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Diese
Erfindung betrifft eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung zum Trennen
von teilchenförmigen bzw.
Partikelverunreinigungen von Flüssigkeiten,
wie beispielsweise Motorschmiermitteln, die durchgeleitet werden,
um eine Reinigung zu bewirken, und betrifft insbesondere Rotormittel,
die in derartigen Apparaten bzw. Vorrichtungen verwendet werden,
um die tatsächliche
Trennung und Zurückhaltung
derartiger Kontaminationen bzw. Verunreinigungen durchzuführen.
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Eine
Zentrifugaltrennungsvorrichtung ist gut bekannt zur Verwendung in
den Schmierungssystemen von Fahrzeugverbrennungsmotoren als effiziente
Mittel zum Entfernen sehr kleiner teilchenförmiger Verunreinigungen von
dem konstant im Kreislauf geführten
flüssigen
Schmiermittel über
eine lange Periode eines Betriebs, wobei derartige teilchenförmige Verunreinigungen
vom Abrieb der metallischen Komponenten des Motors, einer Zersetzung
des Schmiermittels und Produkten einer Verbrennung entstehen.
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Eine
derartige Zentrifugaltrennungsvorrichtung ist manchmal als der sedimentierende
Festwandtyp bekannt, in welchem abgetrennte Feststoffe innerhalb
der Rotormittel als ein Sediment gegen eine undurchlässige radial äußere Seitenwand
davon zurückgehalten
werden, und verschieden vom sogenannten filternden Typ mit perforierter
Wand, in welchem die Feststoffe durch die Maschen einer perforierten
radial äußeren Seitenwand
gehalten werden, während
Flüssigkeit
dadurch durchtritt.
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Insofern
derartige Separatoren für
ein Reinigen einer Flüssigkeit
verantwortlich sind, welche in jedem Fall bei er höhtem Druck
im Kreislauf geführt wird,
hat sich die Technik auf ein Verwenden eines derartigen Schmiermitteldrucks
konzentriert, um eine Rotation von Teilen zu bewirken, die verantwortlich sind,
um zentrifugale Kräfte
zu erzeugen bzw. zu generieren, und als solches beinhaltet sie Rotormittel, umfassend
einen im wesentlichen geschlossenen Behälter oder Kanister, der zu
einer Drehung um eine Rotationsachse in einem Gehäuse abgestützt bzw. getragen
ist bzw. wird, und mit dem flüssigen Schmiermittel
bei erhöhtem
Druck an der Achse gespeist wird. Der Kanister wird mit der Flüssigkeit
gefüllt
und nimmt einen merklichen Innendruck an, bevor Flüssigkeit
von der Basis (oder einer anderen Umfangswand) des Kanisters über tangential
gerichtete Strahlreaktionsdüsen
getrieben wird, wobei die Reaktion auf die Ausstoßung den
Rotorkanister und die Flüssigkeit
darin veranlaßt,
bei hoher Geschwindigkeit bzw. Drehzahl um die Achse zu drehen,
und dadurch die festen Partikel zwingt, von der Flüssigkeit
zu wandern, die durch den Kanister durchtritt, und sich in einer
zusammenhängenden
Masse an den Umfangswänden
anzuhäufen,
die von der Rotationsachse beabstandet sind. Die Reaktionsdüsen, die
im wesentlichen tangential in bezug auf die Rotationsachse wenigstens
in einer Ebene senkrecht zur Achse gerichtet sind, definieren eine
Reaktionsturbine.
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Es
wird anerkannt bzw. geschätzt
werden, daß der
Wirkungsgrad einer Trennung unter anderem abhängig ist von einer Schaffung
der Bedingungen, in welchen jegliches, von einer Flüssigkeit
mitgerissenes Teilchen radial zur nächsten Ablagerungsoberfläche wandern
kann, und eine Funktion der Kraft, die auf ein derartiges Teilchen
wirkt, und der Zeit ist, für
welche es wirken kann. Das Erstere ist eine Funktion einer Rotationsrate
bzw. -geschwindigkeit und eines Abstands von der Rotationsachse.
Das Letztere ist eine Funktion der Zeit, die gebraucht wird, um
die Flüssigkeit
mitzunehmen, um durch den Rotorkanister hindurchzutreten (auch die
Verweilzeit genannt), und der Nähe
der Ablagerungsoberfläche, und
kann hinsichtlich einer effektiven bzw. wirksamen Verweilzeit betrachtet
werden, d.h. eines Beeinflussens des Beitrags der tatsächlichen
Verweilzeit, indem die verunreinigte Flüssigkeit relativ zu einer geeigneten
Ablagerungsoberfläche
positioniert wird. Jedoch sind sowohl die Rotationsdrehzahl des
Rotorkanisters und der enthaltenen Flüssigkeit als auch die Rate,
bei welcher Flüssigkeit
durchgeleitet und daraus ausgestoßen wird, abhängig vom
Druckabfall zwischen den Kanisterinhalten und dem Gehäuse und
von den Abmessungen der Düsen,
innerhalb der Beschränkungen
derartiger Düsenabmessungen,
die ein ausreichendes Drehmoment von der Turbine bereitstellen,
um einen Trägheits-
und Reibungswiderstand gegenüber
einem Beginn und einer Fortsetzung einer Drehung zu überwinden.
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In
einer Verbrennungskraftmaschine, wo Schmiermittel unter einem ursprünglichen
(gepumpten) Druck in einem Bereich von ungefähr 2 bis 6 bar im Kreislauf
geführt
wird, der mit Betriebsbedingungen variiert, können ein Kanister von relativ
mäßigem Durchmesser,
beispielsweise 10 bis 15 cm, und Reaktionsturbinendüsen eine
Rotationsdrehzahl im Bereich von 4000 bis 9000 U/min erzielen, was
ausreichend ist, um die relativ dichten Verunreinigungen von Schmiermittelrückstand
und Metallteilchen zu entfernen, die traditionell bzw. herkömmlicherweise als
Hauptschaden für
den Motor betrachtet werden.
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Beispiele
einer derartigen Reaktionsturbinenzentrifugaltrennung sind in
GB 745377 ,
GB 2328891 ,
US 5575912 und
US 5906733 gezeigt, und es kann gesehen
werden, daß,
wie Entwicklungen gemacht worden sind, um eine Wirksamkeit einer Trennung
und einen Bereich einer Trennbarkeit zu erhöhen, der Grad an struktureller
Komplexität
auch zugenommen hat, nicht zuletzt beim Optimieren einer wirksamen
Verweildauer und/oder einem Plazieren der Flüssigkeit, um Kräfte, die
auf mitgerissene Verunreinigungen wirken, hinsichtlich der beschränkten verfügbaren Rotationskräfte zu maximieren.
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Dies
ist insbesondere wahr hinsichtlich der dualen bzw. doppelten Ziele
eines Ableitens einer maximalen Rotationsenergie von der Flüssigkeit,
die durch den Rotor durchtritt, während darin Bedingungen zur
Verfügung
gestellt werden, die für
eine Zentrifugaltrennung von Verunreinigungspartikeln niedriger
Dichte, wie beispielsweise Ruß,
erforderlich und geeignet sind. Solche bzw. derartige Verunreinigungen
werden nun als eine wichtige Ursache von Motorverschleiß gesehen,
insbesondere in Kompressionszündungs-
bzw. Dieselmotoren, und erfordern, daß das Schmiermittel mit größerer effektiver
Verweilzeit bereitgestellt wird und/oder größeren Zentrifugalkräften als
bisher unterworfen wird, ungeachtet dessen, daß ein Bereitstellen derartiger
Bedingungen in diesen Anordnungen auch dazu tendiert, einem wirksamen
Fluß von
Flüssigkeit
durch den Kanister entgegenzuwirken.
