenden Düsentragkörper 31 mit
den Rückstoßdüsen 34. Konzentrisch
zum zentralen Rohrkörper
verlaufen die Umlenkrippen 17.
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Die
Drehmomentübertragungsmittel 6 werden
hier zwischen der dem Betrachter zugewandten Unterseite des Bodens 42 und
dem Düsentragkörper 31 durch
sich gegenseitige übergreifende
Konturen gebildet, die durch Bewegung in Axialrichtung relativ zueinander
in und außer
Eingriff bringbar sind.
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11 zeigt
den Antriebsteil 3 aus 8 und 10 nun
für sich
in einer Seitenansicht. Den zentralen Teil des Antriebsteils 3 bildet
der nach oben ragende Rohrkörper 30.
Von diesem gehen unten nach links und rechts die beiden Arme, die
den Düsentragkörper 31 bilden,
ab. Am radial äußeren Ende des
Düsentragkörpers 31 sind
die beiden Rückstoßdüsen 34 sichtbar.
Vom Düsentragkörper 31 geht
außerdem
jeweils ein kurzer Abschnitt der Umlenkrippen 17 nach unten
aus. Im zusammengebauten Zu stand von Antriebsteil 3 und
Schmutzfangteil 4 ergänzen
sich die Umlenkrippen 17 am Antriebsteil 3 mit den
Umlenkrippen 17 am Boden 42 des Schmutzfangteils 4 zu
dem in 10 sichtbaren geschlossenen
Kranz von Umlenkrippen 17. Zur Vermeidung von Leckagen
im Berührbereich
sind dort die Rippenkonturen überlappend
ausgeführt.
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Die 12 zeigt
einen Rotor mit zwei unterschiedlich ausgeführten Schmutzfangteilen, die
jeweils in der linken bzw. rechten Hälfte von 12 dargestellt
sind. In der linken Hälfte
von 12 besitzt der Schmutzfangteil 4 eine
radial äußere Umfangswand 40.
Oben ist der Schmutzfangteil 4 durch einen eigenen Deckel 41 verschlossen,
der die Umfangswand 40 radial außen übergreift. In ähnlicher Weise
ist unten der Schmutzfangteil 4 durch einen separaten Boden 42 verschlossen,
wobei hier radial innen der Auslaß 47 für das zentrifugierte
Schmieröl offen
gelassen ist. Im Inneren des Schmutzfangteils 4 sind radial
verlaufende Leit- und Versteifungswände 48 angeordnet,
die beispielsweise mit der Umfangswand 40 verbunden oder
einstückig
sind. Radial innen besitzt der Schmutzfangteil 4 keine
eigene Wand.
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In
der rechten Hälfte
von 12 besitzt der Schmutzfangteil 4 wieder
eine radial äußere Umfangswand 40,
die hier aber einstückig
mit dem Boden 42 ausgeführt
ist. Oberseitig ist auch hier der Schmutzfangteil 4 durch
einen eigenen Deckel 41 verschlossen.
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Der
Antriebsteil 3 sitzt hier unter Zwischenlage von zwei Gleitlagern 51, 52 auf
einer fest montierten Achse 5, die den gesamten Rotor 2 durchsetzt. Der
Antriebsteil 3 setzt sich wieder zusammen aus dem Rohrkörper 30 und
einem Düsentragkörper 31, hier
in Form von zwei nach außen
wei senden Armen, von dem in 12 nur
ein Arm gezeigt ist.
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Die
Drehmomentübertragungsmittel 6 können hier
so ausgeführt
werden, wie schon anhand von 8 und 9 beschrieben.
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In
der Achse 5 sitzt auch hier ein Mindestdruckanlaufventil 7,
das erst bei einem gewissen Mindestdruck einen Ölstrom durch den Rotor 2 erlaubt. In
der in 12 gezeigten geschlossen Stellung
des Ventils 7 ist ein Ölstrom
gesperrt.
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Ganz
unten in 12 ist noch ein kleiner Teil des
Gehäuses 10 sichtbar,
das die Achse 5 trägt. Ganz
oben in 12 ist ein kleiner Ausschnitt
des Deckels 14 dargestellt, in dem das obere Ende der Achse 5 zentriert
ist.
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13 zeigt
in gleicher Darstellung wie die 12 zwei
weitere Ausführungen
des Schmutzfangteils 4. Dabei entsprechen die Schmutzfangteile 4,
die in der linken und der rechten Hälfte von 13 dargestellt
sind, im wesentlichen den Schmutzfangteilen 4, die in der
linken und der rechten Hälfte
von 12 dargestellt sind, mit dem Unterschied, daß bei den
Ausführungen
gemäß 13 jeweils
der Schmutzfangteil 4 jeweils noch eine eigene radial innere
Wand 43 umfaßt.
