WO2012013550A1 - Zentrifugalabscheider mit partikelleitrinne - Google Patents

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WO2012013550A1
WO2012013550A1 PCT/EP2011/062414 EP2011062414W WO2012013550A1 WO 2012013550 A1 WO2012013550 A1 WO 2012013550A1 EP 2011062414 W EP2011062414 W EP 2011062414W WO 2012013550 A1 WO2012013550 A1 WO 2012013550A1
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WO
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rotor
particle
peripheral wall
centrifugal separator
clean gas
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PCT/EP2011/062414
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English (en)
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Inventor
Dirk Hornung
Original Assignee
Hengst Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/08—Centrifuges for separating predominantly gaseous mixtures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
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    • B04B7/02—Casings; Lids
    • B04B7/04—Casings facilitating discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B04B2005/125—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers the rotors comprising separating walls

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal separator for separating liquid and / or solid particles from a gas stream, with a separator housing and arranged therein, rotatable rotor, wherein the separator housing a Rohgaseinlass, a clean gas outlet and a particle outlet and a radially outward with the rotor Having a surrounding surrounding peripheral wall, wherein a raw gas stream axially into the rotor and in this rotation is displaceable, wherein a clean gas flow radially outwardly out of the rotor and then between the outer periphery of the rotor and the inner circumference of the peripheral wall to the clean gas outlet can be discharged, said Rotor having Pumbleabscheideettiiana from which from the gas stream separated particles are centrifugally ejected onto the inner circumference of the peripheral wall, wherein the particles on the peripheral wall of the particle outlet can be fed and wherein on the inner circumference of the peripheral wall at least one of Achsric Heit the rotor obliquely
  • a centrifugal separator of the aforementioned type is known from WO 2010/051994 A1.
  • This separator has been proven in practice, however, the relatively high production cost is considered to be disadvantageous in him.
  • the high manufacturing cost results in particular from the fact that the peripheral wall can be made in one piece with the particle screen only by means of an elaborate, formed with a spindle core injection mold as an injection molded part or diecasting.
  • a disadvantage is seen in that the peripheral wall is used with the particle screen as a separate sleeve in the separator housing, which causes an increased installation effort.
  • it has been found in experiments with this centrifugal separator that particularly fine particles from the gas stream are not yet deposited in the desired extent and with the desired degree of efficiency.
  • centrifugal separator is known from WO 2005/032723 A1.
  • a plurality, preferably between 5 and 40 particle corrugations are provided on the peripheral wall, which extend over at least the upper half of the rotor, resulting in a high production cost.
  • the peripheral wall widens conically in the direction of flow of the clean gas flow, so that the distance between the outer circumference of the particle-discharging part of the rotor and the inner circumference of the peripheral wall in the flow directions of the clean gas flow to the clean gas outlet becomes greater.
  • centrifugal separators predominantly larger particles are thrown off in the lower part of the rotor, while in the upper region of the rotor, the centrifuged particles are smaller.
  • smaller particles have a lower inertia than larger particles, which in the case of this known centrifugal separator means that the small particles thrown off in the upper region of the rotor do not come to the peripheral wall because of the relatively large distance here, but undesirably with them the clean gas flow are taken to the clean gas outlet.
  • this centrifugal separator does not achieve optimum efficiency with respect to fine particles.
  • the object is to provide a centrifugal separator of the type mentioned above, which avoids the disadvantages set and which achieves a high separation efficiency, especially with respect to finer particles, the centrifugal separator should be simple and inexpensive to produce.
  • the / each particle screen is designed as a section of a conical space spiral, the profile of the / each particle screen having a radius decreasing in the direction of the clean gas flow to the clean gas outlet, and
  • the distance stood between the outer periphery of the particle-discharging part of the rotor and the inner circumference of the peripheral wall is the smallest.
  • the fine particles need only cover a relatively small distance from the outer circumference of the rotor to the inner circumference of the peripheral wall.
  • the fine particles nevertheless reliably impinge on the peripheral wall and are collected thereon and then removed via their surface and through the particle channel or channels.
  • the larger particles with their greater inertia also reliably impinge on this over a larger distance between the outer circumference of the rotor and the inner circumference of the peripheral wall, in order then to be dissipated in the same way as the fine particles.
  • the geometry of the particle channel or troughs according to the invention achieves, on the one hand, the desired distance variation between the outer circumference of the rotor and the inner circumference of the peripheral wall in combination with a rotor shaped simply as a cylinder and, secondly, the removal of the liquid and / or solid deposits deposited on the peripheral wall Particles favored and promoted.
  • the manufacture of the rotor is kept particularly simple.
  • the varying over the height of the rotor distance between the outer circumference and the inner circumference of the peripheral wall can be additionally influenced by variation of the outer diameter of the rotor.
  • a measure of the decrease in the radius is dimensioned as a function of the width of the / each particle screen and the number of particle corrugations such that the separator housing having the peripheral wall with the at least one particle corrugation housing can be demolded without an undercut when produced as a spray or die cast part is.
  • the geometry of the / each guide channel, its number and the width of the / each particle screen measured in the radial direction are coordinated with one another such that there is no radial overlap between particle channels in the axial direction.
  • the clean gas outlet is arranged above the rotor in the separator housing, that the clean gas flow between the outer circumference of the rotor and the inner circumference of the peripheral wall can be discharged towards the clean gas outlet and that / each particle lattice begins at the same height as or above the upper end of the particle-ejecting portion of the rotor and extends downwardly therefrom.
  • the removal of the particles is effected here by a combination of natural gravity and the gas flow produced by the rotor and guided by the particle lattices, which overall ensures a reliable discharge of the particles deposited on the inner circumference of the peripheral wall, without these again entering the gas flow can.
  • the distance between the outer circumference of the rotor and the inner circumference of the peripheral wall is larger in the area of the rotor remote from the clean gas outlet.
  • a relatively large flow cross-section is provided in this area, thereby ensuring relatively low gas velocities.
  • An entrainment of deposited on the peripheral wall particles is thus relatively unlikely or even excluded in this area.
  • an embodiment of the invention proposes that the / each particle channel continues downward into an axially further downwardly extending particle gutter.
  • the axial course of the particle gutter ensures the shortest possible way for the removal of the deposited particles and facilitates the production of the peripheral wall.
  • a further development provides that the distance between the outer circumference of the rotor and the inner circumference of the peripheral wall is constant over the height range of the circumferential wall occupied by the axially extending particle drainage channel.
  • This embodiment is in particular a contribution to a compact design of the separator housing, because the increase in the outer diameter of the separator housing associated with the increasing distance between the rotor and the peripheral wall no longer continues in its lower region.
  • the invention provides that the / each particle screen and / or particle gutter is undercut in cross-section and open towards the rotor rotation direction and infinitely variable in the rotor rotation direction is formed continuously with the inner circumference of the peripheral wall. In the undercut, the particles catch and are then adequately shielded by the clean gas flow in the direction of the clean gas outlet.
  • the infinitely continuous with the inner circumference of the peripheral wall training of Pumbleleitrinne (s) in the rotor rotation avoids disturbing gas flow vortices that could cause a release of particles from the peripheral wall and re-entry of the particles in the clean gas flow.
  • peripheral wall with the at least one particle screen is an integral part of the separator housing.
  • the part of the separator housing having the at least one particle screen is a housing cover which can be removed from the remainder of the separator housing.
