DE29622195U1

DE29622195U1 - Zentrifugalseparator

Info

Publication number: DE29622195U1
Application number: DE29622195U
Authority: DE
Original assignee: Glacier Metal Co Ltd
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1995-12-23
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2006-12-21
Also published as: GB2308557A; DK0868218T3; WO1997023296A1; JP4307551B2; ES2144793T3; DE69607208D1; PT868218E; DE69607208T2; EP0868218A1; GB9526523D0; US6095964A; GB2308557B; JP2000502596A; AU1432197A; ATE190524T1; EP0868218B1; GB9625361D0; MX9805067A; BR9612159A; USRE39704E1

Description

13. Dezember 1396 Müller-Bore & Partner

Anmelder: The Glacier Metal Company, Ltd.

"Zentrifugalseparator"

Unser Zeichen: G 4043 - ru / so / ka

Beschreibung

Zentrifugalseparator

Die Erfindung betrifft Zentrifugalseparatoren bzw. Zentrifugaltrenn- bzw. Trennvorrichtungen der selbstangetriebenen Art zum Separieren bzw. Trennen bzw. Abtrennen von Partikelverunreinigungen von einer Flüssigkeit, wie z.B. ein Fahrzeugmotorschmiermittel innerhalb eines Behälterrotors, zu welchem verunreinigte Flüssigkeit zugeführt wird bei hohem Druck, und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich betrifft sie günstige bzw. kostengünstige bzw. geringwärtige Wegwerf- bzw. Einwegrotoren zur Verwendung mit Pkw-Motoren.

Selbstangetriebene Zentrifugalseparatoren sind wohlbekannt zum Separieren bzw. Trennen von Fluiden von unterschiedlichen Dichten oder zum Separieren bzw. Trennen von Partikelstoffen von Flüssigkeiten und werden seit langem in Lubrikations- bzw. Schmiermittelsystemen für Maschinen bzw. Motoren und analogen Gegenständen von Fahrzeugen verwendet. Solche Vorrichtungen sind beschrieben in, z.B. GB 735658, GB 757538, GB 2160796 oder GB 2383194.

Das übliche Betriebsverfahren besteht darin, daß ein Gehäuse einen Rotor enthält, welcher darin gestützt ist, um sich bei einer hohen Geschwindigkeit bzw. Drehzahl um eine im wesentlichen vertikale Achse zu drehen. Der Rotor umfaßt einen Behälter, zu welchem verunreinigtes flüssiges Schmiermitte! geführt wird bei hohem Druck entlang der Rotationsachse an einem Ende des Rotors, und wird aus tangentialwärts gerichteten Reaktionsstrahidüsen bei einem anderen Ende des Rotors in das Gehäuse ausgestoßen, von welchem es zu dem Motorkreislauf bzw. der Motorpfanne bzw. Ölwanne abfließt. Der Energieverlust durch die ausgestoßene Flüssigkeit bewirkt Rotation des Rotors um die Achse

13. Dezember 1996 Müller-BorS & Partner

bei einer Geschwindigkeit, welche über 8.000 Umdrehungen pro Minute liegt, was schnell genug ist, damit die Flüssigkeit in dem Rotor zirkuliert und durch ihn hindurchtritt zum Ablagern bzw. Fällen fester Verunreinigungen an radialwärts äußeren Flächen. Zur effizienten Trennung bzw. Separation und um zu sichern, daß abgetrennte bzw. separierte Verunreinigungen nicht mit den Reaktionsstrahldüsen wechseiwirken, ist der Rotorbehälter bereitgestellt mit einer sich radialwärts innen bzw. innerhalb erstreckenden Abschnittswand, welche effektiv den Rotor in eine Abtrennungskammer aufteilt, in weicher die festen bzw. Feststoffe sich ansammeln und eine Ausfiußkammer, zu welcher die gereinigte Flüssigkeit tritt mittels einer Übertragungs- bzw. Transferöffnung, welche nahe der Rotationsachse angeordnet ist. Bei modernen Auslegungen, wie z.B. bekannt aus der EP 0 193 000 und der

GB 2283694 ist es für diese Abschnittswand üblich, daß sie sich sowohl radialwärts als auch axialwärts erstreckt, so daß sie manchmal als Abtrennkonus bzw. Separationskonus bezeichnet wird, welcher besser Feststoffe und flüssigkeitsenthaltenden Schlamm innerhalb der Abtrennkammer hält, wenn die Rotationsachse gegenüber der Vertikalen geneigt bzw. gekippt ist.

