WO2021160862A1

WO2021160862A1 - Impaktor-abscheideelement und vorrichtungen mit einem solchen impaktor-abscheideelement

Info

Publication number: WO2021160862A1
Application number: PCT/EP2021/053554
Authority: WO
Inventors: Klaus Mössinger
Original assignee: Elsässer Filtertechnik GmbH
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2021-08-19
Also published as: US20230338881A1; DE202019005302U1; DE102020103804A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Impaktor-Abscheideelement (10) zum Abscheiden von Fluidtröpfchen (12) aus einem Gasstrom mit wenigstens einem in einer Halterung (16) befestigten, als Netz-Gewebe- oder Gitterelement ausgestalteten Abscheidemittel (14a, 14b) mit einer Rohseite und einer Reinseite, wobei die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel (14a, 14b) mit einem flachen Anströmwinkel im Gasstrom zu positionieren. Es wird vorgeschlagen, wenigstens ein im Gasstrom vor dem Abscheidemittel (14a) angeordnetes Element (36, 46) zum Steuern des auf das Abscheidemittel (14a) treffenden Gasstroms vorzusehen.

Description

Impaktor-Abscheideelement und Vorrichtungen mit einem solchen Impaktor-Abscheideelement

Die Erfindung betrifft Impaktor-Abscheideelement zum Abscheiden von Fluidtröpfchen aus einem Gasstrom nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der WO 2018036939 Al ist ein Abscheidesystem zum Reinigen eines Rohgasstroms in einem Seitenkanalverdichter bekannt. Das Abscheidesystem umfasst ein Abscheideelement, welches innerhalb des Strömungskanals angeordnet und zur Abscheidung von Verunrei nigungen von einem Gasstrom durchströmbar ist.

Das aus der WO 2018036939 Al bekannte Abscheideelement ist in einem Strömungskanal angeordnet und eine unmittelbar an das Ab scheideelement anschließenden Seitenwand des Strömungskanals bildet an der Reinseite des Abscheideelements einen spitzen Win kel mit letzterem. Das Gas kann daher zumindest in diesem Teil bereich nicht frei abströmen, was die Effizienz des Abscheide systems beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz eines gattungsgemäßen Abscheidesystems weiter zu steigern.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Impaktor-Abscheideelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft ein Impaktor-Abscheideelement zum Ab scheiden von Fluidtröpfchen aus einem Gasstrom mit wenigstens einem in einer Halterung befestigten, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestalteten Abscheidemittel, wobei die Halte rung dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel mit einem flachen Anströmwinkel im Gasstrom zu positionieren.

Es wird vorgeschlagen, dass das Impaktor-Abscheidelement wenigs tens ein im Gasstrom vor dem Abscheidemittel angeordnetes Element zum Steuern des auf das Abscheidemittel treffenden Gasstroms umfasst.

Da der Wirkungsgrad des Impaktor-Abscheideelements entscheidend vom Einfallswinkel und von der Strömungsgeschwindigkeit des ein strömenden Gases abhängt, kann durch derartige Elemente der Wir kungsgrad des Impaktor-Abscheideelements deutlich verbessert werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Halterung dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel derart im Gasstrom zu positionieren, dass das Gas auf der Reinseite des Abscheidemittels frei abströ men kann.

Ein gattungsgemäßes, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausge staltetes Abscheidemittel mit flacher Anströmrichtung hat sich als sehr effizient erwiesen. Seine Wirkung beruht im Wesentli chen darauf, dass der Gasstrom beim Durchströmen der üblicher weise sehr kleinen Durchtrittsöffnungen auf einer kurzen Strecke von der Größenordnung des Durchmessers der Durchtrittsöffnung stark umgelenkt wird, um innerhalb der Dicke des Abscheideele ments im Wesentlichen transversal zur Hauptebene des Abschei deelements zu verlaufen. Bei flachem Anströmwinkel beträgt der Winkel dieser Umlenkung annähernd 90°. Der Gasstrom wird daher sehr stark transversal beschleunigt, so dass sich Fluidtröpfchen oder Aerosole an den Wänden bzw. Rändern der Durchtrittsöffnun gen abscheiden, sich zu größeren Tropfen verbinden und ggf. in dieser Form vom Gasstrom mitgeführt werden, um an einer anderen Stelle abgeschieden zu werden.