  • the centrifugal separator is then designed so that when it is connected to the rest of the separator housing lid of this surrounding the rotor or at least the particle ejecting part of the rotor.
  • the invention proposes that the circumferential wall with the at least one particle screen is a sleeve inserted into the separator housing.
  • differently equipped sleeves can be installed in otherwise identical separator housing in order to realize as simple as possible, for example, with regard to the arrangement and / or orientation and / or number of particle trays different designs.
  • a single, in the circumferential direction, preferably over 360 ° extending, particle trough is arranged.
  • the geometry of the peripheral wall is thereby advantageously simple and that the degree of conicity can be kept within narrow limits, which benefits a compact design.
  • n on the inner circumference of the circumferential wall n, in the circumferential direction, preferably over each 360 n extending, non-overlapping particle lattices are arranged, where n> 2. Due to the non-overlapping guide troughs a particularly compact design is possible. In the practical embodiment, the number n is preferably between 2 and 8.
  • the rotor is preferably a Tellerstapelseparator, which has already proven in conventional, known centrifugal.
  • an encircling particle collecting channel connected to the particle outlet is arranged below an axially lower end of the / each particle screen or particle drain channel in the separator housing.
  • centrifugal separator described above can be used for different applications. Its advantages are particularly effective if the centrifugal separator is an oil mist separator for the crankcase ventilation gas of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.
  • FIG. 2 shows a housing cover of the separator from FIG. 1, in longitudinal section
  • FIG. 3 shows the housing cover of Figure 2 in a view obliquely from below
  • FIG. 4 shows the housing cover from FIG. 3 in a bottom view
  • FIG. 5 shows the housing cover in a modified embodiment, viewed obliquely from below
  • FIG. 6 shows the housing cover from FIG. 5 in a bottom view
  • FIG. 7 shows a sleeve as part of a centrifugal separator, in front view
  • FIG. 8 shows the sleeve from FIG. 7 in a view obliquely from below, FIG.
  • FIG. 9 shows the geometric profile of a guide channel as a conical space spiral, in cylindrical coordinates
  • FIG. 10 shows a geometric development of a guide trough
  • Figure 1 1 is a schematic end view of the separator housing with four in
  • Figure 12 shows the separator housing of Figure 1 1 in longitudinal section
  • Figure 13 is a schematic end view of the separator housing with four in
  • Circumferential direction overlapping guide channels Circumferential direction overlapping guide channels.
  • FIG. 1 of the drawing shows a centrifugal separator 1 in a schematic representation in a longitudinal section.
  • the centrifugal separator 1 has a separator housing 10, which is only partially shown here.
  • An upper part of the separator housing 10 is formed by a housing cover 1 1, which is detachably connected to the rest of the separator housing 10 with the interposition of a sealing ring 1 1 '.
  • a rotor 3 is arranged, which is formed for example by a plate stack, as is known per se.
  • drive 33 of the rotor 3 is about a rotational axis 31 with the direction of rotation 32 in rotation displaceable.
  • a laden with separated particles raw gas stream 13, for example, the oil mist containing crankcase ventilation gas of an internal combustion engine is introduced axially from below into the rotor 3.
  • the gas flow is deflected outward in the radial direction and then leaves the rotor 3 at the outer periphery 30 in the height range A.
  • supplied particles are first deposited by means of flow deflection on within the rotor 3 existing surfaces of the gas stream and then by Centrifugal force thrown outwards, whereby the particles are deposited on the inner periphery 20 of the peripheral wall 2 of the housing cover 1 1.
  • the freed of the particles gas flows as clean gas flow 14 through the annular gap between the outer periphery 30 of the rotor 3 and the inner periphery 20 of the peripheral wall 2 up to a here in the center of the lid 1 1 arranged clean gas outlet 14 '.
  • particle 21 On the inner circumference 20 of the peripheral wall 2, one or more, in the example of Figure 1 four, particle 21 are provided, integrally formed here.
  • the particle corrugations 21 each run in the direction of rotation 32 of the rotor 3 helically from top to bottom, at the same time increases the diameter of the peripheral wall 2 and thus also the radius of the particle 21 arranged thereon troughs from top to bottom.
  • the gas flow in the annular gap between peripheral wall 2 and rotor 3 offset by rotating rotor 3 ensures that the particles precipitated on inner circumference 20 of circumferential wall 2 are fed along the inner circumference 20 to the particle corrugations 21 and then guided obliquely downward at the particle corrugations 21 become.
  • each particle screen 21 Towards the bottom, each particle screen 21 then merges into an axially extending particle discharge channel 22, which finally ends in each case into a particle collection channel 15 which circulates in the separator housing 10 in the circumferential direction.
  • the distance a between the inner circumference 20 of the peripheral wall 2 and the outer circumference 30 of the rotor 3 is not constant over the height A of the particle-discharging outer circumference 30 of the rotor 3, but rather is generated in streams. mung direction of the clean gas flow 14, seen here from bottom to top, smaller.
  • the mentioned distance is greater with the dimension a2 than in an upper portion of the outer periphery 30 of the rotor 3, where the distance has the smaller dimension ai.
  • a larger flow cross-section for the clean gas emerging from the rotor 3 is provided in the lower region of the outer circumference 30 of the rotor 3, which ensures a lower gas flow rate in this region.
  • This facilitates the removal of the deposited particles down, without the risk that once again deposited on the inner circumference 20 of the peripheral wall 2 particles undesirably return to the clean gas flow 14.
  • the relatively large distance a2 is not problematic here, because in this lower region of the rotor 3 mainly large particles are thrown off, which have a large inertia, with which they can overcome the relatively larger distance a2, without being carried along by the here relatively slow clean gas flow 14 to become.
  • FIG. 2 of the drawing shows the housing cover 1 1 of the centrifugal separator 1 of Figure 1 as a single part in longitudinal section.
  • the particle corrugations 21 arranged on the inner circumference 20 of the peripheral wall 2 and the particle drainage channels 22 which continue downwards are now visible.
  • Each particle screen 21 has at the top a beginning 21 .1 and after a height Ai at the bottom one end 21.2.
  • Each particle gutter 22 extends over a height A2.
  • the ratio of the heights Ai and A2 to each other can be changed as needed and optimized by experiments.
  • each particle screen 21 extends over a little less than 90 ° in the circumferential direction so that in each case two particle corrugations 21 adjacent to one another in the circumferential direction do not overlap one another, thereby enabling a particularly compact construction. Furthermore, FIG. 2 illustrates that each particle screen 21 is continuously and steplessly formed with its inner periphery 20 of the peripheral wall 2 on its obliquely upwardly pointing side and each particle drainage channel 22 on its side pointing in the direction of rotation of the rotor, whereby disturbing gas vortices are avoided or at least reduced ,
  • the lower diameter of the inner circumference 20 of the peripheral wall 2 is greater than the diameter in the upper region of the peripheral wall 2. Expediently, the lower diameter is so much larger than the upper diameter that the Partelle 21 in a production of the housing cover 1 1 as an injection molded part axially and without Undercut can be demoulded downwards.
  • the lower diameter is the diameter up to which the particle corrugations 21 are present downwards.
  • the lower diameter is the diameter up to which the particle corrugations 21 are present downwards.
  • the figure 3 of the drawing shows the housing cover 1 1 of Figures 1 and 2 in a view obliquely from below.
  • two of the four particle corrugations 21 with their respective downward axial particle drainage channels 22 on the inner circumference 20 of the peripheral wall 2 are visible.