Es bestehen mehrere Kriterien im Zusammenhang mit dem erfolgreichen Betrieb.

Zu dem Rotor zugeführtes Schmiermittel muß bei einem nennenswerten Druck vorliegen, wenn der Energieverlust durch den Durchtritt durch die Reaktionsstrahldüsen ausreichend sein soll zum Drehen bzw. Rotieren des Rotors bei einer ausreichend hohen Geschwindigkeit zum Bewirken derZentrifugaiseparation der Verunreinigungspartikel. Desweiteren, verliert selbstverständlich das durch den Zentrifugalseparator geführte Schmiermittel im wesentlichen die gesamte enthaltene Energie beim Bewirken der Rotation durch die Strahl- bzw. Rückstoßreaktion, d.h. es wird direkt zurückgeführt zu der Wanne bzw. Ölwanne und wird somit die normalen Lubrikations- bzw. Schmiermittelverwendungsschaltungen bzw. -kreise des Motors umgehen, so daß der Zentrifugalseparator betrieben wird in einem sogenannten Schmiermittel-By-pass-Modus, Dementsprechend ist normalerweise in das Schmiermittelzufuhrsystem ein druckansprechendes Ventil vorgesehen, welches den Fluß von Schmiermittel zu dem Zentrifugalseparator

13. Dezember 1996 Müller-Bor6 &. Partner

verhindert bzw. hemmt, wenn der Zufuhrdruck unterhalb eines vorbestimmten Pegeis liegt, bei welchem die Maschine bzw. der Motor mit Schmiermittel unterversorgt wäre, wenn ein Teil davon abgeleitet bzw. anderweitig verwendet würde und bei welchem der Rotor nicht effizient funktionieren würde, wenn der versorgt würde.

Solch einem Zentrifugalseparator ist üblicherweise ein herkömmlicher Volifluß- oder Durchflußfüter zugeordnet (obwohl die Kleinpartikelabtrennfähigkeit des Zentrifugalseparators es ermöglicht, einen eher groben Maschenfilter zu verwenden) und desweiteren Zufuhrkanäle und druckansprechende Flußsteuerventile, z.B. wie gezeigt in der GB 2160449 und GB 2160796.

Dieselmotoren bzw. -maschinen sind insbesondere gut geeignet für diese Form von Schmiermittelreinigung, bedingt durch Probleme von kleinen leichten Partikein in dem Schiermittel, welche aus Verbrennungsprodukten resultieren und bedingt durch die generell längeren Intervalle zwischen Wartungsbetrieb, als es normal ist, bei Benzinmotoren. Somit ist die Kombination eines groben Maschenwerkes bzw. eines grobmaschigen Maschenwerkes, eines Vollflußfilters und eines Zentrifugalseparators, insbesondere geeignet für den Betrieb von kommerziellen Fahrzeugen bzw. Lkw's zum Maximieren der Intervalle zwischen Wartungsbetrieben, und wurde weitläufig diesbezüglich angewendet.

In letzter Zeit wurde es üblich, ähnliche Dieselmotoren in kleinen Pkw-Fahrzeugen zu integrieren, und unabhängig von dem Motortyp ist es wünschenswert, daß längere Intervalle zwischen Wartungen bestehen, bei welchen Schmiermittel und/oder Filterelemente zu wechseln sind, wobei es nun üblich ist, mit Bezug auf Pkw-Fahrzeuge, daß verunreinigte Komponenten, wie z.B. Filterelemente eher Einwegelemente bzw. Wegwerfelemente sind als reinigbar durch den Wartungsmechaniker, welcher häufig der Fahrzeugbesitzer ist.

Daraus folgt, daß beim Anpassen bzw. Auslegen des Konzeptes des Zuführens bzw. zusätzlichen Vorsehens eines Vollflußfilters zu einem Zentrifugalseparator

13. Dezember 1996 Mül!er-Bor<5 & Partner

bzw. einer Zentrifugaitrenn- bzw. Abtrennvorrichtung bzw. -einrichtung bei solch kleinen Pkw-Fahrzeugen der Rotor, wenn er sich gegebenenfalls mit Verunreinigungen füllt, wegwerfbar und ersetzbar sein sollte, mit einem neuen eher als gereinigt, und unabhängig von den erhöhten Ersetzungsintervaüen muß der wegwerfbare bzw. entsorgbare Rotor ein kostengünstiger Gegenstand sein. Zu

diesem Zweck existieren Niederkost- bzw, kostengünstige wegwerfbare bzw. Entsorgungsrotorauslegungen, wie z.B. bekannt aus der EPO 193 000 und der GB 2283694, welche darauf beruhen, daß der Rotor gebildet ist als ein Kanister, gebildet aus gepreßten Schichtmateriaiien.
10