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Ein
Erhalten einer größeren Rotationsrate von
einer derartigen Reaktionsturbine macht ein Ausstoßen von
Flüssigkeit
bei einer größeren Rate
notwendig, indem der Druck erhöht
wird und/oder indem die Verweilzeit verkürzt wird oder indem das Volumen an
enthaltener Flüssigkeit
erhöht
wird, während
ein Versuchen, die die Verunreinigung mitreißende Flüssigkeit zu veranlassen, den
Kanister bei einem größeren radialen
Abstand von der Achse zu durchqueren, durch die Tatsache schwierig
gemacht wird, daß der
rotierende Flüssigkeitsinhalt
des Kanisters einen radialen Druckgradienten erzeugt, um neu eingebrachte
Flüssigkeit
weg von dem radial äußeren Bereich
einer maximalen Zentrifugalkraft zu halten (wenn nicht interne Strukturen
bereitgestellt werden, die zur Komplexität beitragen und/oder Energie
von der Drehung verbrauchen). Deshalb ist ein Optimieren eines derartigen
Rotorkanisters nicht eine Angelegenheit eines einfachen Erhöhens der
radialen Abmessungen des Kanisters, sondern eines Bewirken eines
Kompromisses, der trotzdem ein Halten in dem Kanister bei einem
hohen Druck eines relativ großen Volumens
des flüssigen
Schmiermittels beinhaltet, um ihm zu ermöglichen, eine bedeutsame wirksame bzw.
effektive Verweilzeit aufzuweisen, während es einem gewundenen Pfad
folgt, der ein austauschendes Potential und kinetische Energie involviert
bzw. mit sich bringt, bis es mit ausreichend Energie zur Rotationserzeugung
ausgestoßen
wird.
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US 6017300 erklärt insbesondere
in gewissem Detail, daß für ein richtiges
bzw. ordnungsgemäßen Trennen
von sehr leichtgewichtigen Rußpartikeln
bzw. -teilchen, die das flüssige
Schmiermittel als Produkte einer Verbrennung verunreinigen können, die
Teilchen höheren
Zentrifugalkräften
zu unterwerfen sind, als sie ohne weiteres von derartigen traditionellen
Reaktionsturbinen-Antriebszentrifugal-Trennungsanordnungen verfügbar sind,
zusammen mit einer längeren
Verweilzeit, und schlägt
vor, auf der komplexen Konusstapelanordnung von
US 5575912 durch eine externe Impulsturbine
aufzubauen, wobei die Letztere für
einen Betrieb hoher Rotation sorgt und gesondert von der Flüssigkeit
zur Reinigung im Behälter
ist, wobei dies der verunreinigten Flüssigkeit erlaubt, eine längere Verweilzeit
aufzuweisen.
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Ein
Abtrennen von Verunreinigungen niedriger Dichte von konstanten Strömen einer
Flüssigkeit mit
hohem Druck ist nicht die einzige Situation, für welche traditionelle Zentrifugalseparatordesigns nicht
adäquat
sind. Beispielsweise wird, wie in
US 5906733 beschrieben,
wo die Flüssigkeit,
die zu reinigen ist, nur indirekt von einem Kreislauf, entweder bei
niedrigem Druck oder intermittierend hohen Drucks abgeleitet wird,
ein gesonderter Strom bzw. Fluß der
Flüssigkeit
hohen Drucks verwendet bzw. eingesetzt, um eine Drehung des Kanisters
zu bewirken, während
die Flüssigkeit,
die zu reinigen ist, bei niedrigerem Druck und/oder niedriger Rate
durchfließen
kann, wobei der separate bzw. abgetrennte Flüssigkeitsstrom eine Rotation über direkte
Reaktionsstrahldüsen
in dem Behälter
oder als eine Impulsturbine bewirkt, die externe Schaufeln verwendet,
gegen welche Flüssigkeit
von stationären
Düsen gelenkt
wird.
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Insofern
diese modifizierten Designs noch das Prinzip eines Definierens eines
Rotorbehälters einsetzen,
dessen radiale Abmessungen für
Zentrifugalkräfte
auf durch die Flüssigkeit
mitgerissene Partikel optimiert werden und funktionieren, indem
er mit der verunreinigten Flüssigkeit
gefüllt
wird und dann eine Rotation bei geeigneter Drehzahl bewirkt wird, zeigen
sie noch merkliche Rotorbehälterträgheit und müssen, um
Energie bereitzustellen, Reibungs- und andere Verluste überwinden,
wobei sie eine langsame Antwort, insbesondere in Start-Stop-Situationen zur
Verfügung
stellen.
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Es
ist bekannt, eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung bereitzustellen,
wobei rotierende Behälter, durch
welche verunreinigte Flüssigkeiten
durchgeleitet werden, um dichte feste Bestandteile abzutrennen und
zurückzuhalten,
ange ordnet sind, um nicht mit Flüssigkeit
bei erhöhtem
Druck gefüllt
zu werden, wobei sie auf eine relativ dünne ringförmige Zone durch die Zentrifugalkräfte beschränkt ist,
die aus einer Rotation entstehen.
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Es
ist aus US-A-3572582 bekannt, eine Zentrifugaltrennung von festen
Verunreinigungen und Gasen aus Kraftstoff bereitzustellen, der an
ein Flugzeugtriebwerk zuzuführen
ist. Eine Anordnung wird beschrieben, in welcher ein Gehäuse ein
Getriebe, das mit dem rotierenden Triebwerk des Flugzeugs gekoppelt
ist, um einen Zentrifugenbehälter
bei hoher Drehzahl zu rotieren, durch welchen flüssiger Kraftstoff gezwungen
wird durchzutreten, und eine Pumpe zum Sammeln von Flüssigkeit
aus dem Gehäuse
und Bereitstellen eines Abgabedrucks enthält, um das Triebwerk zu speisen.
Obwohl die Anordnung fähig
ist, verschiedene Ausrichtungen bzw. Orientierungen und Stellungen
mit dem Flugzeug anzunehmen, ist bzw. wird beabsichtigt, daß der Behälter überwiegend
um eine im wesentlichen horizontale Rotationsachse mit der Pumpe
unter ihm rotiert, um Flüssigkeit
zu empfangen, die aus dem Behälter fließt. Der
Behälter
umfaßt
ein offenendendes zylindrisches Schalenteil, das durch eine undurchlässige Seitenwand
ausgebildet ist, innerhalb welcher eine ringförmige Trennungs- und Aufnahmezone
ist, wobei die Dicke der Zone durch ein Wehr am offenen Ende des
Behälters
definiert ist, das einen Auslaßdurchtritt
für die
Flüssigkeit
bereitstellt. Koaxial in Linie mit dem Trennungs- und Aufnahmeteil
und rotierbar damit ist ein Einlaßbehälterteil, das eine zylindrische
Wand aufweist, die zur Rotationsachse schaut bzw. gerichtet ist,
und auf deren eines Ende die verunreinigte Flüssigkeit gesprüht bzw.
gespritzt wird. Eine eingestellte bzw. nach innen gerichtete Lippe
an dem einen Ende beschränkt
die gesprühte
bzw. gespritzte Flüssigkeit,
sich als eine Haut auf der Wandfläche zu sammeln, die hier durch
Zentrifugalkraft gehalten wird und Gasen erlaubt, sich radial nach
innen abzutrennen und entlang eines Entlüftungsrohrs durch das Trennungs-
und Aufnahmeteil durchzutreten. Die Zentrifugalkraft einer Rotation
veranlaßt
die Flüssigkeit,
die zu der Wand zuzuführen
ist sich auszubreiten, und am anderen Ende erstreckt sich ein Feld
bzw. Array von Leitungen radial nach außen, um die Flüssigkeit
zur Trennungs- und Aufnahmezone zuzuführen, wo die Zentrifugalkräfte einer
Rotation dichtere Partikel von der Flüssigkeit abtrennen, der gestattet
wird, über
das Auslaßwehr
in das Gehäuse zu
passieren bzw. durchzutreten. Die zylindrische Wand des Trennungs-
und Aufnahmeteils und das Wehr, das Verunreinigungen zurückhält, werden
aus einer entfernbaren bzw. demontierbaren Auskleidung gebildet.
