DE4404709C1 - Flüssigkeitsabscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von Flüssig­ keiten aus Gasen, umfassend eine Eintrittsöffnung für das mit der Flüssigkeit be­ lastete Gas, eine erste Austrittsöffnung für die Flüssigkeit und eine zweite Aus­ trittsöffnung für das von der Flüssigkeit befreite Gas, wobei in der Eintrittsöff­ nung eine Verstellvorrichtung zur Veränderung des Durchflußquerschnitts ange­ ordnet ist.

Ein solcher Flüssigkeitsabscheider ist aus der DE 31 28 470 C2 bekannt. Der Flüssigkeitsabscheider ist als Zyklonölabscheider für die Kurbelgehäuseentlüf­ tung von Brennkraftmaschinen vorgesehen und weist eine Eintrittsöffnung auf, deren Wandung im Sinne einer Verkleinerung des Durchflußquerschnitts durch eine Feder gebildet und verstellbar ist. Die Verstellvorrichtung, die einen Teil der Wandung bildet, besteht aus einem federnden Material, beispielsweise aus ei­ nem Federstahl, wobei eine gleichmäßig gute Abscheidung weitgehend unab­ hängig vom Lastzustand der angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine er­ reicht werden soll. Die Federcharakteristik des federnden Wandabschnitt soll dabei auf den eingespeisten Volumenstrom derart abgestimmt werden, daß stets die erforderliche Wirbelgeschwindigkeit und damit Zentrifugalkraft für eine gute Flüssigkeitsabscheidung erreicht wird. Die Gebrauchseigenschaften des vorbe­ kannten Flüssigkeitsabscheiders sind allerdings wenig befriedigend, da die durch die Strömung bewirkten, möglichen Verstellkräfte sehr gering sind. Daraus re­ sultierend ist es erforderlich, daß das federnde Material der Verstellvorrichtung entsprechend weich und labil ausgelegt ist. Eine stabile Positionierung der Ver­ stellvorrichtung kann dadurch nicht erreicht werden.

Aus der FR 831 357 ist ein Flüssigkeitsabscheider bekannte der eine Verstelleinrichtung aufweist, die durch eine Druckdose mit einem pneumatisch betätigbaren Stellglied gebildet ist.

Aus der JP 54-1 28 779 A ist eine Druckdose für eine allgemeine Betätigung bekannt, die druckbeaufschlagbar ist, wobei der druckbeaufschlagbare Raum im wesentlichen durch einen Faltenbalg begrenzt ist, der in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung eine in axialer Richtung variierbare Länge aufweist.

Aus der DE-PS 11 95 692 ist ein Abscheider bekannt, der eine Einlaßöffnung mit rohrförmigem Querschnitt aufweist, wobei die Einlaßöffnung von einer formstabilen Wandung begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsabscheider der vor­ bekannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich verbesserte Gebrauchsei­ genschaften der Verstelleinrichtung ergeben und Funktionsstörungen der Ver­ stelleinrichtung sicher vermieden werden.

Außerdem sollen gute Abscheidegrade bei geringen Druckverlusten ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen von Anspruch 1 ge­ löst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß die Eintrittsöff­ nung einen rohrförmigen Durchflußquerschnitt aufweist und entlang ihrer ge­ samten Erstreckung von einer formstabilen Wandung begrenzt ist, daß die Ver­ stellvorrichtung eine Druckdose mit einem pneumatisch betätigbaren Stellglied umfaßt, das relativ beweglich innerhalb der Eintrittsöffnung angeordnet ist, daß die Druckdose ein Gehäuse umfaßt, das zwei durch eine rollbalgartig ausgebil­ dete Membran aus elastomerem Werkstoff von einander gasdicht getrennte Kammern umschließt, daß die Membran mit dem Stellglied verbunden und auf einer Schraubenfeder abgestützt ist, die im Gehäuse gelagert ist, daß beide Kammern zur Betätigung des Stellglieds mit voneinander abweichenden Drücken be­ aufschlagbar sind, daß die Druckdose außenseitig an der Wandung der Ein­ trittsöffnung angeordnet ist und daß das Stellglied die Wandung gasdicht durch­ dringt. Hierbei ist von Vorteil, daß die Eintrittsöffnung stets einen an den jewei­ ligen Lastzustand der angeschlossenen Maschine genau angepaßten Durch­ flußquerschnitt aufweist, da das pneumatisch betätigbare Stellglied der Verstell­ vorrichtung durch die formstabile Wandung vor äußeren Einflüssen geschützt ist und in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles exakt geregelt innerhalb der Eintrittsöffnung bewegbar ist. Durch das nicht- selbsttätig verstellbare Stellglied können unerwünschte Veränderungen des Durchflußquerschnitts, zuverlässig ausgeschlossen werden. Durch das pneuma­ tisch betätigbare Stellglied kann die Bewegungscharakteristik der Verstellvorrich­ tung beispielsweise an die Drehzahl und/oder den Lastzustand einer angeschlos­ senen Verbrennungskraftmaschine angepaßt werden. Durch die zweckmäßige Anordnung des Stellglieds innerhalb der Eintrittsöffnung sind Funkti­ onsstörungen der Verstellvorrichtung zuverlässig ausgeschlossen.