Es wurde jedoch herausgefunden, daß Zentrifugalseparatoren, insbesondere jene von solch einer gepreßten bzw. gegossenen Schichtkonstruktion periphere Merkmale zu ihrer Abtrenn- bzw. Separationsfunktionalität aufweisen, welche stark gegen die einfache Akzeptanz innerhalb der Klein-Pkw-Fahrzeugumgebung sprechen.

In solchen Pkw-Fahrzeugen, obwohl der Fahrgastraum viel näher an dem Motor und den zugeordneten bzw. Häifskomponenten ist, wird ein deutlich geringerer Geräuschpegel gefordert als für kommerzielle Fahrzeuge bzw. Lkw's. Während ein zusätzlicher Geräuschpegel, veranlaßt durch ein Drehen des Zentrifugalseparators als minimal betrachtet werden kann mit Bezug auf die Passagier- bzw. Insassenwahrnehmung, während der Motor läuft, wurde es herausgefunden, daß ein erhöhter Geräuschpegel, welcher sich fortsetzt, nachdem der Motor angehalten wurde, insbesondere störend ist.

Wenn der Motor bzw. die Maschine gestoppt bzw. angehalten wird, wird sich der Zentrifugenrotor, welcher sich bei bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute drehen kann, sich weiterhin drehen für eine betrachtliche Verzögerungs- oder Herunterfahrzeit, welche in dem Bereich von 30 bis 60 Sekunden oder sogar bis zu 90 Sekunden liegen kann, und zwar abhängig von dem Zufuhrdruck und der Temperatur des Schmiermittels, welches dadurchtritt, und während dieser

13. Dezember 1996 Müller-Bore & Partner

Herunterfahr- bzw, Abdrehzeit kann der Geräuschpegel ansteigen, da sich der Rotor von Schmiermittei entleert und Lagerkontakt und Ungleichgewichtsvibration zeigt, wenn die Geschwindigkeit abfällt und sich das Gros der Fiüssigkeit innerhalb des teilweise gefüllten Behälters bewegt. 5

Der Zentrifugenrotor ist üblicherweise zur Rotation über Lager montiert, umfassend Vollfiächenparailelbuchsen bzw. Laufflächenbuchsen bzw. Lagerbuchsen, welche an jedem Ende des Rotors angeordnet sind und fest bzw. festgelegt eine sich vertikalwärts erstreckende Achseneinrichtung umgeben bzw. umrunden zum Bilden von Lagern bzw. Gleitlagern.

Die Lagerbuchsen bilden eine Freiraum- bzw. Spaltpassung an der Achseneinrichtung, um ungestörte bzw. uneingeschränkte Rotation zu ermöglichen, wobei der Spalt zwischen jeder Buchse und der Achseneinrichtung dem Gleitmittel bzw. Schmiermitte! ausgesetzt ist, welches zu dem Rotor zugeführt wird, so daß ein wenig Schmiermittei bzw. Gleitmittel entlang des Spaltes entweicht bzw. entkommt, wobei die Rotation einen hydrodynamischen Film erzeugt, welcher einfache Rotation und signifikante Radialsteife bereitstellt. Desweiteren ist es bekannt, die Kraft zu verwenden, welche axialwärts auf die Lager bzw. Lagerbuchsen und den Rotor ausgeübt werden, und zwar bedingt durch Aussetzen bzw. Freilegen dieser Enden der Buchsen für Fluiddruck, zum Entgegenwirken der Schwerkraft, welche den Rotor nach unten zieht, entSang der Achseneinrichtung, indem die obere Buchse einen kleineren Durchmesser aufweist als die untere Buchse, wobei der Schmiermittel- bzw. Gieitmittel- bzw. Lubrifikantdruck auf unterschiedliche Bereiche bzw. Flächen wirkt zum Anheben des sich drehenden Rotors. Jedes der Lager bzw. jede der Buchsen bzw. Lagerbuchsen kann daher ebenfalls einen sich radial erstreckenden Flansch aufweisen zum Anlegen bzw. Lagern gegen eine axial gegenüberliegende Fläche des Gehäuses, und zwar als ein Druckanhebungs- bzw. Liftaxialdrucklager an dem oberen Teil des Gehäuses, zum Einschränken bzw. Begrenzen des Anhebens des Rotors, und (insbesondere) als ein Gewichtsaxialdruck bzw. Axiallager an dem unteren Teii des Gehäuses, zum Stützen des Gewichtes beim Fehlen von Schmiermittel- bzw. Gleitmittel-

13. Dezember 1996 Müller-Bore & Partner

-6-

drucks.