Diese Wirkung hängt insbesondere vom Aspektverhältnis der Durch trittsöffnungen ab, d.h. von einem Verhältnis eines Durchmessers bzw. einer Breite der Durchtrittsöffnungen in der Anströmrich tung zu einer Tiefe der Durchtrittsöffnungen bzw. einer Dicke des Abscheideelements, wobei im Fall von Netzen oder Geweben die Dicke der Fäden ins Verhältnis zur Maschenweite gesetzt werden kann. Ein flacher Anströmwinkel im Sinne der Erfindung bedeu tet, dass die Breite der Durchtrittsöffnungen multipliziert mit dem Sinus des Anströmwinkels kleiner als die Tiefe der Durch trittsöffnungen bzw. die Dicke der Fäden sein sollte, vorzugs weise um einem Faktor 1,5 - 10 kleiner, besonders bevorzugt um einen Faktor 2- 8 kleiner. Insbesondere beträgt ein flacher An strömwinkel weniger als 20°. Eine Ebene, in der sich das mindes tens eine Abscheidemittel erstreckt, schließt vorzugsweise mit einer Hauptrichtung des Gasstroms Strömungskanals im Bereich des Abscheidemittels einen Winkel von höchstens 40°, insbesondere höchstens 20°, vorzugsweise höchstens 10°, und/oder mindestens 3°, insbesondere mindestens 5°, vorzugsweise ungefähr 8°, ein.

Das erfindungsgemäße Abscheideelement ist vorzugsweise ein Ge webe mit einer Maschenweite im Bereich von 20 - 300 gm, weiter bevorzugt im Bereich von 30 - 80 gm, je nach abzuscheidendem Ae rosolspektrum und maximal akzeptablem Druckverlust. Es hat sich gezeigt, dass für solche Abscheidemittel ein hoher Abscheidegrad auch für sehr kleine Aerosole bei vergleichsweise geringem Druckverlust erreichbar ist. Die Fadenstärke des Gewebes be trägt vorzugsweise 20 - 100 gm, insbesondere 30 - 80 gm

Ein Gasstrom kann im Sinne der Erfindung frei abströmen, wenn sich über die Fläche des Abscheidemittels auf der Reinseite je denfalls aufgrund der Nähe zu Wänden oder anderen Hindernissen keine nennenswerten Druckgradienten einstellen und das Abschei demittel im Wesentlichen homogen durchströmt wird. Je nach Aus gestaltung der Erfindung kann die Halterung ein Rahmen, ein So ckel oder ein Teil eines Gehäuses sein.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Halterung dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel in einem Gehäuse zu montieren und dass die Halterung eine Abstandhalterstruktur umfasst, die einen Min destabstand von wenigstens 2 mm zur Gehäusewand gewährleistet. Dadurch kann in den meisten Fällen ein freies Abströmen gewähr leistet werden.

Der Mindestabstand kann baulich besonders einfach gewährleistet werden, wenn die Abstandhalterstruktur einen Sockel zum Einsetzen in eine Gehäuseöffnung umfasst, wobei der Gaseinlass in den Sockel integriert ist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung um fasst das Impaktor-Abscheideelement wenigstens zwei symmetrisch zu einer Hauptstromachse des Gasstroms angeordnete Abscheidemit tel, die beispielsweise die Seitenflächen eines Dreiecksprismas oder einer zeltartigen Struktur bilden können.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Impaktor-Abscheideelement wenigstens ein im Gasstrom vor dem Abscheidemittel angeordnetes Strömungsleitelement umfasst, welches den Gasstrom mit einem flachen Anströmwinkel zu dem Abscheidemittel lenkt. Dadurch kann der lokale Anströmwinkel am Abscheidemittel so gesteuert werden, dass ein optimaler Wert erreicht wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Strömungsleitelement gegen eine Rückstellkraft durch den Druck des Gasstroms verschiebbar ist, in zumindest einer Konfiguration eine Teilfläche des Abscheide mittels abschirmt und so konfiguriert ist, dass mit zunehmender Verschiebung eine größere Fläche des Abscheidemittels freigelegt wird. Die effektiv wirksame Fläche des Abscheidemittels wird so abhängig vom Volumenstrom angepasst, so dass eine lokale Strö mungsgeschwindigkeit im Bereich des Abscheidemittels unabhängig oder nur schwach abhängig vom Volumenstrom ist, d.h. dem Gesamt volumen des das Impaktor-Abscheideelement durchströmenden Gasstroms.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Element ein verstellbares Element zum Verändern eines Strömungsquerschnitts des Gasstroms umfasst. Das Element ist in vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung so nahe am Abscheide mittel angeordnet, dass eine mit einem verringerten Strömungs querschnitt einher gehende erhöhte Strömungsgeschwindigkeit zu einer erhöhten Auftreffgeschwindigkeit der Fluid-Tröpfchen auf dem Abscheidemittel führen, insbesondere in einem Abstand von weniger als 10 cm, vorteilhaft weniger als 5 cm besonders vorteilhaft von weniger als 5 cm, von einem stromaufwärtigen Ende des Abscheidemittels.

