DE3318976A1

DE3318976A1 - Vorrichtung zur abscheidung von schmutzpartikeln in oelkreislaeufen

Info

Publication number: DE3318976A1
Application number: DE19833318976
Authority: DE
Inventors: Olaf 8047 Karlsfeld Krauss; Klaus 8000 München Walther; Franz Willkop
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1983-05-25
Filing date: 1983-05-25
Publication date: 1984-11-29

Description

Vorrichtung zur Abscheidung von Schmutz-
partikeln in Ölkreisläufen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Schmutzpartikel in ölkreisläufen führen zu einer Reduzierung der Lebensdauer der geschmierten Elemente und müssen durch geeignete Filter abgeschieden werden.
üblicherweise geschieht das mit Hilfe von mechanischen Filtern (Sieben) oder mit Zentrifugalfiltern mit dynamischem Antrieb.
Stationäre, mechanische Filter- bzw. Siebeinrichtungen, bei denen der gesamte Schmiermittelstrom die Filter-bzw. Siebeinrichtung zur Reinigung passieren muß, führen zu verhältnismäßig hohen Strömungs- und Druckverlusten des Schmiermittelstroms und erzwingen andererseits ein verhältnismäßig großes Bauvolumen der Filtereinrichtung, wenn eine einigermaßen befriedigende Fremdkörperabscheidung gewährleistet werden soll.
Die Nachteile dynamisch angetriebener Zentrifugalabscheider werden in einem verhältnismäßig komplizierten, zu Störanfälligkeiten neigenden Aufbau gesehen. Beispielsweise mit Rücksicht auf vorgegebene Maschinen-und Hil£sgeräte-auslegungen läßt sich der Antrieb für derartige Zentrifugalabscheider wegen der vergleichsung weise hohen zusätzlichen Raumbeanspruc i kaum oder nur im Wege eines äußerst kompliziert zu führenden Antriebssystems in die betreffenden Geräte integrieren. Je nach Lage der Antriebsquelle auf der einen Seite und der erwünschten Lage des Zentrifugalabscheiders auf der anderen Seite ergeben sich dabei oftmals über verhältnismäßig weite Strecken zu führende Antriebs- und Getriebestränge, die - abgesehen von der zusätzlichen Kompliziertheit und Störanfälligkeitsgefahr - zu einem erhöhten Gewicht der betreffenden Maschinenanlage, wie aber auch zu erhöhten Raumbeanspruchungen führen; insbesondere die zuletzt genannten Kriterien sprechen oftmals gegen die Verwendung bei Flugtriebwerken, wobei je nach Anordnung des Triebwerks am bzw. in Flugzeug selbst auch aerodynamische Gesichtspunkte möglicherweise gegen die Verwendung derartiger Zentrifugalabscheidersysteme sprechen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu Bekanntem vorgetragenen Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auf verhältnismäßig einfache Weise kleinste Fremdkörper aus dem betreffenden Kreislauf abscheidbar sind.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1. In physikalischer Erläuterung des Erfindungsgegenstandes werden also bei einer Strömung auf einer gekrümmten Bahn auf Grund der Zentrifugalkraftwirkung Teilchen mit größerer Dichte als der des strömenden Mediums in Richtung der Rohraußenwand zentrifugiert, wobei sie entsprechend ihrem Strömungsquerschnitt und der Dichte des strömenden Mediums eine Widerstandskraft erfahren, die der Zentrifugalkraft entgegen wirkt. Für ein Teilchen an der Rohrinnenwand ergibt sich bis zum Erreichen der Rohraußenwand eine bestimmte Lauflänge in der Rohrspirale, die abhängig ist von der Teilchengröße, vom Dichteunterschied, von der Zähigkeit des strömenden Mediums, vom Rohrdurchmesser, vom Durchmesser der Spirale und von der Strömungsgeschwindigkeit.
Entsprechend diesen Randbedingungen kann für eine abzuscheidende Partikelgröße die Geometrie des Abscheiders festgelegt werden.
Die primären Vorteile dieser Abscheidevorrichtung werden in den vergleichsweise geringen Druckverlusten bei großen Durchsätzen gesehen sowie in der Verwendungsmöglichkeit in einem hohen Temperaturbereich ohne die Schmierölversorgung zu gefährden. Dabei ist eine Feinfilterung des Schmieröls auf Wertes10 möglich. Durch eine derartige Feinstfilterung kann z.B. die katalogmäßige Lebensdauer hochbelasteter Wälzlager um ein Vielfaches erhöht werden.