Es wird erkannt werden, daß solch ein Gewichtsaxial- bzw. Axialdrucklager immer dann verwendet wird, wenn die Gleit- bzw. Schmiermittelzufuhr gestoppt bzw. angehalten wird, und dem Gewicht des Rotors nicht durch Schmiermittelzufuhrdruck entgegengewirkt wird. Desweiteren wird erkannt werden, daß die Zufuhr von Schmiermitte! zu den Gleitlagerspalten ebenfalls effektiv abnimmt mit der Schmiermittelzufuhr, so daß bei Verringerung der Drehzahl des Rotors bzw. beim Herunterfahren des Rotors die radiale Lagersteifigkeit abnimmt, wodurch es dem Motor ermöglicht wird, an den Lagern zu vibrieren, und zwar sowohl lagernd bzw. gleitend und axial, wobei die Übertragung von Geräusch über das Gehäuse zu dem Motor erfolgen kann.

Die Vibration kann verstärkt werden, wenn das Gleichgewicht des Rotors beeinträchtigt ist mittels des Schmiermittelabfließens bzw. -ablaufens davon, wobei er nicht vollständig gefüllt bzw. gefüllt ist.

Das Ausmaß des Herunterfahrgeräusches resultiert von solch einem Abfließen bzw. Entleeren des Rotors, wobei die ebenfalls anhängige Anmelde-Nr. GB 9511812.1 ein Flußrückschlag-bzw. Rücklaufventil beschreibt zum Zurückhalten von Schmier- bzw. Gleitmittel innerhalb des Zentrifugalrotors.

Jedoch ist es nicht auf das Problem gerichtet des Verzögerns bzw. Herunterfahrgeräusches, welches unmittelbar aus der Reduktion der Lagersteifigkeit resultiert, wenn der hydrodynamische Film zwischen Buchsen bzw. Lagerbuchsen und der Achseneinrichtung unterbrochen wird, wenn der Gleit- bzw. Schmiermitteldruck nachläßt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zentrifugalseparator bzw. eine Zentrifugaltrenn- bzw. Abtrennvorrichtung bereitzustellen, wobei Vibration beim Verzögern bzw. Herunterfahren, bedingt durch die Lagerstruktur, abgeschwächt bzw. vermieden ist.

13. Dezember 1996 Müller-Bore & Partner

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Zentrifugalseparator bzw. eine Zentrifugaltrenn- bzw. Abtrennvorrichtung ein Gehäuse, eine Achseneinrichtung, welche sich entlang des Gehäuses im wesentlichen vertikalwärts erstreckt und eine Rotationsachse definiert, einen Rotor, welcher drehbar um die Rotationsachse um die Achseneinrichtung vorgesehen ist und an jedem Ende davon eine Buchse bzw. ein Lager bzw. eine Lagerbuchse umfaßt, welche die Achseneinrichtung umgibt bzw. umrundet, wobei ein Lager bzw. Gleitlager gebildet wird, wobei jede der Buchsen bzw. Lagerbuchsen Schmier- bzw. Gleitmittel ausgesetzt ist, welches zu dem Rotor zugeführt wird, so daß das Schmier- bzw. Gleitmittel zwischen der Buchse bzw. Lagerbuchse und der Achseneinrichtung hindurchtreten kann, zum Bilden eines Filmes darin, wobei zumindest eine der Lagerbuchsen eine Gewichtsdruck- bzw. -axialdruck- bzw. -axiallagereinrichtung bereitstellt, betätigbar zum Stützen des Gewichtes des Rotors, und zwar zumindest während dem Verzögern bzw. Herunterfahren, wobei die Gewichtsdruck- bzw. -axialdruck- bzw. -axiallagereinrichtung zumindest einen Abschnitt der Achseneinrichtung umfaßt, welcher sich von einem unteren Bereich mit größerem Durchmesser zu einem oberen Bereich mit geringerem Durchmesser verjüngt, wobei das Lager den Abschnitt entsprechend der Verjüngung umgibt bzw. umrundet, wodurch ein kombiniertes Gleit- und Axial- bzw. Axialdrucklager definiert wird, wodurch der Rotor, weicher durch das Axiaidrucklager sowohl radialwärts als auch axialwärts gestützt ist, getragen wird.

