DE3920767C3

DE3920767C3 - Fliehkraft-Vorabscheider

Info

Publication number: DE3920767C3
Application number: DE19893920767
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Baumann
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 1989-06-24
Filing date: 1989-06-24
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2009-06-25
Also published as: DE3920767C2; DE3920767A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Fliehkraft-Vorabscheider der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein Fliehkraft-Vorabscheider der genannten Art ist als Teil eines Kraftfahrzeug-Luftfilters bekannt. Bei diesem bekannten Vorabscheider erfolgt die Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Luftauslaßelement durch eine gegenseitige Verrastung, wobei das Gehäuse innenseitig eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut und das Luftauslaßelement außenseitig einen korrespondierend geformten, in Umfangsrichtung verlaufenden Rastvorsprung aufweist. Diese Rastverbindung ist für eine Verwendung des Fliehkraft- Vorabscheiders in Kraftfahrzeugen nicht optimal, weil sich durch zwangsläufig auftretende Vibrationen und Stoßbelastungen die miteinander verrasteten Teile des Vorabscheiders voneinander trennen können, was dann die Funktion des Vorabscheiders beeinträchtigt oder sogar ganz verhindert. Außerdem hat dieser vorbekannte Vorabscheider strömungstechnische Nachteile, weil er im Bereich seines Gehäuses einen durchgehend praktisch konstanten Querschnitt hat. Die vorhandenen geringen Schrägen dienen lediglich der Entformung des Gehäuses nach dessen Herstellung in einer Spritzgußform. Dies führt zu einem relativ hohen Druckabfall, der den Luftdurchsatz durch den Vorabscheider vermindert. Diese Verminderung kann zwar durch einen größeren Querschnitt des Gehäuses ausgeglichen werden, doch führt dies wiederum zu einer nachteiligen Gehäusevergrößerung, die bei den häufig sehr beengten Einbauverhältnissen im Motorraum eines Kraftfahrzeuges nicht immer hinnehmbar ist.

Aus der DE 88 05 050 U1 ist ein Fliehkraft-Vorabscheider bekannt, bei dem das Gehäuse einerseits mit dem den Strömungsleitkörper aufweisenden Lufteinlaßelement und andererseits mit dem die Austragöffnung enthaltenden Luftauslaßelement jeweils über umfangsseitig angeordnete ineinandergreifende Rastmittel verbunden. Dieser bekannte Vorabscheider ist in zweierlei Hinsicht nachteilig. Zum einen ist seine Herstellung aufwendig, da er aus zwei Einzelteilen besteht, die jeweils aufeinander abgestimmte Rastmittel aufweisen müssen und die nach ihrer Fertigung nach einander zugeordnet und zusammengebaut werden müssen. Zum anderen ist dieser Vorabscheider in seinen betrieblichen Eigenschaften nicht optimal, da durch ständige Vibrationen und starke Stoßbelastungen, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen auftreten, Rastverbindungen unter ungünstigen Umständen gelöst werden können, so daß eine dauerhaft sichere Verbindung der Einzelteile untereinander nicht gewährleistet ist.

Die GB 14 73 099 zeigt einen Vorabscheider, der speziell für die Reinigung von heißem, unter hohem Druck stehenden Dampf für Dampfturbinen geeignet ist. Dieser Vorabscheider ist zwar einstückig ausgebildet, jedoch kann diese Einstückigkeit nur durch Gießen in eine verlorene Form, z. B. Sandform, erreicht werden, was eine wirtschaftliche Massenfertigung ausschließt. Außerdem erfährt der diesen Vorabscheider durchlaufende Dampfstrom starke Umlenkungen, so daß nachteilig erhebliche Druckverluste auftreten.

Die FR 13 92 667 zeigt einen Vorabscheider, der zwar ebenfalls aus nur zwei Teilen besteht, die als Spritzgußteile herstellbar sind, jedoch liegt hier ein für die betrieblichen Eigenschaften nachteiliger prinzipieller Schwachpunkt in der Verbindung der beiden Teile miteinander. Diese Verbindung erfolgt nämlich, unabhängig von der übrigen Ausgestaltung des Abscheiders, jeweils zwischen der inneren Oberfläche des Lufteinlasses und dem äußeren Ende der Leitschaufeln des Strömungsleitkörpers. Gleichzeitig steht der Luftauslaßblende nur über einen radialen, umlaufenden Steg mit dem Gehäuse des Abscheiders infolge von Vibrationen und Stoßbelastungen in Verbindung mit thermischen Belastungen, wie sie häufig in Kraftfahrzeugen auftreten, zu Schäden kommen kann, die zu einer Trennung des Strömungsleitkörpers und/oder der Luftauslaßblende vom übrigen Teil des Abscheiders führen können. Hier wird also für die einfachere Herstellbarkeit eine Verschlechterung der betrieblichen Eigenschaften in Kauf genommen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Fliehkraft-Vorab scheider der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein fach und kostengünstig herstellbar ist, der eine gute Dauerhaltbarkeit aufweist und der bei geringem Druckver lust eine wirksame Staubabscheidung erreicht.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen Fliehkraft-Vorabscheider der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspru chs 1.

