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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Erfassung der Drehzahl zumindest eines rotierenden Abscheideelements zumindest eines Abscheiders, umfassend zumindest ein, mit dem Abscheideelement in Wirkverbindung stehendes und/oder zumindest bereichsweise von dem Abscheideelement umfasstes drehbares Element, sowie einen Abscheider mit solch einer Messeinrichtung.
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Abscheider zum Abscheiden von Öl mit einer Welle, mindestens einem drehbaren Element und einem Gehäuse sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden dort auch als Zentrifugalabscheider, oder auch als Ölabscheider bezeichnet.
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Beispielsweise werden Zentrifugalabscheider genutzt zum Abscheiden von Ölpartikeln aus dem Kurbelgehäuseentlüftungsgas, das auch als Blow-By Volumenstrom bezeichnet wird, einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Hierfür dreht, bzw. rotiert die Welle mit daran angeordneten Tellerelementen mit einer hohen Drehzahl, die typischerweise in einem Bereich zwischen 5.000 und 10.000 Umdrehungen pro Minute liegt, und trennt durch die auftretenden Zentrifugalkräfte das Öl aus dem Blow-By Volumenstrom. Durch die Rotation der Tellerelemente schlagen sich Ölpartikel, die in dem eingeleiteten Blow-By Volumenstrom enthalten sind, auf den Oberflächen der Tellerelemente nieder und werden durch Zentrifugalkräfte auf den Innenumfang des Gehäuses von dem Zentrifugalabscheider abgeschleudert, wo ein Ölleiteinsatz dafür sorgt, dass das Öl gesondert gesammelt wird.
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Für die Ansteuerung eines solchen Zentrifugalabscheiders ist eine Sensierung der Drehzahl des Zentrifugalabscheiders während des laufenden Betriebs von großer Bedeutung, um somit eine Aussage über die unterschiedlichen Betriebszustände des Zentrifugalabscheiders machen zu können und insbesondere den Abscheidegrad zu maximieren. Besonders wichtig ist es auch, dass zu hohe Drehzahlbereiche erkannt werden können, um unsicheren Betriebszustände vorzubeugen.
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Aus dem Stand der Technik sind zur Drehzahlsensierung verschiedene Techniken bekannt.
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Beispielsweise können Daten von dem Antriebsmittel des Zentrifugalabscheiders, beispielsweise der Eingangsstrom in einen Elektromotor des Zentrifugalabscheiders, verwendet werden, um Aussagen bzgl. der Drehzahl treffen zu können. Allerdings ist eine Drehzahlsensierung, wie zuvor beschrieben, nicht unbedingt verlässlich, da die Drehzahl nicht an einem drehbaren Element des Zentrifugalabscheiders ermittelt wird und nicht immer ein lineares Verhältnis von aufgenommenen Daten und Drehzahl bestehen muss.
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Daher wird im Stand der Technik oft auf eine Sensor-Zahnrad-Kombination zurückgegriffen, bei der mechanisch mittels des Zahnrads eine Drehbewegung, beispielsweise der rotierenden Welle ermittelt wird. Diese Form der Drehzahlsensierung ist jedoch sehr aufwendig und benötigt viel Bauraum.
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Eine andere Art der Drehzahlsensierung wird beispielsweise in der
EP 0 494 421 A beschrieben. Hier ist ein Magnet an einem drehbaren Element angeordnet und wird mit jeder Drehung an einem Hallsensor vorbeigeführt. Diese Art der Drehzahlsensierung erlaubt aber lediglich eine Aussage darüber, dass eine Drehbewegung stattfindet, aber keine genaue Aussage, wie schnell sich das drehbare Element dreht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Drehzahlsensierung in einem Abscheider bereitzustellen, die eine genaue Drehzahlbestimmung ermöglicht, kompakt ist und einfach in einen Abscheider zu integrieren ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erfüllt, dass die Messeinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein Dehnungssensor, mit dem drehbaren Element in Wirkverbindung steht, wobei mittels des Dehnungssensors ein eine Drehzahl des drehbaren Elements und/oder des Abscheideelements repräsentierendes Signal erzeugbar ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Dehnungssensor zumindest einen Dehnungsmessstreifen, zumindest ein Prepreg-Material und/oder gedruckte oder geklebte Leitungen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Dehnungssensor auf dem drehbaren Element angeordnet, insbesondere aufgedruckt und/oder aufgeklebt, insbesondere mittels einer verdruckbaren Tinte umfassend Aluminium-, Silber- Kupfer-, und/oder andere leitfähige Bestandteile, und/oder elektrisch leitfähige Polymere, und/oder wobei vorzugsweise das drehbare Element zumindest ein Kunststoffmaterial umfasst.