Bevorzugt weist das Ende der oberen Buchse bzw. Lagerbuchse, welche dem Schmier- bzw. Gleitmitteldruck ausgesetzt ist, einen geringeren Durchmesser auf als das obere Ende der unteren Buchse bzw. Lagerbuchse, so daß normaler Schmier- bzw. Gleitmitteldruck wirkt zum Trennen bzw. Separieren der-zusammenwirkenden verjüngenden bzw. abgeschrägten Flächen der Gewichtsdruckbzw, -axialdruck- bzw. -axiallagereinrichtung.

Bevorzugt ist die Gewichtsaxialdruckiagereinrichtung in sowohl den oberen als auch unteren Buchsen bzw. Lagerbuchsen definiert.

13. Dezember 1996 Müller-Bore & Partner

- 8-

Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Figur 1 ist eine Schnittaufrißansicht durch eine erste Ausführungsform

einer Selbstantriebs- bzw. selbstangetriebenen Zentrifugalseparierbzw. Abtrennvorrichtung bzw. eines selbstangetriebenen bzw. Selbstantriebszentrifugalseparators gemäß der Erfindung, wobei ein neues Gewichtdruck- bzw. Axialdruck- bzw. Axiallager gebildet ist zwischen einer unteren Rotorbuchse bzw. Rotorlagerbuchse und einer abgeschrägten bzw. sich verjüngenden Spindel.

Figur 2 ist eine Schnittaufrißansicht durch eine zweite Ausführungsform, in weicher das Gewichtaxialdrucklager an der oberen Buchse bzw. Lagerbuchse gebildet ist.
15

Figur 3 ist eine Schnittaufrißansicht durch eine dritte Ausführungsform, in

welcher das Axial- bzw. Axialdrucklager an sowohl oberen als auch unteren Buchsen bzw. Lagerbuchsen gebildet bzw. vorgesehen ist.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ist eine Selbstantriebs- bzw. selbstangetriebene Zentrifugalseparator- bzw. Trenn- bzw. Abtrennanordnung für einen Fahrzeugmotor bzw. eine Fahrzeugmaschine, insbesondere ein kleines Pkw-Fahrzeug genereil bei 10 angedeutet. Der Separator wird verwendet in Verbindung mit einem Vollflußfilter {nicht gezeigt) beim Beibehalten des Motor-Schmiermittels frei von potentiell beschädigenden Verunreinigungen. Schmierbzw. Gleitmittel wird um die Maschine bzw. den Motor durch eine (nicht gezeigte) Pumpe gepumpt, dessen Liefer- bzw. Förderdruck geregelt bzw. gesteuert ist, jedoch ebenfalls in einem gewissen Ausmaß abhängig von der Motordrehzahl und der Gleit- bzw. Schmiermitteltemperatur.

Die Trenn- bzw. Separatoranordnung 10 umfaßt ein Gehäuse 11 in der Form einer Stützstruktur 12, welche mit einem Motor bzw. einer Maschine gekoppelt

13. Dezember 1996 Müller-Bore Si Partner

ist, zum Aufnehmen bzw. Empfangen von gepumptem Schmiermittel mittels eines Zufuhrkanales 13, und um es zu der Ölwanne zurückzuführen mittels eines Abflußkanales bzw. Drainkanales 14, wodurch die Maschinen- bzw. Motorkomponenten umgangen werden, welche das gepumpte Schmier- bzw. Gleitmittel verwenden. Die Stützstruktur 12 weist daran befestigt eine sich im wesentlichen vertikal erstreckende Achseneinrichtung 16 in der Form einer Spindel auf, welche einen Durchgang 17 aufweist, welcher sich zumindest teilweise entlang dieser erstreckt und mit dem Zufuhrkana! 13 an dem unteren Ende gekoppelt ist. Das Gehäuse ist in vertikalwärts trennbaren Teilen Ie₁ und 18₂ vorgesehen, wobei das obere Ende der Spindel 16-, befestigt ist an und einen Gehäuseteil 18₂ sichert, weicher lösbar an dem Teil 1S₁ gedichtet ist.