Der Fliehkraft-Vorabscheider gemäß Erfindung löst in vor teilhafter Weise die gestellte, mehrere Aspekte aufwei sende Aufgabe, denn es wird einerseits durch die Ausbil dung des Vorabscheiders mit nur zwei miteinander ver schweißten oder verklebten Spritzgußteilen eine einfache Herstellbarkeit und eine gute, einem einstückigen Bau teil entsprechende Haltbarkeit erreicht und es wird an dererseits durch die angegebene geometrische Gestaltung mit konischen Strömungswegen ein hoher Wirkungsgrad bei geringem Druckverlust sichergestellt.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre der Er findung sind in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Unteransprüchen beschrieben. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ledig lich bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung nä her erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Fliehkraft-Vorabscheider ohne Luftauslaßelement,

Fig. 2 eine Stirnansicht in Strömungsrichtung auf den Gegen stand nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Luftauslaßelementes für einen erfindungsgemäßen Fliehkraft-Vorabscheider,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 3 entlang der Linie IV-IV,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen kompletten erfindungsge mäßen Fliehkraft-Vorabscheider und

Fig. 6 eine Stirnansicht entgegen der Strömungsrichtung auf den Gegenstand nach Fig. 5.

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Fliehkraft-Vorabscheider weist zunächst ein Gehäuse 1 auf, welches sich vom Lufteinlaß zum Luftauslaß konisch erweitert. In das Gehäuse 1 ist ein Luftein laßelement 2 mit einem Strömungsleitkörper 3 und eine Austragöff nung 4 integriert. Der Strömungsleitkörper 3 besteht aus einem zentralen Verdrängungskörper 5 und mehreren, von diesem radial nach außen verlaufenden und geneigt angeordneten Leitschaufeln 6. Zur besseren Darstellung des Strömungsleitkörpers 3 ist in Fig. 2 eine Stirnansicht des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Vorabscheiders in Strömungsrichtung dargestellt. Im dargestellten und insoweit be vorzugten Ausführungsbeispiel weist der Strömungsleitkörper 3 acht um den zentralen Verdrängungskörper 5 angeordnete Leitschau feln 6 auf. Die Leitschaufeln 6 sind im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel so angeordnet, daß die in den erfindungsgemäßen Fliehkraft-Vorabscheider eintretende Luft einen Rechtsdrall erfährt. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführung mit Leitschaufeln zur Er zeugung eines Linksdralles.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn das Verhältnis des größten Innendurchmessers des Gehäuses 1 zum kleinsten Innendurchmesser zwischen 1,2 : 1 und 1,5 : 1 beträgt und daß das Verhältnis der Länge des Gehäuses 1 zu seinem mittleren Durchmesser zwischen 2 : 1 und 3 : 1 beträgt.

Nach einer besonders bedeutsamen Lehre der Erfindung verjüngt sich der Lufteinlaß des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Vorabscheiders konisch. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Öffnungswinkel des Lufteinlasses etwa 2 × 7°. Entsprechend dem sich langsam verjüngenden lichten Querschnitt erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Luft im Bereich des Lufteinlasses. Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß der zentrale Ver drängungskörper 5 hohl und zur Anströmseite hin abgerundet ausge führt ist. Die Anströmseite des Verdrängungskörpers 5 ist im Aus führungsbeispiel rund dargestellt, es sind aber auch andere - strömungstechnisch günstige, beispielsweise parabelförmige - Aus bildungen vorstellbar.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Luftauslaßelement, welches als geome trisch einfach aufgebaute Blende 7 ausgeführt ist. Die Blende 7 besteht im wesentlichen aus einem konusförmigen Rohrstück 8 mit einem umlaufenden Ringflansch 9. Der Ringflansch 9 ist an einer Seite abgeflacht und weist drei über seinen Umfang verteilte Ver stärkungsstege 10 auf, die gleichzeitig als Ausrichtungshilfe für die Verbindung der Blende 7 mit dem dazu kompatiblen Gehäuse 1 dienen. Besonders günstig für eine dauerhafte Verbindung ist es, wenn die Blende 7 mit dem Gehäuse 1 verschweißt ist.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kompletten erfindungsgemäßen Fliehkraft-Vorabscheiders im Längsschnitt. Hier ist nun der Lufteinlaß nicht konisch, sondern zylinderförmig ausge führt. Deutlich erkennbar ist, daß das konische Rohrstück 8 des als Blende 7 ausgeführten Luftauslasses in das Gehäuse 1 hinein kragt. Auf diese Weise wird erreicht, daß zwischen der Wandung des Gehäuses 1 und dem konischen Rohrstück 8 der Blende 7 ein Fangraum 11 für Schmutz- und Staubpartikel gebildet wird, wobei im unteren Teil die Austragöffnung 4 als Durchbrechung des Ge häuses 1 ausgebildet ist. Die Austragöffnung 4 liegt, wie aus Fig. 5 ersichtlich, nicht mittig an der Unterseite des erfin dungsgemäßen Fliehkraft-Vorabscheiders, sondern ist seitlich versetzt angeordnet, da die Austragöffnung 4 als Tangentialaustrag ausge führt ist und die Austragrichtung nach unten gemäß dem in Fig. 5 eingezeichneten Pfeil erfolgt. Die Lage der Austragöffnung 4 richtet sich dabei nach der Ausbildung der Leitschaufeln 6, wel che, wie bereits beschrieben, die Drallrichtung der schraubenförmig verwirbelten Luft und damit auch die Austragrichtung bestimmen. Wie bereits eingangs erläutert und nun in Fig. 5 mit Pfeilen an gedeutet, gelangt die zu reinigende Luft durch den Lufteinlaß ins Innere des Fliehkraft-Vorabscheiders. Vom Strömungsleitkörper 3 spi ralförmig verwirbelt, werden die Schmutz- und Staubpartikel durch die auftretenden Zentrifugalkräfte nach außen getragen und dem ringförmigen Fangraum 11 zugeführt. Während die gereinigte Luft durch das als Blende 7 ausgeführte Luftauslaßelement in den nicht dargestellten Luftfilter gelangt, verlassen die Schmutz- und Staubpartikel das Gehäuse 1 durch die Austragöffnung 4.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist hinter der Austrag öffnung 4 ein Ventil vorgesehen, welches vorzugsweise als Gum mi-Lippenventil ausgeführt ist. Damit wird das ungewollte Ansau gen von Luft durch die Austragöffnung 4 in das Innere des Gehäu ses 1 des Fliehkraft-Vorabscheiders zuverlässig vermieden.