Obwohl das Trennungs- und Aufnahmebehälterteil mit nur einer relativ
dünnen
ringförmigen Zone
arbeitet, die durch Flüssigkeit
darin besetzt bzw. eingenommen ist, und die Wand einem geringeren
Druck unterworfen wird, als wenn gefüllt ist bzw. wird, ist dies
eine mechanisch komplexe Einheit, welche, indem sie von der reichlichen
Betriebsleistung von dem Fahrzeugtriebwerk Gebrauch macht, groß und kostspielig
ist und nicht für
andere Fahrzeugumgebungen geeignet ist, wo Kosten, Größe und Flexibilität einer
Implementierung bestimmende Faktoren sind.
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Es
ist auch aus US-A-1811157 bekannt, eine Zentrifugaltrennung von
festen Verunreinigungen aus einem Schmieröl in einem Behälter bereitzustellen,
der nur teilweise mit der Flüssigkeit
gefüllt
arbeitet. Zwei Platten, die sich transversal zu einer und rotierbar
um eine vertikale Achse erstrecken, sind voneinander entlang der
Achse beabstandet, um einen sich radial erstreckenden Durchtritt
für Flüssig keit
zu definieren. Die untere Platte ist nach oben an ihrem radial äußeren Rand
gedreht, um eine Wand mit einer wiedereintretenden Lippe oder einem
Wehr auszubilden und eine Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone
zu definieren, die der nach oben gedrehten bzw. gewandten Wand benachbart
ist, und die obere Platte ist an ihrem Zentrum offen, um verunreinigte
Flüssigkeit über ein
sich nach oben erstreckendes rohrförmiges Glied zu empfangen bzw.
zu erhalten. Das rohrförmige
Glied ist an seinem oberen Ende mit einer koaxialen Impulsturbine
gekoppelt, die durch Schaufeln definiert ist, die angeordnet sind um,
und beabstandet von der vertikalen Achse, so daß ein freier Strahl der verunreinigten
Flüssigkeit, die
zu den Schaufeln gerichtet ist, eine Rotation des Apparats bzw.
der Vorrichtung bewirkt, und die verbrauchte Flüssigkeit entlang des rohrförmigen Glieds zur
rotierenden unteren Platte fällt,
woraufhin sie durch eine Zentrifugalkraft einer Drehung durch die Lücke bzw.
den Spalt zwischen den beabstandeten Platten zu der nach oben gedrehten
Wand geschleudert wird, wo dichtere Verunreinigungen von der Flüssigkeit
abgetrennt werden, welche über
die nach oben gedrehte Lippe fließt und ausgebracht wird. Da die
Lippe der Flüssigkeit
gestattet, rascher ausgetragen zu werden als eine Zufuhr, wird nur
die Zone benachbart der nach oben gedrehten Wand mit Flüssigkeit
gefüllt.
Flüssigkeitsdrücke, die
durch die Komponenten erfahren werden, sind niedriger als in gefüllten Behältern und
entscheidend gibt es weniger Flüssigkeit,
die durch die begrenzte Energie bzw. Leistung zu rotieren ist, die
von der Flüssigkeit
selbst verfügbar
ist. Jedoch verwendet, während
eine derartige Anordnung strukturell einfach ist und nicht eine
gesonderte Quelle an Rotationsenergie erfordert, sie eine Rotationsanziehung
auf die Flüssigkeit, die
ihre Fähigkeit
beeinträchtigt,
in verschiedenen Stellungen zu funktionieren.
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Dokumente
des Standes der Technik von weiterer Bedeutung sind
FR 1089071 ,
DE 19715661 ,
DE 966346 ,
GB 2098098 ,
GB 278161 und
DE 616397 . All diese Dokumente beschreiben
zylindrische Zentrifugalseparatoren, die adaptiert sind, teilchenförmiges Material
von Öl
in Verbrennungskraftmaschinen abzutrennen, und eine Vielfalt von
verschiedenen Merkmalen bzw. Eigenschaften aufweisen. Somit:
- – beschreibt FR 1089071 die Bereitstellung
einer labyrinthartigen Anordnung, durch welche Öl fließt bzw. strömt und in welcher ein Reinigen
davon auftritt,
- – beschreibt DE 19715661 einen Rotor
für einen Zentrifugalseparator,
der aus Kunststoff hergestellt ist und verstärkende bzw. Verstärkungsrippen
aufweist, welche einen Ölfluß erleichtern,
- – beschreibt GB 2098098 eine Anordnung,
wodurch die Rotationsachse der Zentrifuge zwei konzentrische Strömungs- bzw. Flußkanäle beinhaltet,
wobei einer Fluid erlaubt, in den Separator einzutreten, und der
andere dem gereinigten Fluid erlaubt, zum Motor zurückgeführt zu werden,
- – zeigt GB 278161 einen Separator,
der einen fixierten Rand bzw. Saum oder eine abhängige Unterteilungswand aufweist,
gegen welche axial und zugeführtes
Fluid zuerst radial ausgestoßen
wird, bevor es über
den unteren freien Rand des Saums in eine Abtrennungskammer durchgeleitet wird,
in welcher ein Reinigen des Fluids auftritt; dieses Fluid entweicht
dann durch einen Auslaßdurchtritt,
der radial nahe sowohl zum geschlossenen Ende des Saums als auch
der Rotationsachse des Separators angeordnet ist; zusätzlich beschreibt
dieses Dokument, daß der
Saum radial zu seinem freien Ende divergiert, über welches Fluid fließt bzw.
strömt;
und
- – ist DE 616397 eine alternative
labyrinth-artige Anordnung, wodurch Fluid unter Druck in den Separator
an einer Stelle entfernt von der Rotationsachse beaufschlagt wird
und unter Druck gezwungen wird, sich durch den labyrinth-artigen
Durchgang zur Rotationsachse zu bewegen, an welcher ein geeigneter
Durchgang dem gereinigten Fluid erlaubt, von der Vorrichtung entfernt
zu werden.
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Es
ist ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, Zentrifugaltrennungsrotormittel für eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung
bereitzustellen, die geeignet ist zum Abtrennen von teilchenförmigen Verunreinigungen
niedriger Dichte aus einem im Kreislauf geführten bzw. zirkulierten Schmiermittel einer
Verbrennungskraftmaschine, welche einen Nachteil von bekannten Details
mildert. Es ist auch ein Ziel der Erfindung, eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die derartige Rotormittel beinhaltet. Es ist außerdem ein
Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Methode bzw. ein Verfahren einer
Zentrifugalabtrennung bereitzustellen, welche(s) Nachteile mildert,
die mit bekannten Verfahren assoziiert bzw. verbunden sind.
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Es
folgt, daß jegliche
Zentrifugaltrennungsvorrichtung, welche wirksam Verunreinigungen
niedriger Dichte abtrennt, auch fähig ist, Verunreinigungen relativ
hoher Dichte abzutrennen, die damit vermischt sind oder kombiniert
werden, wobei der Apparat bzw. die Vorrichtung für eine Abtrennung von derartigen
Verunreinigungen relativ hoher Dichte optimiert ist.
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Gemäß Einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Zentrifugaltrennungsrotormittel
wie in Anspruch 1 dargelegt.
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Andere
bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2–8 hiervon
dargelegt.