Insbesondere im Rahmen weiterer Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes wird eine räumlich kompakte, leicht zu wartende Filtereinrichtung geschaffen. Nach Lösen eines Gehäusedeckels ist das Innere der Einrichtung leicht zugänglich und das Filterelement kann leicht ausgetauscht oder gereinigt werden. Die gesondert um das Filtergehäuse gelegte Rohrschlangengestaltung unterstützt den reparaturfreundlichen Aufbau der Vorrichtung.
Anhand eines Ausführungsbeispiels ist die Erfindung in den Zeichnungen weiter erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen Mittellängsschnitt der Vorrichtung und Fig. 2 einen Vorrichtungsteilschnitt gemäß II-II der Fig. 1 Wie in Fig. 1 dargestellt, soll bei der Vorrichtung zur Abscheidung von Schmutzpartikeln in ölkreisläufen das Kreislauffluid durch eine spiralförmig gewundene, stationäre Rohrschlange 1 geleitet werden, wobei eine stromabwärtige Windungspartie 2 dieser Rohrschlange 1 eine seitlich außenliegende Fluidteilstromabspaltstelle 3 aufweist (s.h. auch Fig. 2). Die an der Fluidteilstromabspaltstelle 3 auszentrifugierten Schmutzpartikel werden im Wege des dort abgespaltenen Teilstroms T (Fig.2) in der Filtereinrichtung vom Teilstrom getrennt; der gereinigte Teilstrom kann stromab der Fluidteilstromabspaltstelle 3 wieder dem Hauptstrom zugeführt werden.
Der Rohrschlangeneinlauf ist mit E, der Rohrschlangenauslauf mit A bezeichnet.
Vorteilhaft sind bei der Vorrichtung die Rohrschlange 1, die Filtereinrichtung sowie die Teilstromabspalteinrichtungen zu einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefaßt, wobei die Rohrschlange 1 rotationssymmetrisch gewunden am äußeren Umfang des zylindrischen Filtergehäuses 4 angeordnet ist.
Gemäß Fig. 1 kann die Rohrschlange 1 in gewindeförmige Annehmungen 5 des Filtergehäuses 4 zumindest teilweise eingebettet sein; in nicht weiter dargestellter Weise könnte sie aber auch integraler Bestandteil des Filtergehäuses sein.
Zur Fluidteilstromabspaltstelle 3 gehört eine Bohrung 6, die über eine Zweigleitung 7 an einen Ringraum 8 der Filtereinrichtung angeschlossen ist, der zwischen einem rotationssymmetrischen Filterelement 9 und der inneren Umfangswand des Filtergehäuses 4 gebildet ist; für die gezielte Abspaltung des Teilstroms T soll eine Blende 10' vorgesehen sein, die schräg gegen die Strömung in der Rohrschlange 1 (Windungspartie 2) gestellt und am stromabwärtigen Rand der Bohrung 6 angeordnet ist (Fig. 2). Diese Blende könnte im übrigen von einem rohrinnenseitig vorstehenden Rohrzwickel oder dergleichen gebildet werden.
Wie ferner aus Fig. 1 ersichtlich'kann das zylindrische Filtergehäuse 4 mit beidendseitigen Gehäusedeckeln 10,11 verschlossen werden. Derjenige Deckel 10, der auf der von der Filtereinlaufstelle 12 abgewandten Seite liegt, weist ein Filterauslaufrohr 13 auf, welches mit dem vom Filterelement 9 umschlossenen Innenraum 14 der Vorrichtung kommuniziert und über welches der gereinigte Teilstrom wieder dem Hauptstrom zugeführt werden kann.
Das Filterelement 9 befindet sich zwischen gehäuseendseitig angeordneten, konzentrischen Ringelementen 15,16 im Filtergehäuse 4, mit denen der gesamte Gehäuseinnenraum 8,14 unter Einschluß konzentrischer Ringdichtungen 17,18 gegenüber der äußeren Umgebung abgedichtet werden kann.
Bei der Vorrichtung wird die Lauflänge der abzuscheidenden (Schmutz)-bzw. Fremdkörperteilchen von folgenden wesentlichen Parametern bestimmt: Teilchengröße, Dichteunterschied zum Durchsatzfluid, Zähigkeit des Durchsatzfluids, Rohrdurchmesser, Rohrspiralendurchmesser sowie Strömungsgeschwindigkeit des Durchsatzfluids.
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Claims