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Bei
der in der linken Hälfte
von 13 gezeigten Ausführung des Schmutzfangteils 4 umfaßt dieser
neben der radial äußeren Umfangswand
und dem oberen Deckel 41 und dem Boden 42 noch
die radial innere Wand 43. Die Wände 40 und 43 sind über die
radial verlaufenden Leit- und Versteifungswände 48 miteinander
verbunden.
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Bei
der in 13 in deren rechter Hälfte dargestellten
Ausführung
des Schmutzfangteils 4 besitzt dieser eine Umfangswand 40 und
einstückig
damit einen Boden 42 und die radial innere Wand 43.
Oben ist auch hier ein separater Deckel 41 angebracht.
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Die
Drehmomentübertragungsmittel 6 sind hier
wieder entsprechend der Ausführung
gemäß den 8 und 9 ausgeführt.
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Die
Lagerung des Rotors 2 erfolgt bei allen Ausführungen,
die in den 12 und 13 dargestellt
sind, mittels je eines unteren Gleitlagers 51 und oberen
Gleitlagers 52, die jeweils zwischen Achse 5 und
Antriebsteil 3 liegen.
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Auch
bei allen Ausführungen
gemäß den 12 und 13 ist
nach Abnehmen des hier nur angedeuteten Schraubdeckels 14 und
nach Lösen einer
mit dem oberen Ende der Achse 5 verbundenen Sicherung der
Schmutzfangteil 4 nach oben hin durch eine axiale Bewegung
von dem Antriebsteil 3 zwecks Entsorgung trennbar.
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14 zeigt
in ihrer linken und rechten Hälfte
zwei weitere Ausführungen
der Freistrahlzentrifuge 1, die teilweise mit der Ausführung gemäß 8 übereinstimmen.
Der wesentliche Unterschied besteht in einer anderen Lagerung des
Rotors 2, der in 14 auf
einer durchgehenden Achse 5 gelagert ist, die sich durch
den Rotor 2 hindurch bis zum Deckel 14 des Gehäuses 10 erstreckt.
Dabei ist die Achse 5 mit einem unteren Gewindeende 50 in
einer zentralen Achsaufnahme 12 im Gehäuseteil 10' des Gehäuses 10 gehaltert.
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Der
Antriebsteil 3 besitzt hier wieder einen zentralen, nach
oben verlaufenden Rohrkörper 30 und
einen die Form von zwei Armen aufweisenden Düsentragkörper 31 mit Zweigkanälen 33 und
Düsen 34.
Der Antriebsteil 3 ist unten mittels eines Gleitlagers 51 und
oben alternativ entweder mittels eines oberen Gleitlagers 52 oder
eines oberen Wälzlagers 52 auf
der Achse 5 gelagert.
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Der
Schmutzfangteil 4 ist hier wieder aus zwei miteinander
entlang einer Schweißnaht 40' verschweißten Einzelteilen,
vorzugsweise Spritzgußteilen
aus Kunststoff, gebildet, wobei in der linken Hälfte von 14 der
Schmutzfangteil 4 ohne radial innere Wand und in der rechten
Hälfte
von 14 mit einer radial inneren Wand 43 ausgebildet
ist.
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In
dem zentralen Kanal 53 der Achse 5 ist auch hier
wieder ein Mindestdruckanlaufventil 7 angeordnet, das in 14 in
Schließstellung
gezeigt ist. In offener Stellung gelangt Schmieröl durch den unteren Bereich
des zentralen Kanals 53 am Ventil 7 vorbei durch
den radialen Kanal 54 zum einen in die Zweigkanäle 33 zu
den Düsen 34 und
zum anderen in den Ringkanal 30' zwischen Innenumfang des Rohrkörpers 30 und
Außenumfang
der Achse 5. Dieser zweite, durch den Ringkanal 30' strömende Teilstrom
gelangt am oberen Lager 52 vorbei durch den oberen Einlaß 44 gedrosselt
in das Innere des Schmutzfangteils 4 und wird dort zentrifugiert.
Da der hydraulische Druck des Teilstroms auf dem Weg zum Schmutzfangteil 4 schon
abgebaut ist, steht der Schmutzfangteil 4 auch hier nur
unter dem durch die Zentrifugalkraft bei der Rotation erzeugten
Kräften.