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Auch wird in einer Ausführungsform vorgeschlagen, dass der Dehnungssensor so auf einer Oberfläche des drehbaren Elements angeordnet ist, dass der Dehnungssensor eine Kreisbahn umläuft, wenn das drehbare Element gedreht wird.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Dehnungssensor so auf der Oberfläche des drehbaren Elements angeordnet ist, dass wenn sich die Oberfläche des drehbaren Elements in Abhängigkeit der Drehzahl verformt, sich der Dehnungssensor im wesentlichen gleichförmig zu der Oberfläche des drehbaren Elements verformt und/oder dazu angepasst ist, eine intrinsische Eigenschaft, insbesondere seinen Widerstandswert, mit zunehmender Verformung zu ändern.
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In einer Ausführungsform ist der Dehnungssensor an einem Umfang des drehenden Elements angeordnet ist.
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Dabei kann die Fläche des Dehnungssensors mindestens ein Viertel, die Hälfte, und/oder im wesentlichen den Umfang des drehbaren Elements umfassen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung zumindest ein Auswertemittel und zumindest ein Empfangsmittel, wobei vorzugsweise das Auswertemittel zumindest ein Sendemittel und/oder zumindest ein Messmittel umfasst, wobei insbesondere das Auswertemittel mit dem Dehnungssensor gekoppelt ist und/oder angepasst ist, mittels des Sendemittels zumindest eine Information bezüglich eines mittels des Messmittels ermittelten Drehgeschwindigkeitswerts, die vorzugsweise die Brückenspannung einer Messbrücke umfasst, in welcher der Dehnungssensor verwendet wird, besonders bevorzugt die Brückenspannung einer Wheatstone-Messbrücke, in welcher der Dehnungssensor verwendet wird, umfasst, an das Empfangsmittel zu senden.
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Dabei kann das Sendemittel die Information drahtlos, insbesondere über eine Sendespule, an das Auswertemittel übertragen und/oder drahtgebunden, insbesondere über Schleifkontakte, an das Auswertemittel übertragen.
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In einer Ausführungsform kann das Auswertemittel in Wirkverbindung mit dem drehbaren Element stehen und/oder das Empfangsmittel kann in Wirkverbindung mit einem, bezüglich der ersten Achse ortsfesten, Element stehen.
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Für die vorgenannte Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Auswertemittel auf dem drehbaren Element angeordnet, insbesondere aufgedruckt, aufgeklebt und/oder umspritzt ist.
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Die Erfindung liefert ferner einen Abscheider umfassend zumindest eine Welle, wobei die Welle drehbar um eine erste Achse ist und von zumindest einem Antriebsmittel antreibbar ist, wobei mittels der Welle zumindest ein Abscheideelement rotierbar ist und zumindest eine erfindungsgemäße Messeinrichtung, wobei die Messeinrichtung mit der Welle in Wirkverbindung steht.
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In einer Ausführungsform ist der Abscheider zumindest ein Gehäuse aufweist, wobei vorzugsweise die Welle, die Messeinrichtung, das Abscheideelement und/oder der Antrieb zumindest bereichsweise in dem Gehäuse angeordnet ist bzw. sind.
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In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das Abscheideelement zumindest einen Teller eines Tellerseparators, und/oder das drehbare Element umfasst zumindest eine drehbar gelagerte Komponente des Antriebsmittels, und/oder zumindest einen Teil der Welle.
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Schließlich wird für den Abscheider vorgeschlagen, dass der Abscheider zumindest ein Energieversorgungsmittel umfasst, das mit dem Auswertemittel gekoppelt ist, um das Auswertemittel mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei das Energieversorgungsmittel angepasst ist, eine kinetische Energie der Drehbewegung in elektrische Energie umzuwandeln, oder eine Induktionsspule zum Empfangen von elektrischer Energie aufweist, insbesondere wobei das Energieversorgungsmittel an dem drehbaren Element angeordnet ist.