  • each particle screen 21 has a top 21. 1 at the top and an end 21. 2 at the bottom.
  • the particle corrugations 21 do not overlap one another in the circumferential direction, because each of the four particle corrugations 21, viewed in the circumferential direction, extends over a little less than 90 ° in each case.
  • each particle screen 21 and particle drainage channel 22, viewed in the direction of rotation of the rotor is formed continuously and steplessly with the inner circumference 20 of the peripheral wall 2.
  • FIGS. 5 and 6 show an example of an embodiment of the centrifugal separator or its housing cover 11 with a single particle screen 21 on the inner circumference 20 of the peripheral wall 2.
  • the particle screen 21 thus receives a relatively small pitch, which indeed extends the path for the deposited particles along the particle screen 21, but overall provides a smoother surface of the inner periphery 20 of the peripheral wall 2 and so reduces disturbing gas vortex to a minimum.
  • the bottom view of the housing cover 1 1 in Figure 6 illustrates that even in the embodiment with only a single particle 21, the beginning 21 .1 and the end 21 .2 are slightly spaced from each other in the circumferential direction to in the manufacture of the housing cover 1 1 its simple to ensure axial removal.
  • the inner diameter of the inner circumference 20 of the peripheral wall 2 with the Pumbleleitrinne 21 from bottom to top, ie in Gasflungsraum to clean gas outlet, smaller, to assembled centrifugal separator, the annular gap between the inner periphery 20 of the peripheral wall 2 and the outer periphery of the rotor to the clean gas outlet get closer.
  • FIGS. 7 and 8 show an exemplary embodiment for which it is characteristic that the peripheral wall 2 with particle corrugations 21 has the form of a separate sleeve 12, which is manufactured as a single part and then inserted into a separator housing.
  • FIG. 7 shows, radially on the outside, the circumferential wall 2 with its inner circumference 20 facing radially inward, on which also here four circumferentially distributed particle corrugations 21 are integrally formed.
  • FIG. 8 shows the course of the particle corrugations 21 on the inner circumference 20 of the peripheral wall 2, wherein here again each particle corrugated channel 21 has an upper beginning 21 .1 and a lower lying end 21. From the lower end 21.2 of each particle screen 21 leads an axially extending Pelleablaufrinne 22 further down to a lower end of the sleeve 12.
  • the inner diameter of the sleeve 12 is above the particle 21 each smaller than below the particle 21. This is also in the Sleeve 12 reaches, that in the assembled state of a centrifugal separator with the sleeve 12, the distance between the inner periphery 20 of the peripheral wall 2 and the outer periphery of the rotor in the gas flow direction towards the clean gas outlet is smaller.
  • the sleeve 12 is also integrally produced as an injection molded part and demolding can also be done easily in the axial direction, as well as in the sleeve 12, the Partelle 21 in the circumferential direction do not overlap each other.
  • each particle screen 21 and each particle gutter 22 in the direction of rotation of the rotor is also made stepless and continuous here to avoid disturbing gas vortex.
  • FIG. 9 of the drawing represents geometrically the course of a guide channel as a conical space spiral in cylindrical coordinates
  • FIG. 10 shows a geometric development of a guide rib.
  • the value for the slope S is preferably between 0.5 and 1 and the value for the pitch angle ⁇ between 30 ° and 45 °.
  • ⁇ angle of a point of the guide trough [rad].
  • This change D in the radius may advantageously be chosen such that the component of the separator comprising the guide troughs or troughs, i. the housing or cover or the sleeve, against the clean gas flow direction without undercut is demoldable.
  • Figure 1 1 shows schematically an example with four non-overlapping guide channels 21 in an end view;
  • FIG. 12 shows the same example in longitudinal section.
  • FIG. 13 shows an embodiment which, in contrast to the embodiments shown in the other figures, differs by guide grooves 21 overlapping in the circumferential direction. Such an embodiment is also possible and produced without increased effort in the injection or die casting process, but has the disadvantage of increased space requirements.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider (1) zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, mit einem Abscheidergehäuse (10) und mit einem darin angeordneten, in Drehung versetzbaren Rotor (3), wobei das Abscheidergehäuse (10) einen Rohgaseinlass, einen Reingasauslass (14') und einen Partikelauslass sowie eine den Rotor (3) radial außen mit Abstand umgebende Umfangswand (2) aufweist, wobei ein Rohgasstrom (13) axial in den Rotor (3) einleitbar und in diesem in Drehung versetzbar ist, wobei ein Reingasstrom (14) radial nach außen aus dem Rotor (3) heraus und dann zwischen dem Außenumfang (30) des Rotors (3) und dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) zum Reingasauslass (14') abführbar ist, wobei der Rotor (3) Partikelabscheideelemente aufweist, von denen aus dem Gasstrom abgeschiedene Partikel durch Zentrifugalkraft auf den Innenumfang (20) der Umfangswand (2) abschleuderbar sind, wobei die Partikel auf der Umfangswand (2) dem Partikelauslass zuführbar sind und wobei auf dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) mindestens eine zur Achsrichtung (31) des Rotors (3) schräg verlaufende Partikelleitrinne (21) angeordnet ist. Der Zentrifugalabscheider (1) gemäß Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die/jede Partikelleitrinne (21) als Abschnitt einer kegelförmigen Raumspirale ausgeführt ist, wobei der Verlauf der/jeder Partikelleitrinne (21) einen in Richtung des Reingasstroms (14) zum Reingasauslass (14') abnehmenden Radius (r) aufweist, und dass der Abstand (a) zwischen dem Außenumfang (30) des Rotors (3) und dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) in Richtung des Reingasstroms (14) zum Reingasauslass (14') kleiner wird.

Description

Beschreibung:
Zentrifugalabscheider mit Partikelleitrinne
Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, mit einem Abscheidergehäuse und mit einem darin angeordneten, in Drehung versetzbaren Rotor, wobei das Abscheidergehäuse einen Rohgaseinlass, einen Reingasauslass und einen Partikelauslass sowie eine den Rotor radial außen mit Abstand umgebende Umfangswand aufweist, wobei ein Rohgasstrom axial in den Rotor einleitbar und in diesem in Drehung versetzbar ist, wobei ein Reingasstrom radial nach außen aus dem Rotor heraus und dann zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand zum Reingasauslass abführbar ist, wobei der Rotor Partikelabscheideelemente aufweist, von denen aus dem Gasstrom abgeschiedene Partikel durch Zentrifugalkraft auf den Innenumfang der Umfangswand abschleuderbar sind, wobei die Partikel auf der Umfangswand dem Partikelauslass zuführbar sind und wobei auf dem Innenumfang der Umfangswand mindestens eine zur Achsrichtung des Rotors schräg verlaufende Partikelleitrinne angeordnet ist.