Fig. 6 zeigt schließlich eine Stirnansicht entgegen der Strö mungsrichtung auf den Fliehkraft-Vorabscheider aus Fig. 5. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt der Tangentialaustrag auf der in Strömungsrichtung linken Seite des Fliehkraft-Vorabscheiders in Rich tung des eingezeichneten Pfeiles.

Es ist von Vorteil, wenn das Gehäuse 1, der Strömungsleitkörper 3 und das Luftauslaßelement als Spritzgußteile aus Kunststoff oder Leichtmetall hergestellt sind. Dabei ist es auch denkbar, daß der gesamte Fliehkraft-Vorabscheider integraler Bestandteil eines Luft filters ist.

Claims

1. Fliehkraft-Vorabscheider, insbesondere zur Anordnung als Vorreiniger im Ansaugluftstrom eines Luftfilters für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, einem Lufteinlaßelement, einem Luftauslaßelement und einer Austragöffnung, wobei das Lufteinlaßelement einen Strömungsleitkörper mit einem zentralen Verdrängungskörper und mehreren Leitschaufeln aufweist, wobei das Gehäuse ein Rohrstück ist, wobei das Luftauslaßelement eine mit dem Gehäuse verbundene, sich in dieses hinein erstreckende Blende ist, wobei der Vorabscheider aus Spritzgußteilen aus Kunststoff oder Leichtmetall besteht, wobei das Gehäuse, das Lufteinlaßelement mit dem Strömungsleitkörper und die Austragöffnung einstückig als ein erstes Spritzgußteil ausgeführt sind und wobei das Luftauslaßelement als zweites Spritzgußteil ausgeführt und mit einem sich in Luftströmungsrichtung konisch erweiternden Verlauf ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Gehäuse (1) bildende Rohrstück sich zwischen Lufteinlaßelement und Luftauslaßelement (7) konisch erweiternd ausgebildet ist,
- daß die Verbindung zwischen dem Gehäuse (1) und dem Luftauslaßelement (7) als flächig umlaufende, feste Schweiß- oder Klebeverbindung ausgebildet ist und
- daß das Gehäuse (1) im Bereich des Lufteinlasses sich konisch verjüngend ausgeführt ist und der Öffnungswinkel des Lufteinlasses zwischen 2×4° und 2×10°, vorzugsweise 2×7°, beträgt.

2. Fliehkraft-Vorabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des größten Innendurchmessers des Gehäuses (1) zum kleinsten Innendurchmesser zwischen 1,2 : 1 und 1,5 : 1 beträgt.

3. Fliehkraft-Vorabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des Gehäuses (1) zu seinem mittleren Durchmesser zwischen 2 : 1 und 3 : 1 beträgt.

4. Fliehkraft-Vorabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Ver drängungskörper (5) hohl und zur Anströmseite hin abgerundet ausgeführt ist.

5. Fliehkraft-Vorabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragöffnung (4) als Tangentialaustrag ausgeführt ist.

6. Fliehkraft-Vorabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Aus tragöffnung (4) ein Ventil vorgesehen ist.

7. Fliehkraft-Vorabscheider Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Gummi-Lippenventil ausgeführt ist.

8. Fliehkraft-Vorabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Flieh kraft-Vorabscheider integraler Bestandteil eines Luftfilters ist.