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Bestimmte
Merkmale der Erfindung werden nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein Querschnittsaufriß durch
eine erste Ausführungsform
einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung, beinhaltend
Impulsturbinenantriebsmittel als die Quelle von verunreinigter Flüssigkeit
und Einlaßmittel
in Form einer sich axial erstreckenden perforierten Unterteilungswand,
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2 ist
ein Querschnittsaufriß durch
eine zweite Ausführungsform
einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung, die
eine Unterteilungswand einer verjüngten Form illustriert bzw.
darstellt,
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3 ist
ein Querschnittsaufriß durch
eine dritte Ausführungsform
einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung, die
Varianten von Komponenten illustriert,
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4 ist
ein Querschnittsaufriß durch
ein Teil einer vierten Ausführungsform
einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung,
die eine Variante von Impulsturbinenantriebsmittel illustriert,
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5 ist
ein Querschnittsaufriß durch
ein Teil einer fünften
Ausführungsform
einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung,
die eine weitere Variante von Impulsturbinenantriebsmitteln illustriert,
in welcher die verbrauchte Flüssigkeit
nicht die Quelle der verunreinigten Flüssigkeit ist, die zu reinigen
ist,
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6 ist
eine schematische Darstellung in einem Querschnittsaufriß eines
Teils einer sechsten Ausführungsform
eines Zentrifugalseparators in Übereinstimmung
mit der Erfindung, die die Einbeziehung von weiteren eingebetteten
Behältern
in dem mit einer Wand versehenen Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmebehälter illustriert,
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7 ist
eine schematische Darstellung in einem Querschnittsaufriß eines
Teils einer siebenten Ausführungsform
eines Zentrifugalseparators, die eine Modifikation der Mehrbehälteranordnung
von 11 zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:
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Bezugnehmend
auf 1 umfaßt
ein Zentrifugalseparator 110 ein Gehäuse 112, das durch
eine Basis 114, die adaptiert ist, um am Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine
(nicht gezeigt) befestigt zu werden, und eine abnehmbare bzw. demontierbare
Abdeckung 116 definiert ist. Die Basis beinhaltet Einlaßleitungsmittel 118,
durch welche verunreinigte bzw. kontaminierte Flüssigkeit bei erhöhtem Druck zugeführt wird,
und Auslaßleitungsmittel 120 zur Drainage
bzw. Ableitung von Flüssigkeit
vom Gehäuse
zur Motorölwanne.
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Eine
Spindel 122, die eine Längsachse 124 aufweist,
ist an einem Ende davon 1221 durch
die Basis abgestützt
und erstreckt sich durch das Gehäuse und
ist an ihrem anderen Ende 1222 mit
der Abdeckung 116 in Eingriff.
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Montiert
auf die Spindel zur Rotation um die Achse 124 innerhalb
des Gehäuses
sind Rotormittel 130, umfassend einen mit einer Wand versehenen Trennungs-
und Aufnahmebehälter 132 (nachfolgend als "der Behälter" erwähnt bzw.
bezeichnet), welcher eine undurchlässige radial äußere Seitenwand 134 aufweist,
die sich um die und längs
der Rotationsachse 124 zwischen Endwänden 136 und 138 erstreckt. Radial
einwärts
von der Seitenwand 134 ist eine ringförmige Verunreinigungstrennungs-
und -aufnahmezone 140 (nachfolgend als "die Zone" erwähnt),
wobei die radial innere Grenze der Zone, wie durch die unterbrochene
bzw. strichlierte Linie 141 bezeichnet, durch Auslaßdurchtrittsmittel 142 in
der Endwand 138 definiert ist, welche nach außen aus
dem Behälter
innerhalb des Gehäuses
führt.
Die Auslaßdurchtrittsmittel 142 können eine
oder mehrere Öffnung(en)
in der Form von sich am Umfang erstreckenden Schlitzen in der Endwand
umfassen oder können
eine ringförmige
Lücke umfassen,
die einen radialen Raum zwischen der Endwand 138 und Einlaßmitteln
repräsentiert,
die allgemein mit 150 angegeben und nachfolgend beschrieben
sind, welche angeordnet sind, um verunreinigte Flüssigkeit
von radial nach innen davon zur Zone 140 zu befördern.
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Die
Rotormittel sind in bezug auf die Spindel 122 über eine
rohrförmige
Achse 144 montiert, welche die Spindel umgibt, und sind
durch axial beabstandete Rollenlager 1461 , 1462 oder äquivalente Lager niedriger
Reibung montiert bzw. angeordnet und durch eine Mutter 148 festgehalten.
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Die
Einlaßmittel 150 umfassen
Sammelmittel 151, die eine Unterteilungswand 152 aufweisen,
die sich auch um die und längs
der Rotationsachse 124 erstrecken, die radial zwischen
der rohrförmigen Achse 144 und
der Zone 140 angeordnet ist, vorzugsweise benachbart der
letzteren und möglicherweise
eine Grenze der Auslaßdurchtrittsmittel 142 de finierend.
Die Unterteilungswand 152 ist in fixierter Beziehung zur
rohrförmigen
Achse montiert, an einer ihrer axialen äußersten Grenzen bzw. Enden
durch eine sich radial erstreckende Wand 154 und an der anderen,
optional bzw. fakultativ, durch klammernde Holme 156, aber
trotzdem zur Drainage geöffnet
und möglicherweise
insgesamt nicht vorhanden. Die Wand 152 weist eine Einlaß- oder
Sammelfläche 158 auf,
die zur Rotationsachse schaut bzw. gerichtet ist und zwischen der
Fläche
und der Rohrachse 146 einen Einlaßbereich 160 definiert.
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Transferdurchtrittsmittel,
allgemein bei 162 angegeben bzw. bezeichnet, kommunizieren
zwischen der Sammelfläche 158 und
der Zone 140, die die Form einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 164 in
der Unterteilungswand annehmen. Vorzugsweise sind die Öffnungen
in der Dichte zum Ende der Unterteilungswand axial entfernt: von
den Auslaßdurchtrittsmitteln
konzentriert, aber sind an irgendeiner axialen Position gleichförmig am
Umfang verteilt.
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Mit
der rohrförmigen
Achse 144 bilden die Unterteilungswand 152 und
die Endwand 154 das Hauptstrukturelement der Rotormittel,
durch welche sie auf der Spindel und bezüglich des Gehäuses getragen
wird.
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Die
radial äußere Wand 134 und
Endwände 136 und 138,
welche die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 140 und
Auslaßdurchtrittsmittel 142 definieren,
sind als ein gesondertes Trennungs- und Aufnahmemodul 1321 ausgebildet, das angeordnet ist, um
entfernbar in bezug auf die Einlaßmittel 150 durch
Mittel montiert zu sein, die bei 135 angeordnet sind, umfassend
eine radial überhängende Lippe 1541 der Endwand 154, die mit
dem radial inneren Rand 1361 der
End wand 136 in Eingriff bringbar ist. Das Modul 1321 wird praktischerweise aus Kunststoffmaterial
geformt und kann irgendwelche konventionelle verstärkende Merkmale
bzw. Eigenschaften beinhalten, wie beispielsweise Umfangsrippen,
um ihm zu ermöglichen,
den Beanspruchungen einer Rotation hoher Drehzahl und den Kräften standzuhalten,
die durch die Flüssigkeit
und abgelagerte Verunreinigungen in der Zone 140 ausgeübt werden.
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Die
Einlaßmittel 150 sammeln
auch kontaminierte bzw. verunreinigte Flüssigkeit, die auf der Sammelfläche zu reinigen
ist, welche es durch Rotorantriebsmittel durchführen, die allgemein mit 170 bezeichnet
sind. Die Antriebsmittel umfassen einen Fluidmotor in der Form einer
Impulsturbine 172. Die Impulsturbine 172 umfaßt eine
Mehrzahl von Turbinenschaufeln 174, von denen jede eine
konkave, löffelartige
Form aufweisen kann, die auch als ein Peltonrad bekannt ist, die
die Rotationsachse 124 umgebend angeordnet und bezüglich der
Rotormittel fixiert sind. Die Schaufeln können individuell oder als eine
Feld- bzw. Array-Subanordnung an einem Endbereich der Rohrachse 144 gesichert
bzw. befestigt sein oder damit integral, wie gezeigt, ausgebildet
sein.