Ein Zentrifugalabscheider der vorstehend genannten Art ist aus WO 2010/051994 A1 bekannt. Dieser Abscheider hat sich in der Praxis bewährt, jedoch wird bei ihm der relativ hohe Herstellungsaufwand als nachteilig angesehen. Der hohe Herstellungsaufwand ergibt sich insbesondere daraus, dass die Umfangswand mit der Partikelleitrinne nur mithilfe einer aufwändigen, mit einem Spindelkern ausgebildeten Spritzform als Spritzgussteil oder Druckgussteil einstückig hergestellt werden kann. Außerdem wird ein Nachteil darin gesehen, dass die Umfangswand mit der Partikelleitrinne als separate Hülse in das Abscheidergehäuse eingesetzt ist, was einen erhöhten Montageaufwand verursacht. Weiterhin hat sich in Versuchen mit diesem Zentrifugalabscheider herausgestellt, dass besonders feine Partikel aus dem Gasstrom noch nicht in dem gewünschten Umfang und mit dem gewünschten Wirkungs-grad abgeschieden werden. Ein weiterer Zentrifugalabscheider ist aus WO 2005/032723 A1 bekannt. Bei diesem Abscheider sind mehrere, bevorzugt zwischen 5 und 40 Partikelleitrinnen auf der Umfangswand vorgesehen, die sich über mindestens die obere Hälfte des Rotors erstrecken, was zu einem hohen Herstellungsaufwand führt. Bevorzugt ist hier außerdem vorgesehen, dass sich die Umfangswand in Strömungsrichtung des Reingasstroms konisch erweitert, so dass der Abstand zwischen dem Außenumfang des Partikel abschleudernden Teils des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand in Strömungsrichtungen des Reingasstroms zum Reingasauslass größer wird. Wie aus Versuchen mit derartigen Zentrifugalabscheidern bekannt ist, werden im unteren Teil des Rotors überwiegend größere Partikel abgeschleudert, während im oberen Bereich des Rotors die abgeschleuderten Partikel kleiner sind. Wie ebenfalls bekannt ist, haben kleinere Partikel eine geringere Trägheit als größere Partikel, was bei diesem bekannten Zentrifugalabscheider dazu führt, dass die im oberen Bereich des Rotors abgeschleuderten kleinen Partikel aufgrund des hier relativ großen Abstandes nicht auf die Umfangswand gelangen, sondern in unerwünschter Weise mit dem Reingasstrom zum Reingasauslass mitgenommen werden. Damit erreicht dieser Zentrifugalabscheider im Hinblick auf feine Partikel keinen optimalen Wirkungsgrad.
Für die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen Zentrifugalabscheider der eingangs genannten Art zu schaffen, der die dargelegten Nachteile vermeidet und der einen hohen Abscheidewirkungsgrad, insbesondere auch hinsichtlich feinerer Partikel, erzielt, wobei der Zentrifugalabscheider einfach und kostengünstig herstellbar sein soll.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Zentrifugalabscheider der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist,
dass die/jede Partikelleitrinne als Abschnitt einer kegelförmigen Raumspirale ausgeführt ist, wobei der Verlauf der/jeder Partikelleitrinne einen in Richtung des Reingasstroms zum Reingasauslass abnehmenden Radius aufweist, und
dass der Abstand zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand in Richtung des Reingasstroms zum Reingasauslass kleiner wird.
Mit der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass in dem Bereich des Zentrifugalabscheiders, in welchem feine Partikel von den Rotor abgeschleudert werden, der Ab- stand zwischen dem Außenumfang des Partikel abschleudernden Teils des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand am kleinsten ist. Somit müssen die feinen Partikel vom Außenumfang des Rotors bis zum Innenumfang der Umfangswand nur eine relativ kleine Strecke zurücklegen. Dies hat zur Folge, dass die feinen Partikel trotz ihrer im Verhältnis zu größeren Partikeln geringen Trägheit doch zuverlässig auf die Umfangswand auftreffen und auf dieser aufgefangen und dann über deren Oberfläche und durch die Partikelleitrinne oder -rinnen abgeführt werden. Die größeren Partikel mit ihrer größeren Trägheit treffen auch über einen größeren Abstand zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand zuverlässig auf dieser auf, um dann in gleicher Weise wie die feinen Partikel abgeführt zu werden. Durch die erfindungsgemäße Geometrie der Partikelleitrinne oder - rinnen wird zum einen die gewünschte Abstandsvariation zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand in Kombination mit einem einfach als Zylinder geformten Rotor erreicht und zum anderen die Abfuhr der auf der Umfangswand niedergeschlagenen flüssigen und/oder festen Partikel begünstigt und gefördert. Wenn der Durchmesser des Rotors in seinem Partikel abschleudernden Teil konstant ist, wird die Fertigung des Rotors besonders einfach gehalten. Der über die Höhe des Rotors variierende Abstand zwischen dessen Außenumfang und dem Innenumfang der Umfangswand kann zusätzlich durch Variation des Außendurchmessers des Rotors beeinflusst werden.
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, dass ein Maß der Abnahme des Radius abhängig von der Breite der/jeder Partikelleitrinne und von der Anzahl der Partikelleitrinnen so bemessen ist, dass das die Umfangswand mit der mindestens einen Partikelleitrinne aufweisende Abscheidergehäuse bei einer Herstellung als Spritzoder Druckgussteil hinterschnittfrei axial entformbar ist. Die Geometrie der/jeder Leitrinne, deren Anzahl und die in Radialrichtung gemessene Breite der/jeder Partikelleitrinne sind dabei also mit anderen Worten so aufeinander abgestimmt, dass in Axialrichtung gesehen keine radiale Überlappung zwischen Partikelleitrinnen besteht. Hiermit wird eine formtechnische einfache und damit kostengünstige Fertigung des die Partikelleitrinne oder -rinnen aufweisenden Teils des Zentrifugalabscheiders ermöglicht, weil ein einfaches, in Axialrichtung erfolgendes, rotationsfreies Entformen der Umfangswand bei einer Herstellung als Spritzguss- oder Druckgussteil ermöglicht wird. Eine komplizierte Gießform mit einem Spindelkern wird nun nicht mehr benötigt. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Zentrifugalabscheiders sieht vor, dass die/jede Partikelleitrinne sich über weniger als die gesamte Höhe des Partikel abschleudernden Teils des Rotors erstreckt. Praktische Versuche mit dem erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheider haben gezeigt, dass auch eine Anordnung einer oder mehrerer Partikelleitrinnen über nur einen Teil der Höhe des Partikel abschleudernden Teils des Rotors für die gewünschte Funktion vollkommen ausreichend ist. Damit kann die Geometrie der Umfangswand weiter vereinfacht werden, was auch deren Herstellung entsprechend einfacher macht.
Um im Betrieb des Zentrifugalabscheiders die natürliche Schwerkraft ausnutzen zu können, ist zweckmäßig vorgesehen, dass der Reingasauslass oberhalb des Rotors im Abscheidergehäuse angeordnet ist, dass der Reingasstrom zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand nach oben hin zum Reingasauslass abführbar ist und dass die/jede Partikelleitrinne höhengleich mit oder über dem oberen Ende des Partikel abschleudernden Teils des Rotors beginnt und sich von dort nach unten erstreckt. Das Abführen der Partikel wird hier durch eine Kombination der natürlichen Schwerkraft und der vom Rotor erzeugten und von den Partikelleitrinnen geführten Gasströmung bewirkt, was insgesamt für eine zuverlässige Abführung der auf dem Innenumfang der Umfangswand niedergeschlagenen Partikel sorgt, ohne dass diese wieder in den Gasstrom hinein gelangen können.