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Ganz
oben in 14 ist in der rechten Hälfte eine
einfache Zentrierung des oberen Endes der Achse 5 im Deckel 14 dargestellt.
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In
der linken Hälfte
von 14 ist ganz oben eine Ausführung gezeigt, die Kopplungsmittel 49 aufweist,
um bei einem Losdrehen des Schraubdeckels 14 den Schmutzfangteil 4 vom
Antriebsteil 3 ohne weitere Maßnahmen zu trennen und mit
nach oben zu bewegen.
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Zur
Aufnahme von nach oben gerichteten Kräften, die auf den Rotor 2 wirken,
ist in der linken Hälfte
von 14 oben zwischen dem Deckel 14 und der
oberen Wand 41 des Schmutzfangteils 4 ein zusätzliches
Wälzlager 15' vorgesehen.
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Unterhalb
des Antriebsteils 3 sind in 14 alternativ
rechts Umlenkrippen 17 und links eine Abschirmscheibe 17' dargestellt,
die schon anhand von 8 erläutert wurden.
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15 zeigt
eine Draufsicht auf den zentralen Bereich des Gehäuseteils 10' aus der rechten Hälfte von 14,
der unter dem Rotor 2 liegt. Hier wird besonders die Anordnung
der Umlenkrippen 17 auf dem Gehäuseteil 10' deutlich. Im
Zentrum von 15 ist der zentrale Kanal 53 sichtbar,
der von der Achsaufnahme 12, in die hier die Achse 5 nicht
eingesetzt ist, umgeben ist.
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16 zeigt
ein erstes Beispiel für
die Anordnung und Gestaltung der Drehmomentübertragungsmittel 6 radial
innen zwischen dem Rohrkörper 30 und
den in Radialrichtung verlaufenden Leit- und Versteifungswänden 48 des
Schmutzfangteils 4. Der Rohrkörper 30 ist dazu mit
nach außen
hin offenen Nuten ausgeführt,
die jeweils das radial innere Ende der Wände 48 in sich aufnehmen.
Auf diese Weise kann ein vom Antriebsteil 3 erzeugtes Drehmoment vom
Rohrkörper 30 über die
mit diesem in Eingriff stehenden Wände 48 auf den Schmutzfangteil 4 übertragen
werden.
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Gleichzeitig
verdeutlicht die 16, daß der Eingriff zwischen Rohrkörper 30 und
Wänden 48 auch
hier einfach durch eine axiale Bewegung des Schmutzfangteils 4 relativ
zum Antriebsteil 3 hergestellt und gelöst werden kann. Der Rohrkörper 30 kann
hier bei Herstellung als Druckgußteil an seinem Außenumfang
einfach in zwei entgegengesetzte radiale Richtungen entformt werden.
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Ganz
im Zentrum der 16 ist noch die Achse 5 mit
dem darin angeordneten Ventil 7 erkennbar. Zwischen dem
Außenumfang
der Achse 5 und dem Innenumfang des Rohrkörpers 30 verläuft der Ringkanal 30' für die Zuführung von
Schmieröl
zum Schmutzfangteil 4.
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Im
Hintergrund liegt in 16 der Boden 42 des
Schmutzfangteils 4. Unter diesem Boden 42 befindet
sich der Düsentragkörper 31.
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Die 17 zeigt
anhand einer Teil-Abwicklung die Drehmomentübertragungsmittel 6 aus 16.
Hier wird besonders deutlich, daß die Drehmomentübertragungsmittel 6 jeweils
mit Einlauf spitzen und/oder Einlauf schrägen 61 ausgeführt sind, wodurch
die Drehmomentübertragungsmittel
bei ihrem Zusammenfügen
selbstfindend sind.
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18 zeigt
zwei zu der Ausführung
gemäß 16 alternative
weitere Ausgestaltungen. Im linken Teil der 18 ist
der Schmutzfangteil 4 mit einer radial äußeren Umfangswand 40 und
mit radial verlaufenden Leit- und Versteifungswänden 48 ausgeführt. Das
radial innere Ende der Wände 48 bildet jeweils
zusammen mit am Rohrkörper 30 vorgesehenen
Nuten die Drehmomentübertragungsmittel 6.
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In
einem rechts in 18 liegenden, herausgebrochenen
Ausschnitt ist der Schmutzfangteil 4 zusätzlich mit
einer radial inneren Wand 43 ausgebildet, die über die
radial verlaufenden Wände 48 mit
der radial äußeren Umfangswand 40 verbunden
ist. Bei dieser Ausführung
ragt jede zweite radial verlaufende Wand 48 radial nach
innen über
die radial innere Wand 43 hinaus und steht dort in Eingriff
mit axialen Nuten am dem Rohrkörper 30,
um die Drehmomentübertragungsmittel 6 zu
bilden.