In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfin dung wird vorgeschlagen, dass das Abscheidemittel parallel zu einer Hauptstromachse des Gasstroms angeordnet ist. Insbesondere kann das Abscheidemittel dann Zylindermantelförmig oder in der Form von Mantelflächen eines Prismas auf einer Halterung ange ordnet sein, was eine kompakte und konstruktiv einfache Bauweise ermöglicht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Gehäuse und einem an einem Gaseinlass des Gehäuses ange ordneten Impaktor-Abscheideelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass ein Abstand einer inneren Gehäusewand von der Reinseite des Abscheidemittels derart ist, dass ein freies Abströmen des aus dem Abscheidemittel austreten den Gasstroms gewährleistet ist. Zur Charakterisierung des freien Abströmens wird der vorgenannte Abstand vorzugsweise in der Abströmrichtung des Gasstroms, d.h. senkrecht zur Hauptebene des Abscheidemittels gemessen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Win kel zwischen einem an den Fußbereich des Abscheidemittels, d.h. dem der Reinseite der dem Gasstrom zugewandten Endkante des Ab scheidemittels anschließenden Wandbereich des Gehäuses oder der Halterung wenigstens 60°, weiter bevorzugt wenigstens 80°, insbe sondere mehr als 90°.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass ein Abstand zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Reinseite des Abscheidemittels in einer Senkrecht zu einer Hauptebene des Abscheidemittels verlau fenden Richtung in im Wesentlichen jedem Punkt des Abscheidemit tels wenigstens 2 mm, vorzugsweise wenigstens 5 mm beträgt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla gen, dass das Gehäuse so gestaltet ist, dass der Gasstrom nach dem Durchlaufen des Impaktor-Abscheideelements umgelenkt wird, um vom Abscheideelement abgeschiedene Fluidtropfen an einer Gehäuse wand abzuscheiden. Dadurch können vom Impaktor-Abscheideelement abgeschiedene, im Vergleich zu den Fluidtröpfchen des einströmen den Gasstroms sehr viel größere Fluidtropfen effizient abgeschie den werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung als Abscheideelement in einem Verbrennungsmotor, z.B. in Kombination mit einem Seitenkanal-Verdichter für einen Verbrennungsmotor ausgestaltet sein, oder alternativ in Kombina tion mit einem Ejektor oder einem Diffusor oder einem Gebläse zur Kompensation des Druckverlustes des Impaktor-Abscheideele ments.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Erfindung zum Ab scheiden von Kühl-Schmiermitteltröpchen in einer Absaugevorrich tung einer Werkzeugmaschine ausgestaltet sein, wobei in diesem Fall mehrere erfindungsgemäße Impaktor-Abscheideelemente paral lel arbeiten, können, beispielsweis in einer Matrix-Anordnung, um die in diesem Zusammenhang auftretenden, großen Volumenströme verarbeiten zu können.

In der Variante, in der das Element ein verstellbares Element zum Verändern eines Strömungsquerschnitts des Gasstroms umfasst, wird ferner vorgeschlagen, dass das Gehäuse einen Druckregelungsmecha nismus umfasst, der dazu ausgelegt ist, den Strömungsquerschnitt mit steigender Druckdifferenz zwischen Gaseinlass und einem Gas auslass zu reduzieren. Der Druckregelungsmechanismus kann insbe sondere eine Druckkammer mit einer Membran umfassen, wobei das Element mechanisch mit der Membran gekoppelt ist, so dass eine Bewegung der Membran zu einer Veränderung des Strömungsquer schnitts führt. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Fi gurenbeschreibung. Die gesamte Beschreibung, die Ansprüche und die Figuren offenbaren Merkmale der Erfindung in speziellen Aus führungsbeispielen und Kombinationen. Der Fachmann wird die Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren Kombinationen oder Unterkombinationen zusammenfassen, um die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, an seine Bedürfnisse oder an spezielle Anwendungsbereiche anzupassen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem ersten

Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Wirkweise des

Impaktor-Abscheideelements auf einer mikroskopischen Skala; Fig. 3 eine weitere Darstellung zur Wirkweise des Im paktor-Abscheideelements;

Fig. 4 eine erste Vorrichtung mit einem Gehäuse und ei nem Impaktor-Abscheideelement gemäß den Figuren 1-3;

Fig. 5 eine Vorrichtung zum Abscheiden von Öltröpfchen zur Verwendung mit einem Seitenkanal-Verdichter;

Fig. 6 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem zweiten

Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem dritten

Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 10 das Impaktor-Abscheideelement aus Fig. 9 in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 11 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 12 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Konfiguration mit geringem Volumenstrom;

Fig. 13 das Impaktor-Abscheideelement nach dem siebten Aus führungsbeispiel der Erfindung in einer Konfiguration mit hohem Volumenstrom; Fig. 14 das Impaktor-Abscheideelement nach dem siebten Aus führungsbeispiel der Erfindung in radialen Schnittdarstel lung;

Fig. 15 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 16 eine Ölabscheidevorrichtung einer Kurbelgehäuseent lüftung mit einem Impaktor-Abscheideelement gemäß Fig. 15 mit einem an der Eingangsöffnung angeordneten Element zum Regeln eines Druckabfalls in einer Schnittdarstellung;

Fig. 17 die Ölabscheidevorrichtung aus Fig. 16 in einer Ex plosionsdarstellung;

Fig. 18 eine Detaildarstellung der Ölabscheidevorrichtung aus Fig. 16 und 17 in einer Stellung mit ungeregeltem Druckabfall; und

Fig. 19 eine Detaildarstellung der Ölabscheidevorrichtung aus Fig. 16 und 17 in einer Stellung mit geregeltem Druck abfall.

Figur 1 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 zum Abscheiden von Fluidtröpfchen 12 aus einem Gasstrom nach einem ersten Aus führungsbeispiel der Erfindung.

Das Impaktor-Abscheideelement 10 umfasst zwei in einer Halterung 16 befestigte, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestal tete Abscheidemittel 14a, 14b mit jeweils einer Rohseite und ei ner Reinseite, wobei die Halterung 16 die beiden Abscheidemittel 14a, 14b jeweils mit einem flachen Anströmwinkel von ca. 8° im Gasstrom positioniert. Die beiden Abscheidemittel 14a, 14b sind symmetrisch zu einer Hauptstromachse 18 des Gasstroms angeord net, wobei sie die Seitenflächen eines Dreiecksprismas bzw. ei ner zeltartigen Struktur bilden.

Erfindungsgemäß ist die Halterung 16 dazu ausgelegt, die beiden Abscheidemittel 14a, 14b derart im Gasstrom zu positionieren, dass das Gas auf der Reinseite der beiden Abscheidemittel 14a,

14b frei abströmen kann. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Halte rung 16 als Sockel ausgestaltet, auf der ein zeltartiges Tragge rüst 20 zum Tragen der Abscheidemittel 14a, 14b angeordnet ist. Die Abscheidemittel 14a, 14b sind feine Netzgewebe aus Polyester mit einer Fadenstärke von 30 - 80 gm und einer Maschenweite ebenfalls in einem Bereich von 30 - 80 gm, die auf die Außenflä chen von Tragrahmen des Traggerüsts 20 geklebt sind oder mit diesen Verschweißt sind. Insbesondere am stromabwärtigen Ende der Abscheidemittel 14a, 14b bilden die Tragrahmen keinen über die stromabwärtige Seite bzw. Reinseite des Abscheidemittels 14a, 14b hinausragenden Rahmenstrukturen, so dass Fluidtropen sich dort nicht stauen können und ungehindert am hinteren Ende des Traggerüsts 20 abtropfen können. In diesem Zusammenhang be deutet „hinteres Ende" das bezogen auf den Gasstrom stromabwär tige Ende, „vorderes Ende" das dem Gasstrom zugewandte Ende.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung zur Wirkweise des Im- paktor-Abscheideelements 10 auf einer mikroskopischen Skala. Das im flachen Winkel einströmende, mit Fluidtröpchen 12 beladene Gas wird durch die Maschen des Abscheidemittels 14a gelenkt. Die Maschen wirken wie eine enge Schikane. Dabei wird der Gasstrom lokal stark in die transversale Richtung beschleunigt. Die Tröpfchen oder anderen Verunreinigungen, die aufgrund ihrer Masse eine höhere Trägheit als die Gasmoleküle haben, schlagen sich auf den Fäden oder Drähten 22 des das Abscheidemittel 14a bildenden Gewebes ab und sammeln sich zu größeren Tropfen 24 oder einem Fluidfilm. Die Tropfen 24 können auf der Reinseite des Abscheidemittels 14a, 14b vom Gasstrom mitgerissen werden oder über die Kettfäden des Gewebes (d.h. die im Wesentlichen parallel zur Richtung des einströmenden Gases verlaufenden Fä den), zum stromabwärtigen Ende des Abscheidemittels 14a, 14b ab fließen und dort abtropfen oder auf andere Weise abgeleitet wer den.