Ein Rotor 20 ist innerhalb des Gehäuses zur Rotation um die Spindel 16 montiert. Der Rotor ist im wesentlichen herkömmlich und umfaßt einen Behälter, welcher gebildet ist aus gepreßten Stahlschichtkomponenten 21 und 22, welche an einer Faltnaht 23 miteinander verbunden sind. Die Komponente 21 weist eine periphere Wand 24 auf, welche sich radialwärts nach innen an einem Ende des Rotors zu einer Öffnung 25 erstreckt. Die Komponente 22 bildet eine sich im wesentlichen radialwärts erstreckende Basis, in welcher Aussparungen 26, 27 vorgesehen sind, welche ein Paar von tangentiaiwärts gerichteten bzw. ausgerichteten Strahlreaktionsdüsen aufweisen, wovon lediglich eine bei 28 zu sehen ist, wobei die Basiskomponente bei 29 geöffnet ist, und zwar ausgerichtet mit der Öffnung 25 bezüglich der Längsachse des Rotors.

Ein hohles bzw. Hohiglied 30 erstreckt sich zwischen und durch die axialwärts beabstandeten Öffnungen 25 und 29, wobei das Hohlglied geklemmt ist- mit den Behälterkomponenten zum Wirken als eine Abstandseinrichtung für die Endwände und einen Behälter für Lagerbuchsen 31 und 32, welche den Rotor zur Rotation um die Spindel 16 stützen, wobei die Längsachse des Rotors daher Synonym bzw. identisch ist mit der Rotationsachse des Rotors.

Der Spindeldurchgang 17 mündet in das Abstandhalter- bzw. Abstandsglied,

13. Dezember 1996 Müller-Bora 8i Partner

VVVV VW ■ V W W -W » ^ ^^-"- ^ ~~

- 10 -

welches bei 33 geöffnet ist zum Aufnehmen bzw. Zulassen von flüssigem Schmiermittel bei Zufuhrdruck zu dem Behälter von der Rotationsachse. Das Beabstandungs- bzw. Abstands- bzw. Abstandshalterglied 30 bildet somit eine radialwärts innere Wand für den Behälter.
5

Innerhalb des Behälters erstreckt sich eine innere Abschnitts- bzw. Trenn- bzw. Abtrennwand bzw. Partitionierwand 35 radialwärts nach innen von der peripheren Wand an der Naht 23 und teilt den Behälter auf in eine Abtrenn- bzw. Separationskammer 36 {in welcher Verunreinigungen von dem flüssigen Schmier- bzw. Gleitmittel getrennt bzw. separiert werden) und eine Ausflußbzw. Auslaßkammer 37, welche in Verbindung steht mit den Reaktionsdüsen 28 etc. Die radialwärts innere Peripherie 38 der Abschnitts- bzw. Trennwand definiert eine Übertragungs- bzw. Transferöffnung 39 zwischen den Abtrennbzw. Separations- und Ausflußkammern 36 und 37. Die Trennwand 35, obwohl sie sich radialwärts nach innen erstreckt, ist ebenfalls geneigt mit Bezug auf die Rotationsachse bei einem Spitzenwinkel, welcher frusto-konisch in der Aufsicht ist, wobei die Anordnung dazu dient, feste Verunreinigungen, welche dazu neigen, sich innerhalb bzw. an der radialwärts äußeren peripheren Wand anzusammeln, davon abzuhalten bzw. zu hemmen, daß sie in den Ausflußbehälter fallen, mit einem begleitenden Risiko von Reaktionsdüsenverstopfung bzw. blockage, sowie deren Rückkehr zu der Schmiermittelwanne bzw. Ölwanne. Daher wird solch eine geneigte Trenn- bzw. Abstandswand häufig Separationsbzw. Trennkonus genannt.