Patentansprüche 1 Vorrichtung zur Abscheidung von Schmutzpartikeln in öly kreisläufen, z.B. von Brennkraftmaschinen, Turbomaschinen sowie deren Hilfsgeräten oder dergleichen, bei der die Schmutzpartikel unter Zentrifugalwirkung von der Schmier- bzw. Kühlflüssigkeit, bzw. von einem Öl-Luftgemisch, trenn- und in einer Filtereinrichtung abscheidbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Das Kreislauffluid ist durch eine spiralförmig gewundene, stationäre Rohrschlange (1) leitbar; b) einer stromabwärtigen Windungspartie (2) dieser Rohrschlange (1) ist eine seitlich außenliegende Fluidteilstromabspaltstelle (3) zugeordnet; c) die an der Fluidteilstromabspaltstelle (3) auszentrifugierten Schmutzpartikel werden im Wege des dort abgespaltenen Teilstroms (T) in der Filtereinrichtung vom Teilstrom getrennt; d) der gereinigte Teilstrom ist stromab der Fluidteilstromabspaltstelle (3) wieder dem Hauptstrom zuführbar.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (1), die Filtereinrichtung sowie die Teilstromabspalteinrichtungen zu einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefaßt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (1) rotationssymmetrisch gewunden am äußeren Umfang des zylindrischen Filtergehäuses (4) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (1) in gewindeförmige Ausnehmungen (5) des Filtergehäuses (4) zumindest teilweise eingebettet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange integraler Bestandteil des Filtergehäuses ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rohraußenwandseitige Fluidteilstromabspaltstelle (3) als Rohrdurchbruch bzw. als Bohrung (6) über eine Zweigleitung (7) an einen Ringraum (8) der Filtereinrichtung angeschlossen ist, der zwischen einem rotationssymmetrischen Filterelement (9) und der inneren Umfangswand des Filtergehäuses (4) gebildet ist, wobei zur Unterstützung der Teilstromabspaltung eine schräg gegen die Strömung in der Rohrschlange (1) gestellte Blende (10') z.B. in Form eines Rohrzwickels oder dergleichen, am stromabwärtigen Bohrungsrandbereich angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Filtergehäuse (4) mit beidendseitigen Cehäusedeckeln (10,11) verschließbar ist, von denen derjenige Deckel (10), der auf der von der Filtereinlaufstelle (12) abgewandten Seite liegt, ein Filterauslaufrohr (13) aufweist, welches mit dem vom Filterelement (9) umschlossenen Innenraum (14) der Vorrichtung kommuniziert.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (9) zwischen gehäuseendseitig angeordneten, konzentrischen Ringelementen (15,16) im Filtergehäuse (4) gehaltert ist, mit denen der gesamte Gehquseinnenraum (8,14) unter Einschluß konzentrischer Ringdichtungen (17,18) gegenüber der äußeren Umgebung abgedichtet ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf länge der abzuscheidenden (Schmutz)-bzw. Fremdkörperteilchen von folgenden wesentlichen Parametern bestimmt ist: Teilchengröße, Dichteunterschied zum Durchsatzfluid, Zähigkeit des Durchsatzfluids, Rohrdurchmesser, Rohrspiralendurchmesser sowie Strömungsgeschwindigkeit des Durchsatzfluids.