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Die
Turbine 172 umfaßt
auch eine Mehrzahl von Flüssigkeitsstrahldüsen 176,
von denen sich jede von der Basis 114 erstreckt und mit
der Hochdruck-Zufuhrleitung 118 gekoppelt ist, um einen Strahl 178 der
verunreinigten Flüssigkeit
bei einer bestimmten Löffelposition
im wesentlichen tangential in bezug auf die Rotationsachse zu lenken,
aber auch der Länge
nach geneigt in bezug dazu, so daß Flüssigkeit, die abgelenkt wird
durch oder auf andere Weise spritzt, nach einem Zusammenprall mit
einer Schaufel veranlaßt
wird, in den Einlaßbereich 160 einzutreten
und auf die Sammelfläche 158 der
Einlaßmittel
aufzutreffen, wie dies durch strichlierte Grenzlinien 178' illustriert
bzw. dargestellt ist bzw. wird.
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Somit
verwendet im Betrieb die verunreinigte Flüssigkeit, die zu der Anordnung
zugeführt
wird, am Anfang ihre Energie, um eine Hochgeschwindigkeitsrotation
der Rotormittel zu bewirken, die die Sammelfläche 158 enthalten,
so daß verbrauchte
Turbinenflüssigkeit,
welche auf die Sammelfläche
auftrifft, in einen abdeckenden Film durch die Zentrifugalkräfte einer
Rotation verteilt wird. Flüssigkeit
des Films gelangt durch die Öffnungen 162 der
Durchtrittsmittel und wird zu der radial äußeren Wand 134 geschleudert.
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Die
Turbinenmittel sind in Verbindung mit den Auslaßdurchtrittsmitteln angeordnet,
um sicherzustellen, daß verunreinigte
Flüssigkeit
zur Sammelfläche 158 bei
einer Rate bzw. Geschwindigkeit zugeführt wird, die geringer ist
als jene, bei welcher sie durch die Auslaßdurchtrittsmittel 142 abfließen kann, so
daß eine
Schicht von Flüssigkeit
und Verunreinigungen gegen die Außenwand 134 bis zu
einer Dicke nicht größer als
die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 140 gehalten
werden kann, die durch die radiale Position der Auslaßdurchtrittsmittel definiert
ist, und der Behälter
ist ansonsten im wesentlichen leer. Insofern eine derartige Zone
bei einem maximalen Abstand von der Rotationsachse ist, sind Zentrifugalkräfte bei
einem Maximum und jegliche schwerere Verunreinigungen sind bzw.
werden von der Flüssigkeit
getrennt, um sich in einer Schicht gegen die Wand anzuhäufen, wobei
die Flüssigkeit darüber liegt.
Eine Abtrennung bzw. Trennung kann sich somit fort setzen, bis die
Verunreinigungsablagerungen die Zone füllen und weitere Verunreinigungen direkt
durch die Auslaßdurchtrittsmittel
gewaschen werden.
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Danach
kann das Trennungs- und Verunreinigungsmodul 1321 leicht
von den Einlaßmitteln
getrennt und gereinigt oder verworfen bzw. entsorgt werden, wobei
es durch ein gereinigtes oder neues Modul ersetzt wird. Wie oben
angegeben bzw. angedeutet, kann das Modul aus einem Kunststoffmaterial hergestellt
sein, welches ermöglicht,
billig als ein "verbrauchbares
Gut" hergestellt
zu werden, welches leicht mit den darin gesammelten Verunreinigungen vernichtet
werden kann und welches die Trägheit
der Rotormittel im Betrieb verringert.
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Unter
Beibehaltung eines Verringerns der Trägheit der Rotormittel ist es
ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß im Betrieb der Behälter der
Rotormittel nicht mit der Flüssigkeit
gefüllt
ist bzw. wird, im Gegensatz zu den normalen Betriebsbedingungen von
derartigen reinigenden Anordnungen, und rasch auf Betriebsgeschwindigkeit
bzw. -drehzahl durch einen direkten Turbinenantrieb gebracht wird
und ohne darauf zu warten, bis sich der Rotor mit Flüssigkeit füllt. Auch
können,
da in dieser Ausführungsform
die rohrförmige
Achse nicht mit Flüssigkeit
bei erhöhtem Druck
gefüllt
ist, die Lager 1461 und 1462 hinsichtlich eines niedrigen Energieverlusts
ohne Rücksicht
auf eine Flüssigkeitsaufnahme
gewählt
werden.
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Viele
der individuellen Komponenten können eine
alternative Form annehmen, und im allgemeinen können sie unabhängig voneinander
variiert werden.
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Nun
bezugnehmend auf 2 zeigt diese in einem ähnlichen
Querschnittsaufriß eine
zweite Ausführungsform
eines Zentrifugalseparators 210 gemäß der Erfindung. Identische
Komponenten behalten die gleichen Bezugszeichen und entsprechen den
Komponenten, die oben in bezug auf 1 beschrieben
sind, aber verschiedene Komponenten weisen Bezugszeichen mit einer
vorangehenden "2" auf.
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Der
Separator 210 umfaßt
das oben erwähnte
Gehäuse 112,
das durch die Basis 114, die Abdeckung 116 und
die Spindel 122 definiert ist. Aufgenommene bzw. untergebrachte
Rotormittel 230 sind im wesentlichen die gleichen wie die
Rotormittel 130, mit Ausnahme hinsichtlich der Einlaßmittel 250,
welche Sammelmittel 251 beinhalten, die eine Unterteilungs-
bzw. Trennungswand 252 einer geringfügig konischen Form aufweisen,
die im Radius mit einem Abstand vom Ende 2521 ,
bei welchem Flüssigkeit eingebracht
wird, zum Ende 2522 zunimmt, das
an eine Wand 254 grenzt und einen ähnlich geformten Einlaßbereich 260 definiert.
Auch umfassen anstelle der Öffnungsmittel
in der Form eines Felds von Durchgangsöffnungen, die radial und axial
davon verstreut sind, Öffnungsmittel 262 sich
am Umfang erstreckende Schlitze 264, die nur in Richtung
zum Ende eines maximalen Radius angeordnet sind.
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Impulsturbinenantriebsmittel 172 sind
wie oben beschrieben, und verunreinigte Flüssigkeit wird durch Düsen 176 in
Richtung zu Impulsturbinenschaufeln 174 geleitet bzw. gelenkt,
um eine Rotation der Rotormittel zu bewirken, und verbrauchte Flüssigkeit
wird auf eine Sammelfläche 258 der
Unterteilungswand gerichtet. Wie oben beschrieben, verbreiten bzw.
verteilen die Zentrifugalkräfte
einer Rotation die Flüssigkeit
als einen Film über
die Sammelfläche und
hier unterstützt
die Variation im Radius die Flüssigkeit,
zum oberen Ende 2522 zu wandern,
woraufhin sie durch Schlitze 264 durchtritt und in Richtung zur
Außenwand 134 des
Moduls 1321 geschleudert wird.
Insofern die Flüssigkeit
in die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 140 am
Ende entfernt von den Auslaßdurchtrittsmitteln 142 eintritt, wird
sie veranlaßt,
in der Zone für
die maximal mögliche
Trennungszeit zu verweilen.
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Andere
Komponenten und strukturelle Beziehungen können verwendet werden und 3 zeigt
einen Querschnittsaufriß einer
dritten Ausführungsform
eines Zentrifugalseparators 310, welche mögliche Varianten
illustriert bzw. darstellt. Komponenten identisch zu jenen der ersten
und zweiten Ausführungsform
weisen die gleichen Bezugszeichen auf, während abweichende Komponenten
Bezugszeichen mit einer vorangehenden "3" aufweisen.
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Der
Separator 310 umfaßt
das oben erwähnte
Gehäuse 112,
das durch die Basis 114, die Abdeckungsmittel 116 und
die Spindel 122 definiert ist, wobei die letztere die Rotationsachse 124 definiert. Untergebrachte
Rotormittel 330 sind an der Spindel 122 durch
eine rohrförmige
Achse 344 montiert.