Die Eintrittsöffnung und die Verstellvorrichtung können als vor montierbare Einheit ausgebildet und gemeinsam an den eigentlichen Abscheider anflanschbar sein. Die Schraubenfeder ist derart innerhalb des Gehäuses angeordnet und wirksam, daß das Stellglied im Falle einer Störung in der pneu­ matischen Betätigungseinrichtung den relativ größten Durchflußquerschnitt durch die Eintrittsöffnung freigibt. Schraubenfedern haben im Vergleich zu an­ deren Federelementen den Vorteil, daß sie in vielen Größen preisgünstig verfüg­ bar sind und auch während einer langen Gebrauchsdauer keine Setzungser­ scheinungen aufweisen. Die Ansteuercharakteristik der Verstellvorrichtung ist daher stets von übereinstimmender Güte.

Das Stellglied kann eine im wesentlichen ebene und plattenförmige Gestalt auf­ weisen. Die Abdichtung des innerhalb der Eintrittsöffnung relativ beweglichen Stellglieds ist durch die ebenen Innenwände wesentlich vereinfacht, da sich die relative Zuordnung der umfangsseitigen Begrenzung des Stellglieds bezogen auf die benachbart angrenzende Innenwandung der Eintrittsöffnung unabhängig von der Größe der Druckbeaufschlagung und der Position des Stellglieds nicht verändert.

Das Stellglied und/oder die Innenwandung der Eintrittsöffnung können mit zu­ mindest einem Dichtelement versehen sein, wobei der von einer Oberfläche des Stellglieds und der benachbarten Innenwandung begrenzte, nicht-durchströmba­ re Teilquerschnitt durch das Dichtelement im wesentlichen gasdicht vom durch­ strömbaren Durchflußquerschnitt getrennt ist. Die Dichtelemente können bei­ spielsweise derart angeordnet sein, daß innerhalb des rechteckig ausgebildeten Durchflußquerschnitts ein im wesentlichen rechteckig ausgebildetes Stellglied angeordnet ist, das quer zur Strömungsrichtung des mit Flüssigkeit belasteten Gases Dichtleisten aufweist, die mit den benachbarten Innenwandungen der Eintrittsöffnung dichtend in Eingriff sind. In Strömungsrichtung können die Stirn­ seiten des Stellglieds mit elastisch nachgiebigen, rollmembranartigen An- und Abströmflächen versehen sein. Davon abweichend besteht die Möglichkeit, die Abströmflächen entsprechend des Stellwegs elastisch dehnbar auszulegen.

Das Stellglied kann quer zur Strömungsrichtung mit Dichtleisten versehen sein, die dichtend mit der Innenwandung in Eingriff sind, wobei das Stellglied in Strömungsrichtung mit entsprechend dem Stellweg des Stellglieds elastisch nachgiebigen An- und Abströmflächen versehen ist, die mit der Innenwandung dicht verbunden sind. Die Dichtleisten können beispielsweise durch Vulkanisie­ ren unmittelbar an die umfangsseitige Begrenzung des Stellglieds angeformt oder durch sekundäre Hilfsmittel an diesem befestigt sein.

Die Eintrittsöffnung kann in einen Zyklon münden, wobei der Zyklon eine im Querschnitt stufenförmig verringerte erste Austrittsöffnung aufweist und wobei die Achsen von Eintrittsöffnung und Zyklon im wesentlichen senkrecht aufein­ ander stehen. Wird das mit Flüssigkeit belastete Gas durch die Eintrittsöffnung in den Zyklon geführt und entlang der innenumfangsseitigen Begrenzung verwir­ belt, ergibt sich ein ausgezeichneter Abscheidegrad und die Abscheidung ist mit wenig Druckverlusten behaftet.