Wie oben schon beschrieben, ist der Abstand zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand in dem vom Reingasauslass entfernten Bereich des Rotors größer. Hierdurch wird in diesem Bereich ein relativ großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt und dadurch für relativ geringe Gasgeschwindigkeiten gesorgt. Ein Mitreißen von auf der Umfangswand niedergeschlagenen Partikeln ist hier in diesem Bereich also relativ unwahrscheinlich oder sogar ausgeschlossen. Aus diesem Grunde schlägt eine Ausführung der Erfindung vor, dass die/jede Partikelleitrinne sich nach unten hin in eine axial weiter nach unten verlaufende Partikelablaufrinne fortsetzt. Der axiale Verlauf der Partikelablaufrinne sorgt für einen möglichst kurzen Weg für das Abführen der abgeschiedenen Partikel und erleichtert das Herstellen der Umfangswand. Eine Weiterbildung sieht vor, dass über den von der axial verlaufenden Partikelablaufrinne eingenommenen Höhenbereich der Umfangswand der Abstand zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Innenumfang der Umfangswand konstant ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere ein Beitrag zu einer kompakten Gestaltung des Abscheidergehäuses, weil die mit dem zunehmenden Abstand zwischen dem Rotor und der Umfangswand verbundene Vergrößerung des Außendurchmessers des Abscheidergehäuses sich in dessen unterem Bereich nicht mehr fortsetzt.
Um die vom Rotor abgeschleuderten und auf der Umfangswand niedergeschlagenen Partikel sicher und ohne die Gefahr eines Wiedereintritts in den Gasstrom abzuführen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die/jede Partikelleitrinne und/oder Partikelablaufrinne im Querschnitt gesehen hinterschnitten und gegen die Rotordrehrichtung offen ist und in Rotordrehrichtung stufenlos stetig mit dem Innenumfang der Umfangswand ausgebildet ist. In dem Hinterschnitt fangen sich die Partikel und sind dann von dem in Richtung zum Reingasauslass strömenden Reingasstrom ausreichend abgeschirmt. Die mit dem Innenumfang der Umfangswand stufenlos stetige Ausbildung der Partikelleitrinne(n) in Rotordrehrichtung vermeidet störende Gasströmungswirbel, die ein Lösen von Partikeln von der Umfangswand und einen Wiedereintritt der Partikel in den Reingasstrom bewirken könnten.
Eine weitere Maßnahme zur Erzielung einer einfachen Fertigung des erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheiders besteht darin, dass bevorzugt die Umfangswand mit der mindestens einen Partikelleitrinne ein einstückiger Teil des Abscheidergehäuses ist.
In einer Weiterbildung ist dabei vorgesehen, dass der die mindestens eine Partikelleitrinne aufweisende Teil des Abscheidergehäuses ein vom übrigen Abscheidergehäuse abnehmbarer Gehäusedeckel ist. Der Zentrifugalabscheider ist dann so ausgeführt, dass bei mit dem übrigen Abscheidergehäuse verbundenem Deckel dieser den Rotor oder zumindest den Partikel abschleudernden Teil des Rotors umgibt. Vorteilhaft besteht so auch die Möglichkeit, Zentrifugalabscheider mit Partikelleitrinnen und ohne Partikelleitrinnen einfach dadurch zur Verfügung zu stellen, dass zwei verschiedene Deckel gefertigt werden, wobei alle übrigen Teile des Zentrifugalabscheiders unverändert bleiben können. In einer alternativen Ausgestaltung schlägt die Erfindung vor, dass die Umfangs- wand mit der mindestens einen Partikelleitrinne eine in das Abscheidergehäuse eingesteckte Hülse ist. In dieser Ausgestaltung können unterschiedlich ausgestattete Hülsen in ansonsten identische Abscheidergehäuse eingebaut werden, um möglichst einfach zum Beispiel hinsichtlich der Anordnung und/oder Ausrichtung und/ oder Anzahl der Partikelleitrinnen unterschiedliche Ausführungen zu realisieren.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass auf dem Innenumfang der Umfangswand eine einzige, sich in Umfangsrichtung vorzugsweise über 360° erstreckende, Partikelleitrinne angeordnet ist. Die Geometrie der Umfangswand wird hierdurch vorteilhaft einfach und dass Maß der Konizität kann in engen Grenzen gehalten werden, was einer kompakten Bauweise zugute kommt.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass auf dem Innenumfang der Umfangswand n, sich in Umfangsrichtung vorzugsweise über jeweils 360 n erstreckende, einander nicht überlappende Partikelleitrinnen angeordnet sind, wobei n > 2 ist. Infolge der einander nicht überlappenden Leitrinnen ist eine besonders kompakte Bauweise möglich. In der praktischen Ausführung liegt die Zahl n bevorzugt zwischen 2 und 8.
Zum Erzielen eines guten Wirkungsgrades ist vorzugsweise der Rotor ein Tellerstapelseparator, der sich in konventionellen, bekannten Zentrifugalabscheidern bereits bewährt hat.
Damit die abgeschiedenen Partikel geordnet und konzentriert abgeführt werden können, ist bevorzugt vorgesehen, dass unterhalb eines axial unteren Endes der/ jeder Partikelleitrinne oder Partikelablaufrinne im Abscheidergehäuse eine umlaufende, mit dem Partikelauslass verbundene Partikelsammelrinne angeordnet ist.
Der vorstehend beschriebene Zentrifugalabscheider kann für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Besonders gut kommen seine Vorzüge zur Geltung, wenn der Zentrifugalabscheider ein Ölnebelabscheider für das Kurbelgehäuseentlüftungsgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen: Figur 1 einen Zentrifugalabscheider im Längsschnitt,
Figur 2 einen Gehäusedeckel des Abscheiders aus Figur 1 , im Längsschnitt,
Figur 3 den Gehäusedeckel aus Figur 2 in Ansicht schräg von unten,
Figur 4 den Gehäusedeckel aus Figur 3 in Unteransicht,
Figur 5 den Gehäusedeckel in einer geänderten Ausführung, in Ansicht schräg von unten,
Figur 6 den Gehäusedeckel aus Figur 5 in Unteransicht,
Figur 7 eine Hülse als Teil eines Zentrifugalabscheiders, in Stirnansicht,
Figur 8 die Hülse aus Figur 7 in Ansicht schräg von unten,
Figur 9 den geometrischen Verlauf einer Leitrinne als kegelförmige Raumspirale, in Zylinderkoordinaten,
Figur 10 eine geometrische Abwicklung einer Leitrinne,
Figur 1 1 eine schematische Stirnansicht des Abscheidergehäuses mit vier in
Umfangsrichtung aneinander anschließenden Leitrinnen,
Figur 12 das Abscheidergehäuse aus Figur 1 1 im Längsschnitt, und
Figur 13 eine schematische Stirnansicht des Abscheidergehäuses mit vier in
Umfangsrichtung einander überlappenden Leitrinnen.
Figur 1 der Zeichnung zeigt einen Zentrifugalabscheider 1 in einer schematischen Darstellung in einem Längsschnitt. Der Zentrifugalabscheider 1 besitzt ein Abscheidergehäuse 10, das hier nur zum Teil dargestellt ist. Ein oberer Teil des Abscheidergehäuses 10 ist durch einen Gehäusedeckel 1 1 gebildet, der mit dem übrigen Abscheidergehäuse 10 unter Zwischenlage eines Dichtringes 1 1 ' lösbar verbunden ist. Im Inneren des Abscheidergehäuses 10, hier innerhalb des Gehäusedeckels 1 1 , ist ein Rotor 3 angeordnet, der beispielsweise durch einen Tellerstapel gebildet ist, wie dies an sich bekannt ist. Mittels eines unterhalb des Rotors 3 im Abscheidergehäuse 10 angeordneten Antriebs 33 ist der Rotor 3 um eine Drehachse 31 mit der Drehrichtung 32 in Drehung versetzbar.