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Die
Rotormittel umfassen einen mit einer Wand versehenen Behälter 332,
der nach außen durch
eine undurchlässige äußere Seitenwand 334 begrenzt
ist, die sich um die und längs
der Rotationsachse zwischen Endwänden 336 und 338 erstreckt. Die
Endwand 336 wird in bezug auf das Ende der Achsenmittel
durch die Mutter 148 geklemmt, welche auch die rohrförmige Achse
auf die Spindel verriegelt.
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Die
Endwand 338 enthält
darin Auslaßdurchtrittsmittel 342,
die radial nach innen von der Seitenwand 334 versetzt sind,
um zwischen den Durchtrittsmitteln, wie der Seitenwand, eine Verunreinigungstrennungs-
und -aufnahmezone 340 zu definieren, wie dies durch strichlierte
Linien 341 angegeben ist. Radial nach innen bzw. einwärts von
den Auslaßdurchtrittsmitteln
versetzt und sich im wesentlichen parallel zur Außenwand 334 erstreckend
ist eine optionale Innenwand 335, welche eine physisch
begrenzte Trennungs- und Sammelkammer 3401 von abgetrennten
Verunreinigungen definiert, die geringfügig größer als die 340 ist.
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Einlaßmittel 350 beinhalten
Sammelmittel 351, die eine Unterteilungswand 352 aufweisen,
welche die Rotationsachse 124 umgibt und sich axial zu dieser
erstreckt, und die rohrförmige
Achse 344, die in bezug auf die rohrförmige Achse durch Holme 353 angeordnet
ist. Die Unterteilungswand ist verjüngt, wobei sie zunehmend im
Radius als eine Funktion des Abstands vom Ende 3521 ,
benachbart der Basis 114 zunimmt, und ist sonst offen an
ihrem oberen Ende 3522 , welches
axial von der Endwand 336 beabstandet ist, um im wesentlichen
nicht verstopfte ringförmige Übertragungs- bzw. Transferdurchtrittsmittel 362 zwischen
der Sammelfläche 358 der
Unterteilungswand und der Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 340 an
der äußeren Wand 334 bereitzustellen.
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Als
eine Angelegenheit einer strukturellen Zweckdienlichkeit und um
eine betriebliche Festigkeit daran zu verleihen, ist das obere Ende
der inneren bzw. Innenkammerwand 335 geformt, um sich über dem
oberen Ende 3522 der Unterteilungswand 352 zu
befinden.
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Außerdem und
eine weitere Variante illustrierend, nehmen Antriebsmittel 370 die
Form einer Impulsturbine 372 an, die stationäre Flüssigkeitsstrahldüsen 376 und
im allgemeinen flache Schaufeln 374 aufweist, die in bezug
auf die rohrförmige
Achse zwischen ihren Enden fixiert sind, so daß im wesentlichen alles der
verbrauchten Turbinenantriebsflüssigkeit
auf die Sammelfläche 358 der
Unterteilungswand auftrifft.
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Ein
Betrieb ist im wesentlichen wie oben beschrieben, wobei verunreinigte
Flüssigkeit
bei erhöhtem
Druck zur Versorgungsleitung 118 zugeführt wird, von wo sie durch
die Düsen 376 in
Richtung zu Turbinenschaufeln 374 gerichtet bzw. gelenkt
wird, um Rotation zu bewirken; verbrauchte Flüssigkeit, die durch die Turbinenschaufeln
abgelenkt ist, um auf die konische Sammelfläche 358 zu treffen,
hier durch Zentrifugalkräfte
eine Rotation gehalten wird und in Richtung zum oberen Ende 3522 der Unterteilungswand wandert, bevor
sie durch diese Zentrifugalkräfte
durch den ringförmigen
Spalt 362 in Richtung zur Außenwand 334 geschleudert
wird, woraufhin sie weiter sich ausbreitet und im allgemeinen in
Richtung zum Auslaßdurchtritt 342 strömt, wobei
schwere Verunreinigungen von der Flüssigkeit getrennt werden und
veranlaßt
werden, sich anzuhäufen
gegen die und gebunden zu werden an der Wand oder irgendwelche vorher
getrennte Verunreinigungen.
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Wenn
die Zone 340 durch die getrennten Verunreinigungen gefüllt ist,
wird das Trennungs- und Aufnahmemodul 3321 leicht
von den Rotormitteln entfernt, indem die Mutter 148 gelöst wird,
und mit einem leeren ersetzt. Die optionale Innenwand 335 verhindert
wirkungsvoll jegliches unabsichtliches Verlagern bzw. Entfernen
der abgelagerten Verun reinigungen von der Außenseitenwand 334,
und wie oben beschrieben kann das Trennungs- und Aufnahmemodul 3321 als ein verwerfbarer bzw. entsorgbarer
Kunststofformkörper
ausgebildet sein.
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In
allen der oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Antriebsmittel
für die
Rotormittel eine Impulsturbine, die Schaufeln aufweist, die an einer
röhrenförmigen Achse
fixiert sind, die eine stationäre
Spindel umgibt und mit Flüssigkeit
durch stationäre
Zufuhrdüsen
gespeist wird.
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Indem
weitere strukturelle Varianten betrachtet werden, können derartige
Impulsturbinenschaufel (entweder flach oder löffelförmig) anderswo montiert werden,
vorausgesetzt, daß die
verbrauchte Flüssigkeit
direkt oder indirekt auf die Sammelfläche der Unterteilungswand auftrifft.
Bezugnehmend auf 4, in welcher in einer Querschnittsansicht
ein Teil einer vierten Ausführungsform
der Trennungsvorrichtung 410 illustriert ist, ist diese
die gleiche wie die dritte Ausführungsform,
mit Ausnahme der Antriebsmittel 470 in der Form von irgendeinem
Feld bzw. Array von löffelförmigen Turbinenschaufeln 474,
die direkt auf einer Sammelfläche 458 der
Unterteilungswand montiert sind.
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Nun
auf
5 bezugnehmend, zeigt diese in einem Querschnittsaufriß ein Teil
einer fünften
Ausführungsform
einer Zentrifugaltrennungsanordnung
510, die im allgemeinen ähnlich der
Trennungsanordnung
210 hinsichtlich der Einlaßmittel
und Impulsturbine ist, aber wobei die Flüssigkeit, die zu reinigen ist, gänzlich oder
teilweise auf die Sammelfläche
258 der Unterteilungswand
252 über die
Zufuhrdüsenmittel
5761 gerichtet wird und wobei die Turbine,
die isoliert davon oder in Verbindung damit betrieben wird, durch Düsenmittel
5762 gespeist wird, um eine Rotation der Rotormittel
bei einer geeigneten hohen Rate bzw. Geschwindigkeit zu bewirken.
Sie illustriert auch die Möglichkeit
eines Zuführens
von verunreinigter Flüssigkeit
zu der Zufuhrdüse
5761 völlig
unabhängig
von der Zufuhr zu Düsenmitteln
5672 , obwohl sie selbstverständlich eine
gemeinsame Zufuhr aufweisen können,
wie dies oben beschrieben ist. Es kann vorteilhaft sein, derartige
gesonderte bzw. diskrete Zufuhren aufzuweisen, wenn beispielsweise
die Flüssigkeit,
die zu reinigen ist, schwer verunreinigt ist und ungeeignet ist,
um durch einen relativ kleinen Düsenstrahl
durchzutreten und die Turbine anzutreiben, und/oder bei einem niedrigen
oder variablen Druck oder intermittierend verfügbar ist, wie beispielsweise in
den Umständen,
die in der oben erwähnten
US 5906733 diskutiert werden.