Fig. 3 zeigt eine weitere Darstellung zur Wirkweise des Impak- tor-Abscheideelements 10 aus Fig. 1. Der Sockel 16 umfasst eine Eintrittsöffnung 26 für den Gasstrom, der sich symmetrisch teilt und die beiden Abscheidemittel 14a, 14b durchströmt. Die Breite d des Sockels gewährleistet einen entsprechenden Mindestabstand zu einer Gehäusewand in der Einbausituation und damit ein freies Abströmen. Die Breite d des Sockels am Fuß der Abscheidemittels 14a, 14b beträgt wenigstens 2 mm, weiter bevorzugt wenigstens 5 mm, noch weiter bevorzugt wenigstens 10 mm und zwar vorzugsweise über die gesamte Breite der Abscheidemittels 14a, 14b, wobei im Fall eines runden Sockels und einer geradlinigen Fußkante der Abstand im mittleren Bereich größer ist. Auf der Reinseite der Abscheidemittel 14a, 14b können größere Tropfen 24 vom Gasstrom mitgerissen werden und stromabwärts abgeschieden werden.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung mit einem Gehäuse 28 und einem an einem Gaseinlass 30 des Gehäuses 28 angeordneten Impaktor-Ab- scheideelement 10 der vorgenannten Art. Die Halterung 16 ist in einer Öffnung am Gasleinlass 30 montiert und positioniert die beiden Abscheidemittel 14a, 14b des Impaktor-Abscheideele- ments 10 mit dem gewünschten flachen Anströmwinkel im Gehäuse 28. Der Sockel der Halterung 16 bildet eine Abstandhalterstruk tur, die einen Mindestabstand von wenigstens 2 mm zwischen Ab scheidemittel 14a, 14b und Gehäusewand gewährleistet. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel setzt die innere Gehäusewand die den Abscheidemittel 14a, 14bn zugewandte Seite des Sockels ste tig fort und wirkt als zusätzlicher Abstandhalter, so dass ein in einer senkrecht zur Hauptebene des Abscheidemittels 14a, 14b gemessener Abstand D zwischen den Abscheidemitteln 14a, 14b und den in Fig. 4 vertikal verlaufenden Seitenwänden noch deutlich größer ist. Dadurch wird ein freies Abströmen des aus dem Ab scheidemittel 14a, 14b austretenden Gasstroms gewährleistet.

Ein an den Fußbereich des Abscheidemittels 14a, 14b anschließender Wandbereich des Sockels bildet mit der Hauptebene des Abscheide mittels 14a, 14b einen Stumpfen Winkel ß, im Ausführungsbeispiel einen Winkel von 98°.

Figur 5 zeigt schematisch eine für einen Verbrennungsmotor ausge staltete erfindungsgemäße Vorrichtung. Der bei der Durch-strömung entstehende Druckverlust kann durch ein Gebläse, insbesondere durch einen Seitenkanalverdichter oder durch einen Ejektor oder einen Diffusor kompensiert werden. Am Gaseinlass 30 strömt mit Öltropfchen beladene Luft aus einem Kurbelgehäuse des Verbren nungsmotors (nicht dargestellt) ein, die beispielswiese nach einem Luftfilter und vor einem Turbolader in den Ansaugtrakt (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden soll, nachdem die Öltropfchen abgeschieden wurden. In dieser Ausfüh rungsform der Erfindung ist das Gehäuse 28 so gestaltet, dass der Gasstrom nach dem Durchlaufen des Impaktor-Abscheideelements 10 umgelenkt im Gehäuse 28 wird, um vom Abscheideelement 10 abge schiedene Fluidtropfen 24 an einer Gehäusewand abzuscheiden. Im Boden des Gehäuses 28 ist ein Ventil 32 angeordnet, über welches das Öl, ggf. über einen Syphon, in den Ölsumpf des Motors zurück geführt werden kann.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Erfindung zum Ab scheiden von Kühl-Schmiermitteltröpfchen in einer Absaugvorrich tung einer Werkzeugmaschine ausgestaltet sein, wobei in diesem Fall mehrere erfindungsgemäße Impaktor-Abscheideelemente paral lel arbeiten, können, beispielsweis in einer Matrix-Anordnung, um die großen Volumenströme verarbeiten zu können.