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Auch
in den beiden Ausführungen
gemäß 18 kann
der Eingriff der Drehmomentübertragungsmittel 6 durch
eine einfache axiale Bewegung des Schmutzfangteils 4 relativ
zum Antriebsteil 3 hergestellt und gelöst werden.
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19 zeigt
noch eine weitere Abwandlung der Drehmomentübertragungsmittel 6 gemäß den 16 und 18.
Die Abwandlung gemäß 19 ist
links oben in dieser Figur herausgebrochen dargestellt. Hier sind
die Drehmomentübertragungsmittel 6 in
Form von Nut und Feder mit einem Hinterschnitt ausgeführt. In
dieser Ausführung
können
in Radialrichtung von innen nach außen wirkende Kräfte von den
Wänden 48 an
den Rohrkörper 30 abgeleitet werden.
Zugleich bleibt es möglich,
den Eingriff der Drehmomentübertragungsmittel 6 durch
axiales Bewegen des Schmutzfangteils 4 relativ zum Antriebsteil 3 herzustellen
und zu lösen.
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20 zeigt
in einem Teil-Vertikalschnitt durch den oberen Bereich der Zentrifuge 1 eine
Abwandlung der Zentrifuge 1 aus 5. Die Abwandlung
besteht darin, daß bei
der Zentrifuge 1 gemäß 20 die
Zuführung
des Schmierölteilsstroms,
der zu zentrifugieren ist, von oben her erfolgt. Hierzu ist im Schraubdeckel 14 ein
Zuführkanal 18 ausgeformt, der
von unten kommend parallel zur Oberfläche des Deckels 14 verläuft und
der im Zentrum des Deckels 14 in Richtung nach unten zum
Schmutzfangteil 4 hin ausmündet.
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Der
Schmutzfangteil 4 besitzt hier eine radial äußere Umfangswand 40 sowie
eine obere Wand 41, die in ihrem Zentrum einen Einlaß 44 aufweist,
der in Axialrichtung gesehen genau gegenüber der Ausmündung des
Kanals 18 liegt. Bei Zuführung des zu zentrifugierenden
Schmieröls
durch den Kanal 18 strömt
das Schmieröl
aus dem deckelseitigen Ende des Kanals 18 in Vertikalrichtung
von oben nach unten durch den Einlaß 44 in das Innere
des Schmutzfangteils 4.
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In
den übrigen
in 20 sichtbaren Teilen entspricht die Zentrifuge 1 dem
Beispiel gemäß 5.
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21 schließlich zeigt
in einer vergrößerten Schnittdarstellung
einen Ausschnitt aus dem oberen Bereich einer Zentrifuge. Rechts
in 21 ist die Sicherung 38 erkennbar, die
als separates Bauteil in das obere Ende der Achse 5 eingeschraubt
ist. Die Sicherung 38 sorgt dafür, daß der Schmutzfangteil 4, von
dem hier nur dessen obere wand 41 sichtbar ist, sich im
Betrieb der Zentrifuge nicht relativ zum Antriebsteil 3 nach
oben hin bewegen kann.
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Von
dem Antriebsteil 3 ist in 21 nur
der obere Endbereich des Rohrkörpers 30 erkennbar. Zwischen
diesem und der Achse 5 ist das obere Gleitlager 52 angeordnet.
Das Gleitlager 52 hat relativ dem Rohrkörper 30 ein solches
Spaltmaß,
daß der Lagerspalt
die gewünschte
Drosselstelle 37 für
den Ölstrom
zum Schmutzfangteil bildet. In der Drosselstelle 37 wird
der Öldruck
des zum Schmutzfangteil 4 strömenden Ölteilstroms abgebaut. Danach
fließt das Öl drucklos
durch den Einlaß 44 in
das Innere des Schmutzfangteils 4.
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Zur
Zentrierung der Achse 5 liegt ein oberer Endbereich der
Sicherung 38 zentriert in einem Einsatz 15 aus
Metall, der seinerseits in den aus Kunststoff bestehenden Schraubdeckel 14 zentrisch
eingesetzt ist.
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Neben
dem Schraubdeckel 14 besteht bevorzugt auch der Schmutzfangteil 4 mit
seinen Einzelteilen aus Kunststoff, um den Schmutzfangteil 4 kostengünstig herstellen
und umweltverträglich
entsorgen, vorzugsweise verbrennen zu können.