Zur Betätigung des Stellglieds kann die Druckdose einen Überdruckanschluß auf­ weisen, der mit der Kammer auf der der Schraubenfeder abgewandten Seite verbunden ist. Eine derartige Ausgestaltung bietet sich beispielsweise dann an, wenn der Flüssigkeitsabscheider als Ölabscheider in der Kurbelgehäuseentlüf­ tung einer Turbo-Diesel-Verbrennungskraftmaschine zur Anwendung gelangt. Die Verstellung des Durchflußquerschnitts mittels des Stellglieds erfolgt in die­ sem Falle weitgehend abhängig vom Ladedruck des Laders. Bei Vollast, wenn ein vergleichsweiser hoher Ladedruck zur Verfügung steht, wird das Stellglied entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder derart innerhalb der Ein­ trittsöffnung bewegt, daß der Durchflußquerschnitt am größten ist. Läuft die Verbrennungskraftmaschine demgegenüber im Leerlauf- oder Teillastbereich steht ein vergleichsweise geringerer Ladedruck zur Betätigung der Verstellvor­ richtung zur Verfügung, so daß der Durchflußquerschnitt durch die Eintrittsöff­ nung vergleichsweise geringer ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung kann die Druckdose mit einem Unterdruckan­ schluß versehen sein, der mit der Kammer auf der der Feder zugewandten Seite verbunden ist. Eine derartige Ausführung ist für Otto-Verbrennungskraftmaschi­ nen von Vorteil, da innerhalb des Saugrohrs der Verbrennungskraftmaschine la­ stabhängig ein unterschiedlich hoher Unterdruck zur Verfügung steht. Bei Voll­ last, wenn die Drosselklappen nahezu vollständig geöffnet sind, liegt innerhalb des Saugrohrs der geringste Unterdruck an, so daß die Schraubendruckfeder die das Stellglied in Offenstellung der Eintrittsöffnung überführt. Im Leerlauf- oder Teillastbereich, wenn demgegenüber ein vergleichsweise höherer Unterdruck im Saugrohr anliegt, wird das Stellglied durch die Unterdruckbeaufschlagung ent­ gegen der Federkraft innerhalb der Eintrittsöffnung bewegt, so daß der Durch­ flußquerschnitt relativ verkleinert ist.

Die erste und die zweite Austrittsöffnung, die einen Bestandteil eines Zyklons bilden können, umschließen gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eine ge­ meinsame Achse konzentrisch. Die zweite Austrittsöffnung ragt vorteilhafter­ weise zumindest bis in Höhe der Eintrittsöffnung in den Zyklon, der beispiels­ weise aus einem gegen das Strömungsmedium resistenten polymeren Werkstoff bestehen kann.

Der Flüssigkeitsabscheider wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbei­ spielen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Flüssigkeitsabscheider, der als Ölabscheider in der Kurbelgehäuse­ entlüftung einer Turbo-Diesel-Verbrennungskraftmaschine zur Anwendung ge­ langt. Die Maschine läuft in diesem Beispiel im Leerlauf.

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsabscheiders für eine Otto- Verbrennungskraftmaschine ohne Aufladung bei Vollast.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Flüssigkeitsab­ scheiders gezeigt, der als Ölabscheider in der Kurbelgehäuseentlüftung von Ver­ brennungskraftmaschinen zur Anwendung gelangt und Flüssigkeiten aus Gasen abscheidet. Die Flüssigkeitsabscheider umfassen jeweils eine Eintrittsöffnung, die in jedem der beiden Fälle einen rechteckigen Durchflußquerschnitt 5 auf­ weist. Die Flüssigkeitsabscheider umfassen außerdem jeweils einen Zyklon 20 mit einer ersten Austrittsöffnung 2 für die abgeschiedene Flüssigkeit und einer zweiten Austrittsöffnung 3 für das von der Flüssigkeit befreite Gas. Zur Verän­ derung des Durchflußquerschnitts 5 ist innerhalb der Eintrittsöffnung 1 eine Verstellvorrichtung 4 angeordnet, die eine Druckdose 7 umfaßt und ein pneu­ matisch betätigbares Stellglied 8, das zur Verstellung des Durchflußquerschnitts relativ beweglich innerhalb der Eintrittsöffnung 1 angeordnet ist.

In Fig. 1 gelangt der Flüssigkeitsabscheider in einer Turbo-Diesel-Verbrennungs­ kraftmaschine zur Anwendung. Die Druckdose 7 ist mit einem Überdruckan­ schluß 23 versehen, so daß der vom Turbolader bereitgestellte Ladedruck ent­ gegen der Federkraft wirksam ist. Die Kammer 12, in der die Schraubenfeder 14 angeordnet ist, ist durch eine Belüftungsöffnung innerhalb des Gehäuses 9, mit Atmosphärendruck beaufschlagt. Im hier dargestellten Betriebszustand läuft die Verbrennungskraftmaschine mit Leerlaufdrehzahl, so daß das Stellglied 8 den geringsten Durchflußquerschnitt 5 durch die Eintrittsöffnung freigibt. Das Stell­ glied 8 durchdringt die Eintrittsöffnung 1 gasdicht.

Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungs­ beispiel aus Fig. 1 durch eine geänderte Druckdose 7. Die Druckdose 7 ist mit einem Unterdruckanschluß 24 versehen, der mit der Kammer 11 auf der der Schraubenfeder 14 zugewandten Seite verbunden ist. Der Unterdruckanschluß 24 ist mit dem Saugrohr einer im Vollastzustand betriebenen Otto-Verbren­ nungskraftmaschine verbunden. Die andererseits an die Membran 10 angren­ zende Kammer 12 ist mit Atmosphärendruck beaufschlagt. Im hier dargestellten Vollastzustand ist der Durchflußquerschnitt 5 durch die Eintrittsöffnung 1 am größten.

Claims (8)

1. Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von Flüssigkeiten aus Gasen, umfassend eine Eintrittsöffnung für das mit der Flüssigkeit belastete Gas, eine erste Austrittsöffnung für die Flüssigkeit und eine zweite Austritts­ öffnung für das von der Flüssigkeit befreite Gas, wobei in der Eintrittsöff­ nung eine Verstellvorrichtung zur Veränderung des Durchflußquerschnitts angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (1) einen rohrförmigen Durchflußquerschnitt (5) aufweist und entlang ihrer ge­ samten Erstreckung von einer formstabilen Wandung (6) begrenzt ist, daß die Verstellvorrichtung (4) eine Druckdose (7) mit einem pneumatisch betätigbaren Stellglied (8) umfaßt, das relativ beweglich innerhalb der Ein­ trittsöffnung (1) angeordnet ist, daß die Druckdose (7) ein Gehäuse (9) umfaßt, das zwei durch eine rollbalgartig ausgebildete Membran (10) aus elastomerem Werkstoff voneinander gasdicht getrennte Kammern (11, 12) umschließt, daß die Membran (10) mit dem Stellglied (8) verbunden und auf einer Schraubenfeder (14) abgestützt ist, die im Gehäuse (9) gelagert ist, daß beide Kammern (11, 12) zur Betätigung des Stellglieds (8) mit voneinander abweichenden Drücken beaufschlagbar sind, daß die Druck­ dose (7) außenseitig an der Wandung (6) der Eintrittsöffnung (1) ange­ ordnet ist und daß das Stellglied (8) die Wandung (6) gasdicht durchdringt.

2. Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (8) eine im wesentlichen ebene und plattenförmige Gestalt aufweist.

3. Flüssigkeitsabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (8) und/oder die Innenwandung der Eintrittsöffnung (1) mit zumindest einem Dichtelement (15) versehen sind und daß der von einer Oberfläche (16) des Stellglieds (8) und der benachbarten Innenwandung begrenzte, nicht durchströmbare Teilquerschnitt durch das Dichtelement (15) im wesentlichen gasdicht vom durchströmbaren Durchflußquerschnitt (5) getrennt ist.

4. Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (8) quer zu Strömungsrichtung (17) mit Dichtleisten verse­ hen ist, die dichtend mit der Innenwandung in Eingriff sind und daß das Stellglied (8) in Strömungsrichtung (17) mit entsprechend dem Verstell­ weg des Stellglieds (8) elastisch nachgiebigen An- und Abströmflächen (18, 19) versehen ist, die mit der Innenwandung dicht verbunden sind.

5. Flüssigkeitsabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (1) in einen Zyklon (20) mündet, daß der Zyklon (20) eine im Querschnitt stufenförmig verringerte erste Austrittsöffnung (2) aufweist und daß die Achsen (21, 22) von Eintrittsöffnung (1) und Zyklon (20) im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen.

6. Flüssigkeitsabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdose (7) einen Überdruckanschluß (23) aufweist, der mit der Kammer (11) auf der der Schraubenfeder (14) abgewandten Seite verbunden ist.

7. Flüssigkeitsabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdose (7) mit einem Unterdruck­ anschluß (24) versehen ist, der mit der Kammer (11) auf der der Schraubenfeder (14) zugewandten Seite verbunden ist.

8. Verwendung eines Flüssigkeitsabscheiders nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Ölabscheider in der Kurbelgehäuseentlüftung einer Verbrennungskraftmaschine.