Die Figuren 6 bis 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Er findung. Um Wiederholungen zu vermeiden, beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung dieser weiteren Ausführungsbeispiele im Wesentlichen auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbei spiel der Erfindung. Wegen der unveränderten Merkmale wird der Fachmann auf die Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Für gleich oder ähnlich wirkende Merkmale der weite ren Ausführungsbeispeile werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um die Ähnlichkeiten zu betonen.

Fig. 6 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem einzigen, kegelman telförmig positionierten Abscheidemittel 14a.

Fig. 7 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vier dreieckigen Abschei demitteln 14a, 14b, die die Seitenflächen einer Pyramide mit quadratischer Grundfläche bilden. Andere Polygonformen wie z.b. Sechseckpyramiden sind denkbar.

Fig. 8 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Impaktor-Abscheideele ment 10 umfasst ein einziges Abscheidemittel 14a, das in einer Rohrleitung 34 angeordnet werden kann. Eine Halterung 16 ge währleistet zumindest in einem Mittelbereich des Abscheidemit tels 14a, 14b einen Abstand zur Innenwand der Rohrleitung 34 und damit ein im Wesentlichen freies Abströmen auf der Reinseite.

Fig. 9 und Fig 10 zeigen ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Impaktor- Abscheideelement 10 umfasst ein einziges, zylindermantelförmiges Abscheidemittel 14a, in dessen Innerem ein kegelförmiges Strö mungsleitelement 36 koaxial angeordnet ist. Falls das verwendete Gewebe des Abscheidemittels 14a nicht hinreichend steif ist, kann die zylindermantelförmige Fläche des Abscheidemittels 14a durch axial verlaufende Versteifungsrippen (nicht dargestellt) unterbrochen sein.

Eine Kegelbasis des Strömungsleitelements 36 ist mit dem strom- abwärtigen Rand des Abscheidemittels 14a verbunden, z.B. ver klebt. Eine Mittelachse des zylindermantelförmiges Abscheidemit tels 14a und auch das Abscheidemittel 14a selbst verlaufen pa rallel zur Hauptstromachse 18 die Spitze des kegelförmigen Strö mungsleitelements 36 weist in Richtung der Hauptstromachse 18 den Gasstrom entgegen.

Der anströmende Gasstrom wird von dem Strömungsleitelement 36 nach radial außen umgelenkt, so dass er mit einem flachen An strömwinkel auf das Abscheidemittel 14a trifft, durchströmt das Abscheidemittel 14a und kann an der radial äußeren Seite des Ab scheidemittels 14a frei abströmen.

Das Impaktor-Abscheideelement 10 nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 9 und 10 kann mit dem offenen, in Fig. 9 linken Ende am Ausgang eines Strömungskanals (nicht dargestellt) angeordnet werden, z.B. innerhalb eines Gehäuses. Dazu können am linken Ende ein geeigneter Sockel, ein Flansch oder geeignete Befesti gungselemente vorgesehen sein (nicht dargestellt).

Neben der zylindermantelförmigen Form des Abscheidemittels 14a gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sind auch Ausführungsfor men denkbar, in denen Abscheidemittel die Seitenflächen eines Prismas bilden, dessen Grundfläche eine Grundfläche einer Pyra mide bildet, die mittig in dem Prisma angeordnet ist und als Strömungsumleitelement 36 wirkt. Auch in diesem Fall sind die Abscheidemittel 14a, 14b in Ebenen angeordnet, die parallel zur Hauptstromachse 18 verlaufen. Ein sechstes Ausführungsbeispiel mit einem Impaktor-Abscheideelement 10 mit Abscheidemitteln 14a, 14b, die in der Form eines Prismas mit quadratischer Grundfläche angeordnet sind, ist in Fig. 11 dargestellt. Neben quadratischen Grundflächen sind natürlich andere Polygonformen denkbar.