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Es
wird anerkannt bzw. geschätzt
werden, daß,
obwohl alle der oben beschriebenen Ausführungsformen die Auslaßdurchtrittsmittel
gezeigt haben, die an der unteren Wand des Rotorbehälters in bezug
auf eine vertikale Rotationsachse definiert sind, dies nicht eine
funktionelle Notwendigkeit ist. Die Auslaßdurchtrittsmittel können in
der oberen Endwand oder radial äußeren Wand
oder irgendeiner Kombination davon definiert sein, mit der Maßgabe, daß die Verunreinigungstrennungs-
und -aufnahmezone richtig bzw. geeignet definiert ist und Flüssigkeit,
die den Behälter über die
Auslaßdurchtrittsmittel verläßt, nicht
die Rotation stört
bzw. beeinträchtigt.
In diesem Kontext bzw. Zusammenhang sollte die undurchlässige Natur
bzw. Beschaffenheit der radial äußeren Wand
als exklusiv für
derartige Auslaßdurchtrittsmittel
verwendet werden. Ebenso kann es abhängig von den Antriebsmitteln
möglich
sein, mit der Rotationsachse bei einer nicht vertikalen Ausrichtung zu
arbeiten.
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Außerdem kann,
obwohl alle der obigen Ausführungsformen
mit einer stationären
Spindel beschrieben worden sind, eine derartige rotierbar in bezug
auf das Gehäuse
zu einer Drehung um die Achse 124 montiert sein, wobei
eine gesonderte rohrförmige
Achse 124 dann unnötig
ist. Außerdem
können Spindelmittel
ein Paar von axial beabstandeten Stumpfachsen an gegenüberliegenden
Enden des Gehäuses
umfassen und getragen werden durch oder sich erstrecken in die Rotormittel.
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Es
wird anerkannt werden, daß Auslaßdurchtrittsmittel
an einem derartigen "oberen
Ende" des Trennungs-
und Aufnahmebehälters
in irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen oder tatsächlich an
beiden Enden angeordnet sein bzw. werden können.
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Alle
der oben beschriebenen Ausführungsformen
haben Antriebsmittel in der Form von Impuls- oder Reaktionsturbinen
verwendet, welche durch die verunreinigte Flüssigkeit mit Energie, entweder
gesondert von oder als einem Vorläufer versorgt werden, um einer
Verunreinigungstrennung zu unterliegen, wobei diese eine der meisten
zweckdienlichen Leistungs- bzw. Energiequellen ist, die für eine derartige
Anordnung innerhalb einer funktionierenden Verbrennungskraftmaschine
verfügbar
ist. Es wird erkannt werden, daß es
zahlreiche andere Formen von Turbinen oder Nicht-Turbinen-Motoren gibt, die
durch flüssige
oder gasförmige
Fluide angetrieben werden, die für
eine Anordnung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung adaptiert werden könnten. Auch
müssen,
insofern diese Anordnung fähig
ist, ausgelegt bzw. konstruiert zu sein, um eine Zentrifugalreinigung
von verunreinigter Flüssigkeit
getrennt vom An treiben der Rotormittel zu bewirken, die Antriebsmittel
nicht durch die verunreinigte Flüssigkeit, noch
tatsächlich
eine Flüssigkeit
oder irgendeinem anderen Fluid überhaupt
mit Energie versorgt werden. Beispielsweise könnten die Rotormittel durch Elektromotormittel
oder eine mechanische Kopplung mit einem Motor angetrieben werden,
dessen Schmiermittel gereinigt wird und hohe Rotationsgeschwindigkeiten
bzw. -drehzahlen durch ein Getriebe erreichen.
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Andere
strukturelle Variationen sind möglich. Beispielsweise
können
die Einlaßmittel
axial vom Trennungs- und Aufnahmebehälter versetzt sein, insbesondere
wo die Einlaßmittel
eine ankommende Flüssigkeit
axial zu einem Transferdurchtritt lenken und der Transferdurchtritt
die gleiche axiale Position auf wenigstens einem Ende des Behälters teilt.
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Obwohl
für optimale
Bedingungen von minimaler Trägheit
und Abtrennungsradius der Trennungs- und Aufnahmebehälter ein
wenig mehr als eine radial undurchlässige Wand bei einem maximalen
Abstand umfaßt,
wird anerkannt bzw. geschätzt werden,
daß, wenn
erwartet wird, daß nur
ein kleiner Anteil der teilchenförmigen
Verunreinigungen von einer derartig niedrigen Dichte sind, um diese
Bedingungen zu erfordern, es dann machbar sein kann, koaxial innerhalb
des Behälters,
radial zwischen der äußeren Wand
und der Rotationsachse, einen oder mehrere eingebettete(n) weitere(n)
Behälter
einzuschließen,
der bzw. die im wesentlichen die gleiche Struktur hinsichtlich von
Auslaßdurchtrittsmitteln
aufweist (aufweisen), die eine Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone
benachbart einer undurchlässigen
radialen äußeren Wand
definieren, wobei aber jede durch derartige Auslaß durchtrittsmittel
die Flüssigkeit
für den
nächsten äußeren Behälter bereitstellt.
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Nun
auf 6 bezugnehmend, zeigt diese eine schematische
Darstellung in einem Querschnittsaufriß eines Teils einer sechsten
Ausführungsform einer
Zentrifugaltrennungsvorrichtung 1110 in Übereinstimmung
mit der Erfindung, und basierend auf der Ausführungsform 210, auf
welche bezug genommen wird hinsichtlich der Teile, die nicht gezeigt
sind bzw. werden. Die Figur zeigt einen Abschnitt der (statischen)
Abdeckung 116, die die Rotormittel 1130 um- bzw.
einschließt.
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Die
Rotormittel umfassen Einlaßmittel 1150 in
der Form einer verjüngten
Unterteilungswand 1152, die eine radial nach innen schauende
bzw. gerichtete Sammelfläche 1158 aufweist,
und angrenzend an das Ende davon Transferdurchtrittsmittel 1162,
ebenso wie einen Trennungs- und Aufnahmebehälter 1132, der daran
montiert bzw. angeordnet ist durch sich radial erstreckende Abstandhalterholme (nicht
gezeigt) für
eine Rotation damit. Der Behälter 1132 umfaßt eine
sich axial erstreckende undurchlässige
Wand 1134 und an jedem Ende davon rudimentäre Endwände 1136 und 1138,
welche sowohl axial als auch radial gerichtet sind, um Flüssigkeit
zu sammeln, die sich in einer radialen Richtung annähert, und
um die radiale Grenze einer Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 1140 zu
definieren, d.h. die radiale Grenze der Auslaßdurchtrittsmittel 1142.
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Auch
montiert an den und koaxial zu den Einlaßmitteln gibt es eine Vielzahl,
hier zwei, von weiteren Trennungs- und Aufnahmebehältern 1132A und 1132B radial
nach innen bzw. einwärts
des Behälters 1132.
Die weiteren Behälter
sind im wesentlichen identisch mit dem Behälter 1132, indem sie
rudimentäre
Endwände 1136A , 1138A , 1136B und 1138B aufweisen,
die Auslaßdurchtrittsmittel 1142A , 1142B und dadurch
Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezonen 1140A und 1140B definieren, wobei sie aber auch zunehmend
kürzer
in einer axialen Länge
in Richtung zu den Einlaßmitteln
sind, so daß Flüssigkeit,
die die Auslaßdurchtrittsmittel
verläßt, jeweils
radial nach außen
in Richtung zu und gesammelt durch den nächsten Behälter geschleudert wird. Wie
gesehen werden kann, ist der Transferdurchtritt 1162 der Einlaßmittel
im wesentlichen mit den Mittelpunkten der umgebenden Behälter ausgerichtet.
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Ein
Betrieb wird nun entsprechend dem oben beschriebenen gesehen, wobei
jeder Behälter
oder weitere Behälter
eine relativ dünne
ringförmige
Haut von Flüssigkeit
und Verunreinigungen enthält,
die davon getrennt sind, die Dichten entsprechend dem Abstand von
der Achse aufweisen, wobei zunehmend reinere Flüssigkeit mit Verunreinigungen
niedrigerer Dichte schließlich
am äußersten
Behälter 1132 ankommt.