Der obere Teil der Spindel 16·, weist einen geringeren Durchmesser auf als der untere Teil 16₂, so daß die Enden der Buchsen bzw. Lagerbuchsen 31. -und 32, welche dem Gleit- bzw. Schmiermitteldruck ausgesetzt sind, in dem Rohrglied 30 Kräften unterliegen, welche im Zusammenhang mit solch einem Durchmesser Hegen. Beim Betrieb wirkt eine größere Kraft auf das obere Lager bzw. die obere Lagerbuchse bzw. die obere Buchse 32 in einer nach oben gerichteten Richtung, welche dazu neigt, den Rotor anzuheben zum Entgegenwirken dessen Gewichtes, wobei der Grad des Anhebens abhängig ist von dem momentanen Zufuhr-

13. Dezember 1996 Müller-Bore &dgr;&igr; Partner

druck. Es äst deutlich, daß wenn der Druck derart ist, daß die druckinduzierte Anhebung das Gewicht des Rotors übersteigt, der Rotor sich bewegen wird zum Berühren des Gehäuseteiles 18₂, und zum Aufnehmen davon ist ein Druckanhebungsdruck- bzw. -axialdrucklager gebildet durch sich im wesentlichen radialwärts erstreckende Flansche 32, von Buchsen bzw. Lagerbuchsen 32, wobei eine statische Buchse bzw. statische Lagerbuchse 38 an dem Gehäuseteil befestigt ist.

Der bis hierhin beschriebene Rotor ist somit im wesentlichen herkömmlich.

Das Gewicht des Rotors wird aufgenommen bzw. gehalten durch die Gewichtsdruck- bzw. -axial- bzw. -axialdrucklagereinrichtung, mit Ausnahme des Falles, wenn das Gewicht überwunden wird durch das druckinduzierte Anheben. Üblicherweise umfaßt solch eine Gewichtsaxialdrucklagereinrichtung ein Bild bzw. Spiegelbild des Druckanhebungsaxialdrucks bzw. -axiallagers, d.h. eine sich radialwärts erstreckende Flanschfläche an dem unteren Ende der Buchse 31 und dem oberen Ende 12, der Stützstruktur 12.

Jedoch, gemäß der vorliegenden Erfindung, umfaßt die Gewichtsaxiai- bzw.

-axialdrucklagereinrichtung 40 einen unteren Abschnitt 16₂ der Spindel sowie eine Buchse bzw. Lagerbuchse 31. Der Spindelabschnitt 16₂ verjüngt sich von einem unteren Bereich 41 mit größerem Durchmesser zu einem oberen Bereich 42 von geringerem Durchmesser, wobei der sich verjüngende Abschnitt 43 eine schwache Verjüngung aufweist, d.h. bei einem großen eingeschlossenen Winkel.

Die Buchse bzw. Lagerbuchse 31 weist eine entsprechende Verjüngung bei einem Teil der inneren Fläche davon auf, so daß sie sowohl den oberen Bereich 41 als auch den sich verjüngenden Bereich 43 der Spindel umgibt bzw. umrundet.

Der sich verjüngende Abschnitt stellt somit ein Axial- bzw. Axialdrucklager bereit, welches das Gewicht des Rotors im Ruhezustand stützt, wenn der

13. Dezember 1996 Müller-Bore & Partner

'Ti-

Zufuhrdruck unterhalb eines Pegels liegt, bei welchem die druckinduzierte Anhebung das Gewicht bzw. die Gewichtskraft überwindet bzw. überschreitet.

Jedoch, wenn nach normalem Betrieb der Zufuhrdruck abnimmt, wie z.B. wenn der Motor bzw. die Maschine gestoppt bzw. angehalten wird, und der zuvor erwähnten Freiräume zwischen Buchsen und Spindel keine radiale Steifigkeit von dem Schmier- bzw. Gleitmittel mehr, neigt das Gewicht des Rotors dazu, daß der Rotor sich an den sich verjüngenden Gewichts- bzw. Gewichtskraftaxialdrucklager setzt bzw. anliegt, wobei die sich verjüngenden Flächen ebenfalls dazu dienen, die Buchse mit Bezug auf die Spindel zu zentrieren, d.h. eine effektive radiale Steifigkeit erneut zu bewirken, welche Vibrationen abschwächt, welche durch den Lagerfreiraum bedingt sind.

Es wird erkannt werden, daß der Grad und die Form der Verjüngung verändert werden kann, unter Voraussetzung, daß die Verjüngung schwach bzw. flach genug ist, um nicht eine Keil- bzw. Verkeilungswirkung zu erzielen, wie es ebenfalls gilt für die Erstreckung bzw. Ausdehnung der Buchse bzw. Lagerbuchse axialwärts an beiden Seiten des sich verjüngenden Bereiches.