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Der Begriff „drehbares Element“ kann in diesem Zusammenhang verwendet werden, um ein beliebiges Element/Bauteil des Abscheiders zu bezeichnen, das in Wirkverbindung mit der Welle steht, bzw. mit der Welle drehest direkt oder indirekt verbunden ist.
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Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass durch Bereitstellung eines Dehnungssensors auf einem drehbaren Element in einer Messeinrichtung, die Drehzahl zuverlässig und genau bestimmt werden kann.
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Durch das direkte Aufdrucken des Dehnungssensors auf das drehbare Element kann die Drehzahlsensierung besonders kompakt realisiert werden. Zusätzlich kann durch das Aufdrucken der Auswertemittel auf das drehbare Element auch die komplette Elektronik, die notwendig ist für das Bereitstellen einer Information bezüglich der Drehzahl, auf das drehbare Element aufgebracht werden, so dass die Ausgestaltung der Drehzahlsensierung und aller dafür erforderlichen Komponenten auf dem drehbaren Element besonders kompakt erfolgen kann.
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Weiter vorteilhaft kann der Dehnungssensor bei Einsatz in einem Abscheider auf einem Abscheideelement, wie einem Teller, angeordnet werden, beispielsweise an einem äußeren Rand des Abscheideelements, so dass auf den Dehnungssensor stärkere Fliehkräfte wirken, was wiederum, die Genauigkeit der Drehzahlbestimmung steigert. Zur Steigerung der Genauigkeit kann der Dehnungssensor auch so gewählt werden, dass er einen größeren Teil des Umfangs abdeckt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Seitenansicht eines drehbaren Elements einer Messeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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2 eine schematische Schnittansicht eines Abscheiders mit einem drehbaren Element gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 wird eine schematische Seitenansicht eines drehbaren Elements 1 einer Messeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das gezeigte drehbare Element 1 wird durch ein Abscheideelement, insbesondere Teller, für einen Abscheider (nicht gezeigt) realisiert. Das gezeigte drehbare Element 1 weist ein mittiges Aufnahmeprofil 5 zur Verbindung mit einer Welle (nicht gezeigt) und zur Drehung um eine erste Achse A auf. In 1 wird das Tellerelement kegelstumpfförmig mit einer umlaufenden Materialverdickung um den Umfang 3 gezeigt, der Fachmann weiß aber, dass das drehbare Element 1 auch durch Abscheideelemente mit einer anderen Geometrie, beispielsweise mit einer Geometrie in Form einer Hohlkugelschicht und/oder ohne einer umlaufenden Materialverdickung realisiert werden kann. Auch weiß der Fachmann, dass in nicht gezeigten Ausführungsformen das drehbare Element, durch andere Elemente des Abscheiders realisiert werden kann, wie beispielsweise durch ein Lüfterrad eines Antriebsmittels der Welle, etc.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Dehnungssensor 7 in Form eines Dehnungsessstreifens an dem Umfang des drehbaren Elements 1 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Dehnungssensor 7 auf das drehbare Element 1 aufgedruckt. Daher kann des drehbare Element 1 vollständig oder teilweise ein nicht-leitendes Material, wie beispielsweise Kunststoff, umfassen, oder einen nicht-leitenden Untergrund für den Dehnungssensor 7 aufweisen.
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In der gezeigten Ausführungsform nimmt der Dehnungssensor 7 eine Dehnung in horizontale Richtung auf, der Fachmann weiß aber, dass in anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen, je nach Auswahl des drehbaren Elements auch andere Dehnungssensoren, wie beispielsweise Dehnungsrossetten, zum Einsatz kommen können, um die Ausdehnung des drehbaren Elements bestmöglich zu erfassen. Auch kann das Messgitter mit mehr oder weniger als den beiden gezeigten Messwendeln ausgeführt werden.