Insofern jeder der weiteren Behälter
aus Kunststoffmaterialien niedriger Dichte hergestellt sein kann,
können
das Gewicht, und somit die Trägheit
der Mehrfach-Behälterrotormittel
noch signifikant bzw. merklich geringer sein als ein einzelner Behälter, der
vollständig
mit Flüssigkeit
gefüllt
ist.
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Es
gibt strukturelle Variationen bzw. Abwandlungen, die hinsichtlich
der Größe und Anordnungen solcher
weiterer Behälter
möglich
sind, und 7 illustriert einige dieser
in einer Verbundkonstruktion einer derartigen schematischen Teilansicht
einer Trennungsvorrichtung 1210. Bezugnehmend auf die Figur sind
die äußere Abdeckung 116 und
die Einlaß mittel 1250 im
wesentlichen wie oben beschrieben. Rotormittel umfassen einen äußersten
Trennungs- und Aufnahmebehälter 1232 und
koaxial darin eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten weiteren
Behältern 12321 , wo i hier A bis E ist.
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Betrachtend
bzw. berücksichtigend
die weiteren Behälter 1232E und 1232D ,
die den Abschnitt I ausbilden, sind diese (und möglicherweise alle Behälter) von
gleichförmiger
Länge,
wobei die Auslaßdurchtrittsmittel 1242E und 1242D an
einem Ende nur von jedem definiert sind, wobei sich das Ende für aufeinanderfolgende
Behälter
abwechselt bzw. ändert, so
daß die
Flüssigkeit
einem mäandrierenden
Pfad entlang der vollen Länge
von jedem folgt.
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Betrachtend
die weiteren Behälter 1232D , 1232C und 1232B , die einen Abschnitt II ausbilden, sind
diese (und möglicherweise
alle Behälter)
zunehmend kürzer
mit einem Abstand von der Rotationsachse, ebenso wie sie axial angeordnet
sind, um einen mäandrierenden
Pfad für
die Flüssigkeit
zu bewirken. Eine derartige Anordnung hat die funktionelle Wirkung,
die Trägheit
der Rotormittel zu minimieren und eine verjüngtere, stromlinienförmige Form
für die Abdeckung
zu erlauben.
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Indem
die weiteren Behälter 1232A und Behälter 1232 beachtet
bzw. betrachtet werden, die einen Abschnitt III ausbilden, weisen
diese (und möglicherweise
alle Behälter)
an dem Ende, wo Flüssigkeit von
den Auslaßdurchtrittsmitteln 1242A des vorangehenden weiteren Behälters erhalten
wird, eine Endwand 1236 auf, welche als ein Splitter bzw.
eine Unterteilungseinrichtung geformt ist, um nur einen Anteil der
Flüssigkeit
in den Behälter
abzulenken.
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Es
wird anerkannt werden, daß,
wo ein oder mehrere weitere(r) Behälter verwendet wird bzw. werden,
der bzw. die innerhalb des äußeren Behälters eingebettet
ist bzw. sind, die äußeren Seitenwände sich
nicht parallel zu jener des äußeren Behälters erstrecken
müssen.
Gleichfalls können,
obwohl jedes Auslaßdurchtrittsmittel
und weitere Auslaßdurchtrittsmittel
in einer Endwand jedes Behälters
oder weiteren Behälters
gezeigt worden sind, in einer geeignet geformten Seitenwand vorgesehen
bzw. bereitgestellt werden.
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Es
ist ein fundamentales Merkmal aller der oben beschriebenen Ausführungsformen,
daß der Trennungs-
und Aufnahmebehälter,
der definiert ist, durch die radial einwärts von der undurchlässigen radial äußeren Seitenwand
ist bzw. liegt, nicht mit Flüssigkeit
gefüllt
wird und eine relativ dünne
Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone angrenzend an die Wand
aufweist und als solche eine Struktur bereitstellt, wobei die radiale
Position der äußeren Wand
nicht ein bestimmender Faktor in der Masse der Flüssigkeit
ist, die enthalten ist und rotiert wird, und frei von Fließverhalten
eines Zentrifugaldruckgradienten einer derartigen Flüssigkeit
ist.
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Diese
Betriebsprinzipien ermöglichen
somit vollständig
neue Konstruktionen von Rotormitteln für diesen Typ von Motorschmiermittel-Reinigungsanordnung,
welche leicht innerhalb "des
wirklichen Raumes" ersetzt
bzw. substituiert wird, der auf einem derartigen Motor zum Reinigen
durch die traditionellen bzw. herkömmlichen Anordnungen verfügbar ist.
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Jedoch
wird erkannt bzw. geschätzt
werden, daß es
Umstände
gibt, in welchen ein mit einer Wand versehener Trennungs- und Verunreinigungsbehälter, wie
er durch einen mit Flüssigkeit
gefüllten
Kanister definiert ist, trotz der oben skizzierten bzw. angeführten Konflikte
hinsichtlich Durchmesser und Trennungskraft, dennoch dimensionsmäßig bzw.
hinsichtlich Abmessungen zum Entfernen aller Verunreinigungen mit
Ausnahme jener niedrigster Dichte, wie beispielsweise Ruß, optimiert
ist, und eine Anpassung bereitstellt, welche auf einer derartigen
Optimierung aufbaut, um den Bereich einer Teilchen- bzw. Partikeltrennung
zu vergrößern, während ein Vermeiden
des Konflikts wünschenswert
und innerhalb des Gebiets bzw. Anwendungsbereichs der vorliegenden
Erfindung ist.
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Ein
im wesentlichen nicht gefüllter,
mit einer Wand versehener Trennungs- und Aufnahmebehälter in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung kann auch radial außerhalb
von, und günstiger Weise
ein Teil eines derartigen geschlossenen Trennungskanisters zu einer
Rotation damit umgebend definiert sein, wobei Mittel von Zentrifugaltrennungskräften bei
maximalem Radius und maximaler effektiver Verweilzeit infolge der
flachen bzw. seichten Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone
bereitgestellt werden, während
das Volumen an darin enthaltener Flüssigkeit, und somit die Trägheit des angetriebenen
Haupttrennungsbehälters
merklich erhöht
wird.
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Ausgedrückt in Übereinstimmung
mit den positionellen Zusammenhängen,
die vorher beschrieben sind, kann angenommen werden, daß der weitere
Trennungs- und Aufnahmebehälter,
der Kanister angeordnet ist, der Auslaßdurchtrittsmittel und Einlaßdurchtrittsmittel
aufweist, die betätigbar
sind, um zu versuchen, Flüssigkeit
zum Behälter
bei einer größeren Rate
zu fördern,
als sie durchtreten kann, indem sie eine größere Strömungs- bzw. Flußkapazität aufweist
als die Auslaßdurchtrittsmittel,
um Flüssigkeit
zum Behälter
zu befördern
und ihn im Betrieb gefüllt
aufrecht zu erhalten, und wobei sich eine undurchlässige radial äußere Seitenwand
um und entlang der Rotationsachse erstreckt und eine ringförmige Verunreinigungstrennungs-
und -aufnahmezone bildet, die sich radial nach innen von der Seitenwand erstreckt.
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Der
Kanister bzw. Behälter
kann einfach zwischen der Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone
und der Rotationsachse ähnlich
zu jenen sitzen, die in der sechsten und siebenten Ausführungsform
beschriebenen sind, die in 6, 7 abgedeckt
sind, indem Fluidrotormittel bereitgestellt sind für, und physisch
zu einer Rotation des äußeren Behälters gekoppelt
sind, wobei aber die radial äußere Seitenwand
angeordnet ist, um sich entlang der Achse zu erstrecken und auf
welcher Verunreinigungen abgelagert werden, welche an verschiedenen
(dichteren) Teilen der verunreinigten Flüssigkeit arbeitet, die zur
Trennungsvorrichtung zugeführt
wird.