Ein mit abzuscheidenden Partikeln befrachteter Rohgasstrom 13, zum Beispiel das Ölnebel enthaltende Kurbelgehäuseentlüftungsgas einer Brennkraftmaschine, wird axial von unten her in den Rotor 3 eingeleitet. Innerhalb des Rotors 3 wird der Gasstrom in Radialrichtung nach außen umgelenkt und verlässt dann den Rotor 3 an dessen Außenumfang 30 in dem Höhenbereich A. Im Rohgasstrom 13 zugeführte Partikel werden zunächst mittels Strömungsumlenkung an innerhalb des Rotors 3 vorhandenen Flächen aus dem Gasstrom abgeschieden und dann durch Zentrifugalkraft nach außen hin abgeschleudert, wodurch die Partikel sich auf dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 des Gehäusedeckels 1 1 niederschlagen. Das von den Partikeln befreite Gas strömt als Reingasstrom 14 durch den Ringspalt zwischen dem Außenumfang 30 des Rotors 3 und dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 nach oben zu einem hier im Zentrum des Deckels 1 1 angeordneten Rein- gasauslass 14'.
Auf dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 sind ein oder mehrere, in Beispiel nach Figur 1 vier, Partikelleitrinnen 21 vorgesehen, hier einstückig angeformt. Die Partikelleitrinnen 21 laufen jeweils in Drehrichtung 32 des Rotors 3 gesehen schraubenlinienförmig von oben nach unten, wobei sich zugleich der Durchmesser der Umfangswand 2 und damit auch der Radius der daran angeordneten Partikelleitrinnen 21 von oben nach unten vergrößert. Die durch den rotierenden Rotor 3 in Rotation versetzte Gasströmung im Ringspalt zwischen Umfangswand 2 und Rotor 3 sorgt dafür, dass die auf dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 niedergeschlagenen Partikel entlang des Innenumfangs 20 den Partikelleitrinnen 21 zugeführt und dann an den Partikelleitrinnen 21 schräg nach unten geführt werden. Nach unten hin geht dann jede Partikelleitrinne 21 in eine axial verlaufenden Partikelablaufrinne 22 über, die schließlich jeweils in eine im Abscheidergehäuse 10 in Um- fangsrichtung umlaufenden Partikelsammelrinne 15 mündet.
Der Abstand a zwischen dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 und dem Außenumfang 30 des Rotors 3 ist über die Höhe A des die Partikel abschleudernden Außenumfangs 30 des Rotors 3 gesehen nicht konstant, sondern wird in Strö- mungsrichtung des Reingasstroms 14, hier von unten nach oben gesehen, kleiner. So ist in einem unteren Bereich des Außenumfangs 30 des Rotors 3 der erwähnte Abstand mit dem Maß a2 größer als in einem oberen Bereich des Außenumfangs 30 des Rotors 3, wo der Abstand das kleinere Maß ai hat. Hierdurch wird im unteren Bereich des Außenumfangs 30 des Rotors 3 ein größerer Strömungsquerschnitt für das aus dem Rotor 3 austretende Reingas zur Verfügung gestellt, was in diesem Bereich für eine geringere Gasströmungsgeschwindigkeit sorgt. Dies wiederum erleichtert das Abführen der abgeschiedenen Partikel nach unten, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass einmal auf dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 niedergeschlagene Partikel unerwünscht wieder in den Reingasstrom 14 gelangen. Der relativ große Abstand a2 ist hier nicht problematisch, weil in diesem unteren Bereich des Rotors 3 überwiegend große Partikel abgeschleudert werden, die eine große Trägheit haben, mit der sie auch den relativ größeren Abstand a2 überwinden können, ohne vom hier relativ langsamen Reingasstrom 14 mitgenommen zu werden.
In oberen Bereich des Außenumfangs 30 des Rotors 3 werden überwiegend kleinere und leichtere Partikel abgeschleudert, für die es von Vorteil ist, dass hier der Abstand vom Außenumfang 30 des Rotors 3 zum Innenumfang 20 der Umfangswand 2 mit dem Maß ai kleiner ist. Durch diesen kleinen Abstand ai erreichen auch die kleineren und leichteren Partikel trotz ihrer geringeren Trägheit sicher den Innenumfang 20 der Umfangswand 2 und werden so ebenfalls sicher aus dem Gasstrom abgeschieden.
Figur 2 der Zeichnung zeigt den Gehäusedeckel 1 1 des Zentrifugalabscheiders 1 aus Figur 1 als Einzelteil im Längsschnitt. Hierdurch werden nun die auf dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 angeordneten Partikelleitrinnen 21 und die diese nach unten hin weiterführenden Partikelablaufrinnen 22 sichtbar. Jede Partikelleitrinne 21 hat oben einen Anfang 21 .1 und nach einer Höhe Ai nach unten hin ein Ende 21.2. Jede Partikelablaufrinne 22 erstreckt sich über eine Höhe A2. Das Verhältnis der Höhen Ai und A2 zueinander kann je nach Bedarf verändert und durch Versuche optimiert werden.
Wie die Figur 2 weiter zeigt, erstreckt sich jede Partikelleitrinne 21 in Umfangsrich- tung gesehen über etwas weniger als 90°, so dass sich jeweils zwei in Umfangsrich- tung benachbarte Partikelleitrinnen 21 nicht gegenseitig überlappen, wodurch eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht wird. Weiterhin verdeutlicht die Figur 2, dass jede Partikelleitrinne 21 an ihrer schräg nach oben weisenden Seite und jede Partikelablaufrinne 22 an ihrer in Drehrichtung des Rotors weisenden Seite stetig und stufenlos mit dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 ausgebildet ist, wodurch störende Gaswirbel vermieden oder wenigstens reduziert werden.
Der untere Durchmesser des Innenumfangs 20 der Umfangswand 2 ist größer als der Durchmesser im oberen Bereich der Umfangswand 2. Zweckmäßig ist dabei der untere Durchmesser soviel größer als der obere Durchmesser, dass die Partikelleitrinnen 21 bei einer Herstellung des Gehäusedeckels 1 1 als Spritzgussteil axial und ohne Hinterschnitt nach unten entformbar sind.
Der untere Durchmesser ist der Durchmesser, bis zu dem die Partikelleitrinnen 21 nach unten hin vorhanden sind. In dem darunter liegenden Bereich, wo nicht mehr die spiralförmigen Partikelleitrinnen 21 , sondern nur noch die diese axial gerade weiterführenden Partikelablaufrinnen 22 vorhanden sind, ist keine weitere Konizität erforderlich.
Die Figur 3 der Zeichnung zeigt den Gehäusedeckel 1 1 aus den Figuren 1 und 2 in einer Ansicht schräg von unten. Hierbei sind zwei der vier Partikelleitrinnen 21 mit ihren jeweils nach unten anschließenden axialen Partikelablaufrinnen 22 auf dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 sichtbar. Auch hier ist erkennbar, dass jede Partikelleitrinne 21 oben einen Anfang 21 .1 und unten ein Ende 21.2 hat. Dabei überlappen sich die Partikelleitrinnen 21 in Umfangsrichtung gesehen nicht gegenseitig, weil sich jede der vier Partikelleitrinnen 21 in Umfangsrichtung gesehen über jeweils etwas weniger als 90° erstreckt. Ebenfalls wird in Figur 3 anschaulich sichtbar, dass jede Partikelleitrinne 21 und Partikelablaufrinne 22 in Drehrichtung des Rotors gesehen stetig und stufenlos mit dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 ausgebildet ist.