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Wenn sich das in 1 gezeigte drehbare Element 1 mit der Welle dreht, bzw. rotiert, wird wegen der auf das drehbare Element 1 wirkenden Fliehkräfte das drehbare Element 1 gedehnt und die Dehnung, welche mit steigender Drehzahl zunimmt, wird über einen veränderbaren Widerstandswert des Dehnungssensors 7 erfasst. Somit können mittels des sich verändernden Widerstandswerts des Dehnungssensors 7 Aussagen über die Drehzahl des drehbaren Elements 1 getroffen werden. Hierfür wird in 1 ein Auswertemittel 9 gezeigt, das in der gezeigten Ausführungsform ebenfalls auf dem drehbaren Element 1 aufgedruckt ist. Das Auswertemittel 9 kann, wie in 1 gezeigt, ein Messmittel 13 aufweisen, das beispielsweise eine Wheatstonesche Messbrücke aufweist, um den Widerstandswert des Dehnungssensors 7 in einen Spannungswert umzuwandeln. Mittels eines Sendemittels 11 kann der Spannungswert an ein Empfangsmittel (nicht gezeigt) in einem Gehäuse des Abscheiders drahtlos gesendet werden. Allerdings kann in einer nicht gezeigten Ausführungsform entweder der Widerstandswert des Dehnungssensors direkt oder der bereits mittels des Messmittels ermittelte Spannungswert an das Empfangsmittel in dem Gehäuse des Abscheiders drahtgebunden, beispielsweise mittels Schleifkontakte an der Welle, an das Empfangsmittel übermittelt werden.
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In der gezeigten Ausführungsform ist auch ein Energieversorgungsmittel 15 gezeigt, das beispielsweise durch eine Induktionsspule gebildet wird und in die, wenn die Induktionsspule an einen entsprechenden Geber am Gehäuse des Abscheiders vorbeigeführt wird, ein Strom induziert wird. In der gezeigten Ausführungsform ist das Auswertemittel 9 mit dem Energieversorgungsmittel 15 gekoppelt und wird von dem Energieversorgungsmittel 15 mit der, für den Betrieb nötigen, Energie versorgt.
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In 2 wird eine schematische Schnittansicht eines Abscheiders in Form eines Tellerseparators 17 mit einem drehbaren Element 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
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In dem Tellerseparator 17 befindet sich eine Welle 21, die mit einem ersten Ende in einer Lagerung an einem Deckel des Gehäuses 23 angeordnet ist und mit einem, dem ersten Ende gegenüberliegenden, zweiten Ende mit einem Antriebsmittel 25 verbunden ist. In der gezeigten Ausführungsform ist das Antriebsmittel 25 als Elektromotor gezeigt und der Schaft des Antriebsmittels 25 ist mit der Welle 21 verbunden, um diese drehend, bzw. rotierend in Bewegung zu versetzen.
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Wie in 2 gezeigt wird, sind an der Welle 21 mehrere Tellerelemente angeordnet, die drehfest mit der Welle 21 verbunden sind und somit mit der Drehzahl der Welle gedreht werden. Das in 1 gezeigte drehbare Element 1 ist hier als eines der übereinander gestapelten Tellerelemente gezeigt. In 2 wird das drehbare Element 1 als das unterste Tellerelement in dem Stapel gezeigt. Der Fachmann weiß aber, dass das drehbare Element 1 auch durch jedes der gezeigten Tellerelemente realisiert werden kann. Auch würde der Fachmann wissen, dass das drehbare Element 1 durch jedes Element das mit der Welle 21 in Wirkverbindung steht und somit mit der gleichen Drehzahl dreht wie die Welle 21, gebildet werden kann.
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In 2 wird weiterhin ein Empfangsmittel 19 gezeigt, das an dem Gehäuse 23 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform enthält das Empfangsmittel 19 auch einen Geber für das Energieversorgungsmittel, das durch eine Induktionsspule gebildet wird und in die, wenn die Induktionsspule an dem Geber vorbeigeführt wird, ein Strom induziert wird. Weiterhin empfängt das Empfangsmittel 19 von dem Auswertemittel die Information bezüglich der Drehzahl und kann diesen einer entsprechenden Steuereinheit bereitstellen. Der Fachmann weiß aber, dass in einer Ausführungsform kein Geber für das Energieversorgungsmittel benötigt wird und sich daher das Empfangsmittel 19 auch an anderen Orten innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 23 befinden kann.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- drehbares Element
- 3
- Umfang
- 5
- Aufnahmeprofil
- 7
- Dehnungssensor
- 9
- Auswertemittel
- 11
- Sendemittel
- 13
- Messmittel
- 15
- Energieversorgungsmittel
- 17
- Tellerseparator
- 19
- Empfangsmittel
- 21
- Welle
- 23
- Gehäuse
- 25
- Antriebsmittel
- A
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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