Es wird erkannt werden, daß das Gewichts- bzw. Gewichtskraftaxial- bzw. axialdrucklager definiert sein kann innerhalb der oberen Buchse, wie es in dem Separator bzw. der Trenneinrichtung 10' in Figur 2 bei 40' angedeutet ist, und zwar mit einer modifizierten Buchsen- bzw. Lagerbuchsenform 32' und einem modifizierten Spindelabschnitt 16/ mit zusammenwirkenden Verjüngungen, wobei der untere Spindelabschnitt und die untere Buchsenform 31' keine zusammenwirkenden Verjüngungen aufweisen.

Desweiteren, wie es in Figur 3 gezeigt ist für die Trennvorrichtung bzw. den Separator bzw. die Abtrennvorrichtung 10", ist das Gewichts- bzw. Gewichtskraftaxial· bzw. -axialdrucklager 40" innerhalb sowohl der unteren Buchse 31 als auch der oberen Buchse 32' definiert durch zusammenwirkende Verjüngungen an beiden der Spindelendabschnitte und den Lagerbuchsen bzw.

13. Dezember 1996 Müller-Bore & Partner

- 13 Buchsenbohrungen.

Es wird erkannt werden, daß anstelle einer einzelnen kontinuierlichen Spindel 16 die Achseneinrichtung ebenfalls eine Kurzspindel bzw, -welle umfassen kann, welche aus dem Ende des Gehäuses heraustritt. In solch einer Anordnung, in welcher der obere Spindelabschnitt vertikalwärts eingeführt ist in die obere Buchse bzw. Lagerbuchse, und nicht umgekehrt, kann das Druckanhebungsaxialdruckiager gebildet sein durch verjüngte bzw. sich verjüngende zusammenwirkende Flächen ähnlich zu dem unteren Gewicht bzw. Gewichtskraftaxial- bzw. -axiaidrucklager.

Desweiteren kann das Vorsehen von druckinduzierter Anhebung und das entsprechende Druckanhebungsaxialdruckiager weggelassen werden, so daß der Rotor normalerweise betrieben wird in Kontakt mit dem Gewichtsaxialdrucklager.

Claims

13. Dezember 1996 Müller-Bore Si Partner • t t · · It · Anmelder: The Glacier Metal Company, Ltd. "Zentrifugalseparator" Unser Zeichen: G 4043 - ru / so / ka Ansprüche

1. Zentrifugalseparator (10; 10'; 10"), umfassend ein Gehäuse (11), eine Achseneinrichtung (16), welche sich entlang des Gehäuses im wesentlichen vertikalwärts erstreckt und eine Rotationsachse definiert, einen Rotor (20), welcher drehbar um die Rotationsachse bezüglich der Achseneinrichtung ist, und umfassend an jedem Ende davon eine Buchse (31, 32; 32, 32'; 32"), welche die Achseneinrichtung umgibt und ein Gleitlager definiert, wobei jede Buchse Gleitmitte! ausgesetzt ist, welches zu dem Rotor derart zugeführt ist, daß Gleitmittel zwischen der Buchse und der Achseneinrichtung hindurchtreten kann, zum Bilden darin eines FiI-mes, wobei zumindest eine der Buchsen (31; 32'; 32, 32") eine Gewichtsaxiallagereinrichtung (40; 40'; 40") bereitstellt, betätigbar zum Stützen des Gewichtes des Rotors, zumindest während dem Herunterfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsaxiaüagereinrichtung (40; 40'; 40") zumindest einen Abschnitt (43) der Achseneinrichtung umfaßt, weleher sich von einem unteren Bereich mit größerem Durchmesser (41) zu einem oberen Bereich mit geringerem Durchmesser (42) verjüngt, wobei die Buchse, welche den Abschnitt umgibt, eine entsprechende Verjüngung aufweist, zum Definieren eines kombinierten Lagers und Axiallagers, wodurch der Rotor, welcher durch das Axiaiiager getragen wird, zentriert ist mit Bezug auf die Achseneinrichtung und sowohl radialwärts als auch axialwärts gestützt ist.

2. Zentrifugalseparator nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der oberen Buchse (32; 32"), welches dem Schmiermitteldruck ausgesetzt ist, einen geringeren Durchmesser aufweist als das obere Ende der unteren Buchse (31; 31'), so daß

13. Dezember 1996 Müiier-Bore Si Partner

Normalschmiermittelzufuhrdruck zum Trennen der zusammenwirkenden sich verjüngenden Flächen der Gewichtsaxiallagereinrichtung dient.

3. Zentrifugalseparator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsaxiallagereinrichtung (40") sowohl in oberen als auch unteren Buchsen definiert ist.