Figur 4 der Zeichnung zeigt den Gehäusedeckel 1 1 aus Figur 3 in einer Unteransicht. Radial außen verläuft die Umfangswand 2 mit ihrem nach innen weisenden Innenumfang 20. Auf dem Innenumfang 20 verlaufen die vier Partikelleitrinnen 21 , die sich in Umfangsrichtung gesehen jeweils über etwas weniger als 90° erstrecken. Die Zahl der Partikelleitrinnen 21 kann selbst verständlich auch kleiner als vier oder größer als vier sein. In den Figuren 5 und 6 ist ein Beispiel für eine Ausführung des Zentrifugalabscheiders beziehungsweise seines Gehäusedeckels 1 1 mit einer einzigen Partikelleitrinne 21 auf dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 gezeigt. Die Partikelleitrinne 21 erhält so eine relativ geringe Steigung, was zwar den Weg für die abgeschiedenen Partikel entlang der Partikelleitrinne 21 verlängert, jedoch insgesamt für eine glattere Oberfläche des Innenumfang 20 der Umfangswand 2 sorgt und so störende Gaswirbel auf ein Minimum reduziert.
Die Unteransicht des Gehäusedeckels 1 1 in Figur 6 verdeutlicht, dass auch bei der Ausführung mit nur einer einzigen Partikelleitrinne 21 deren Anfang 21 .1 und deren Ende 21 .2 in Umfangsrichtung voneinander geringfügig beabstandet sind, um bei der Fertigung des Gehäusedeckels 1 1 dessen einfaches axiales Entformen zu gewährleisten. Auch hier wird der Innendurchmesser des Innenumfangs 20 der Umfangswand 2 mit der Partikelleitrinne 21 von unten nach oben, also in Gasströmungsrichtung zum Reingasauslass hin, kleiner, um bei zusammengebautem Zentrifugalabscheider den Ringspalt zwischen dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 und dem Außenumfang des Rotors zum Reingasauslass hin enger werden zu lassen.
In den Figuren 7 und 8 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, für welches charakteristisch ist, dass die Umfangswand 2 mit Partikelleitrinnen 21 die Form einer separaten Hülse 12 hat, die als Einzelteil gefertigt und dann in ein Abscheidergehäuse eingesetzt wird.
Die Stirnansicht in Figur 7 zeigt radial außen die Umfangswand 2 mit ihrem nach radial innen weisenden Innenumfang 20, auf dem auch hier vier in Umfangsrichtung verteilte Partikelleitrinnen 21 einstückig angeformt sind.
Die Ansicht in Figur 8 zeigt den Verlauf der Partikelleitrinnen 21 auf dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2, wobei hier wieder jede Partikelleitrinne 21 einen oben liegenden Anfang 21 .1 und ein tiefer liegendes Ende 21.2 aufweist. Von dem unteren Ende 21.2 jeder Partikelleitrinne 21 führt eine axial verlaufenden Partikelablaufrinne 22 weiter nach unten bis zu einem unteren Stirnende der Hülse 12. Der Innendurchmesser der Hülse 12 ist dabei oberhalb der Partikelleitrinnen 21 jeweils kleiner als unterhalb der Partikelleitrinnen 21. Damit wird auch bei der Hülse 12 erreicht, dass im zusammengebauten Zustand eines Zentrifugalabscheiders mit der Hülse 12 der Abstand zwischen dem Innenumfang 20 der Umfangswand 2 und dem Außenumfang des Rotors in Gasströmungsrichtung zum Reingasauslass hin kleiner wird.
Die Hülse 12 ist ebenfalls als Spritzgussteil einstückig herstellbar und das Entformen kann dabei ebenfalls einfach in axialer Richtung erfolgen, da sich auch bei der Hülse 12 die Partikelleitrinnen 21 in Umfangsrichtung nicht gegenseitig überlappen.
Der Übergang jeder Partikelleitrinne 21 und jeder Partikelablaufrinne 22 in Drehrichtung des Rotors ist auch hier stufenlos und stetig ausgeführt, um störende Gaswirbel zu vermeiden.
Wenn die Hülse 12 in ein Abscheidergehäuse eingesetzt ist, liegt unterhalb des unteren Stirnendes der Hülse 12 zweckmäßig eine Partikelsammelrinne 15, wie sie beispielhaft in Figur 1 gezeigt ist.
Figur 9 der Zeichnung stellt geometrisch den Verlauf einer Leitrinne als kegelförmige Raumspirale in Zylinderkoordinaten dar und Figur 10 zeigt geometrisch eine Abwicklung einer Leitrippe. Dabei ist:
R = Startradius (= Maximalradius) D = Änderung des Radius
H = Gesamthöhe der Leitrinne Ω = Gesamtwinkel der Leitrinne [rad]
S = Steigung der Leitrinne und α = Steigungswinkel der Leitrinne.
Unter der Voraussetzung R » D gilt näherungsweise:
In der Praxis liegen dabei vorzugsweise der Wert für die Steigung S zwischen 0,5 und 1 und der Wert für den Steigungswinkel α zwischen 30° und 45°.
Außerdem ist in Figur 9: h = Höhe eines Punktes der Leitrinne
r = Radius eines Punktes der Leitrinne und
ω = Winkel eines Punktes der Leitrinne [rad]. Der Winkel ω und der Radius r lassen sich dann als Funktion von h wie folgt ausdrücken: o(h) =— * Ω und r(h) = R * D
H H
Die fertigungsbedingten Entformungsschrägen sind gering und werden bei den nachfolgenden Betrachtungen vernachlässigt; übliche Werte sind für Kunststoff 0,5°- 1 ° und für Aluminium-Druckguss 1 °- 3°.
Der in Figur 9 dargestellte und vorstehend beschriebene Verlauf der Leitrinne(n) weist einen in Reingasströmungsrichtung abnehmenden Radius R (= Abstand zur Mittelachse) auf. Diese Änderung D des Radius kann vorteilhaft so gewählt werden, dass das die Leitrinne oder -rinnen aufweisende Bauteil des Abscheiders, d.h. dessen Gehäuse oder Deckel oder auch die Hülse, entgegen der Reingasströmungsrichtung ohne Hinterschnitt entformbar ist.
Hierfür werden anhand der entsprechende Beispiele rein geometrisch darstellenden Figuren 1 1 bis 13 zusätzlich die Größen B (= Breite der Leitrinnen) und n (= Anzahl der Leitrinnen) betrachtet, wobei in den Figuren 1 1 bis 13 die Breite B zur besseren Darstellung stark vergrößert dargestellt ist.
Figur 1 1 zeigt schematisch ein Beispiel mit vier einander nicht überlappenden Leitrinnen 21 in einer Stirnansicht; Figur 12 zeigt das gleiche Beispiel im Längsschnitt.
Figur 13 zeigt eine Ausführung, die sich im Gegensatz zu den in den übrigen Figuren dargestellten Ausführungen durch sich in Umfangsrichtung überlappende Leitrinnen 21 unterscheidet. Eine solche Ausführung ist ebenfalls möglich und ohne erhöhten Aufwand im Spritz- oder Druckgussverfahren herstellbar, hat jedoch den Nachteil eines erhöhten Raumbedarfes.
Für eine Gewährleistung der Funktion ist jedoch lediglich erforderlich, dass auf dem wesentlichen Teil des Umfangs stets eine Leitrinne vorhanden ist; daher sind die Ausführungen mit nicht überlappenden Leitrinnen als besonders vorteilhaft anzusehen. Um ein einfaches Entformen des die Leitrinne oder -rinnen aufweisenden Bauteils des Abscheiders ohne Hinterschnitte zu gewährleisten, muss für die maximale Breite Bmax der Leitrinne folgendes gelten: ? = D * für die Entformbarkeit; es gilt immer auch B < D,
n * U.
Ω
und gleichzeitig n >
2 * π was bedeutet, dass auf dem kompletten Umfang immer wenigstens eine Leitrinne vorhanden ist. Für einige praktische Beispiele ergeben sich dann folgende Zusammenhänge für die maximal zulässige, ein axiales Entformen ermöglichende Breite Bmax der Leitrinne in Abhängigkeit von der Radiusänderung D:
Beispiel 1 :
Für Ω = 2*π (= 360°) und n = 1 (ohne Überlappung) gilt:
Beispiel 2:
Für Ω = π 12 (= 90°) und n = 4 (ohne Überlappung) gilt:
Beispiel 3:
Für Ω = π (= 180°) und n = 4 (mit Überlappung) gilt:
Beispiel 4:
Für Ω = 2*π (= 360°) und n = 2 (mit Überlappung) gilt:
Hieraus ergibt sich anschaulich, dass bei einander in Umfangsrichtung nicht überlappenden Partikelleitrippen diese eine größere Breite haben können als bei einander in Umfangsrichtung überlappenden Partikelleitrippen. Andere Ausführungen als die in den Beispielen genannten sind selbstverständlich möglich. Bezugszeichenliste:
Zeichen Bezeichnung
1 Zentrifugalabscheider
10 Abscheidergehäuse
1 1 Gehäusedeckel
1 1 ' Dichtring
12 Hülse
13 Rohgasstrom
14 Reingasstrom
14' Reingasauslass
15 Partikelsammelrinne
2 Umfangswand
20 Innenumfang
21 Partikelleitrinne
21.1 Anfang von 21 (oben)
21.2 Ende von 21 (unten)
22 axiale Partikelablaufrinne
3 Rotor
30 Außenumfang
31 Drehachse
32 Drehrichtung
33 Antrieb a, a-ι , 2 Abstände zwischen 20 und 30
A Höhe des Partikel abschleudernden Teils von 3
Ai Erstreckungshöhe von 21
A2 Erstreckungshöhe von 22

Claims

Patentansprüche:
Zentrifugalabscheider (1 ) zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, mit einem Abscheidergehäuse (10) und mit einem darin angeordneten, in Drehung versetzbaren Rotor (3), wobei das Abscheidergehäuse (10) einen Rohgaseinlass, einen Reingasauslass (14') und einen Partikelauslass sowie eine den Rotor (3) radial außen mit Abstand umgebende Umfangswand (2) aufweist, wobei ein Rohgasstrom (13) axial in den Rotor (3) einleitbar und in diesem in Drehung versetzbar ist, wobei ein Reingasstrom (14) radial nach außen aus dem Rotor (3) heraus und dann zwischen dem Außenumfang (30) des Rotors (3) und dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) zum Reingasauslass (14') abführbar ist, wobei der Rotor (3) Partikelabscheideelemente aufweist, von denen aus dem Gasstrom abgeschiedene Partikel durch Zentrifugalkraft auf den Innenumfang (20) der Umfangswand (2) abschleuderbar sind, wobei die Partikel auf der Umfangswand (2) dem Partikelauslass zuführbar sind und wobei auf dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) mindestens eine zur Achsrichtung (31 ) des Rotors (3) schräg verlaufende Partikelleitrinne (21 ) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die/jede Partikelleitrinne (21 ) als Abschnitt einer kegelförmigen Raumspirale ausgeführt ist, wobei der Verlauf der/jeder Partikelleitrinne (21 ) einen in Richtung des Reingasstroms (14) zum Reingasauslass (14') abnehmenden Radius (r) aufweist, und
dass der Abstand (a) zwischen dem Außenumfang (30) des Rotors (3) und dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) in Richtung des Reingasstroms (14) zum Reingasauslass (14') kleiner wird.
Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Maß (D) der Abnahme des Radius (r) abhängig von der Breite (B) der/jeder Partikelleitrinne (21 ) und von der Anzahl (n) der Partikelleitrinnen (21 ) so bemessen ist, dass das die Umfangswand
(2) mit der mindestens einen Par- tikelleitrinne (21 ) aufweisende Abscheidergehäuse (10) bei einer Herstellung als Spritz- oder Druckgussteil hinterschnittfrei axial entformbar ist.
3. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die/jede Partikelleitrinne (21 ) sich über weniger als die gesamte Höhe (A) des Partikel abschleudernden Teils des Rotors (3) erstreckt.
4. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reingasauslass (14') oberhalb des Rotors (3) im Abscheidergehäuse (10) angeordnet ist, dass der Reingasstrom (14) zwischen dem Außenumfang (30) des Rotors (3) und dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) nach oben hin zum Reingasauslass (14') abführbar ist und dass die/jede Partikelleitrinne (21 ) höhengleich mit oder über dem oberen Ende des Partikel abschleudernden Teils des Rotors (3) beginnt und sich von dort nach unten erstreckt.
5. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die/ jede Partikelleitrinne (21 ) sich nach unten hin in eine axial weiter nach unten verlaufende Partikelablaufrinne (22) fortsetzt.
6. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den von der axial verlaufenden Partikelablaufrinne (22) eingenommenen Höhenbereich ( i2) der Umfangswand (2) der Abstand (a2) zwischen dem Außenumfang (30) des Rotors (3) und dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) konstant ist.
7. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die/jede Partikelleitrinne (21 ) und/oder Partikelablaufrinne (22) im Querschnitt gesehen hinterschnitten und gegen die Rotordrehrichtung (32) offen ist und in Rotordrehrichtung (32) stufenlos stetig mit dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) ausgebildet ist.
8. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (2) mit der mindestens einen Partikelleitrinne (21 ) ein einstückiger Teil des Abscheidergehäuses (10) ist.
9. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die mindestens eine Partikelleitrinne (21 ) aufweisende Teil des Abscheidergehäuses (10) ein vom übrigen Abscheidergehäuse (10) abnehmbarer Gehäusedeckel (1 1 ) ist.
10. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (2) mit der mindestens einen Partikelleitrinne (21 ) eine in das Abscheidergehäuse (10) eingesteckte Hülse (12) ist.
1 1 . Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) eine einzige, sich in Umfangsrichtung vorzugsweise über 360° erstreckende, Partikelleitrinne (21 ) angeordnet ist.
12. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Innenumfang (20) der Umfangswand (2) n, sich in Umfangsrichtung vorzugsweise über jeweils 3607n erstreckende, einander nicht überlappende Partikelleitrinnen (21 ) angeordnet sind, wobei n > 2 ist.
13. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) ein Tellerstapelseparator ist.
14. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb eines axial unteren Endes der/jeder Partikelleitrinne (21 ) oder Partikelablaufrinne (22) im Abscheidergehäuse (10) eine umlaufende, mit dem Partikelauslass verbundene Partikelsammelrinne (15) angeordnet ist.
15. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Ölnebelabscheider für das Kurbelgehäuseentlüftungsgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, ist.
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