In den Ausführungsbeispielen aus den Figuren 9- 11 verläuft die Seitenfläche des Strömungsleitelements 36 in einem Axialschnitt (Fig. 9) geradlinig. Zur Strömungsoptimierung sind auch andere Formen denkbar. Die der Strömung abgewandte Rückseite des Strö mungsleitelements 36 ist in den Ausführungsbeispielen aus den Figuren 9- 11 flach. Es sind auch konvexe Formen dieser Endflä che denkbar, beispielsweise mit sich kegelförmig verjüngenden Querschnitten, die Verwirbelungen des abströmenden Gasses ver meiden oder gezielt steuern.

Fig. 12 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement nach einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Konfiguration mit ge ringem Volumenstrom und Fig. 13 zeigt das Impaktor-Abscheideele ment nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Konfiguration mit hohem Volumenstrom.

Das Impaktor-Abbscheideelement nach dem siebten Ausführungsbei spiel umfasst ein zylindermantelförmiges, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestaltetes Abscheidemittel 14a, das einen axi alen Abschnitt einer insgesamt röhrenförmigen Halterung 16 bil det. Im Inneren der Halterung 16 ist ein kegelförmiges Strömungsleitelement 36 angeordnet, dass im Innenraum der Halte rung 16 axial beweglich ist. Gegen die Rückstellkraft einer Fe der 38 kann das Strömungsleitelement 36 zwischen einer Grund stellung, in welcher eine Grundfläche 36a der Kegelform des Strömungsleitelementes 36 nahe am stromaufwärtigen Ende des Ab scheidemittels 14a liegt, und einer maximal ausgelenkten Stel lung, in welcher die Grundfläche 36a der Kegelform des Strö mungsleitelementes 36 nahe am strombwärtigen Ende des Abscheide mittels 14a liegt, verschoben werden.

Durch die Kegelform des Strömungsleitelements 36 wird das an strömende Gas nach radial außen gelenkt und durchströmt das Ab scheidemittel 14a mit einem flachen Anströmwinkel. Dabei be grenzt die Grundfläche 36a der Kegelform des Strömungsleitele ments 36 einen axialen Bereich des Abscheidemittels 14a, der von dem Gasstrom durchströmt werden kann, während ein stromabwärtig der Grundfläche 36a liegender Bereich das Abscheidemittels 14a durch das Strömungsleitelement 36 vom Gasstrom abgeschirmt wird. Die vom Gasstrom durchströmte Fläche des Abscheidemittels 14a hängt daher von der axialen Position des Strömungsleitele ments 36 und damit vom in das Impaktor-Abscheideelement 10 ein strömenden Volumenstrom ab, und zwar derart, dass die durch strömte Fläche des Abscheidemittels 14a mit zunehmendem Volumen strom und folglich zunehmender Kompression der Feder 38 an wächst, und zwar im Wesentlichen linear, so dass die vom Gasstrom durchströmte Fläche des Abscheidemittels 14a im Wesent lichen proportional zum Volumenstrom ist. Dadurch ist die lokale Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms am Abscheidemittel 14a im Wesentlichen konstant und unabhängig oder nur schwach abhängig vom Volumenstrom.

Es ist bekannt, dass Impaktor-Abscheideelemente 10 der erfin dungsgemäßen Art mit flachem Anströmwinkel des Abscheidemittels 14a in einem bestimmten, vom Typ des Netz- Gewebe- oder Git terelements abhängigen, bevorzugten Bereich von Strömungsge schwindigkeiten, insbesondere oberhalb einer minimalen Strö mungsgeschwindigkeit, einen hohen Wirkungsgrad haben. Die Fe derkraft der Feder 38 kann in diesem Ausführungsbeispiel so eingestellt werden, dass die lokale Strömungsgeschwindigkeit für einen sehr breiten Geschwindigkeitsbereich des Hauptstroms in nerhalb des bevorzugten Bereichs von Strömungsgeschwindigkeiten liegt.

Fig. 14 zeigt das Impaktor-Abscheideelement 10 nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in radialen Schnittdarstel lung. Das als Netzgewebe ausgestaltete Abscheidemittel 14a wird von einer Reihe von Stützen 16a getragen, die auch einen strom- abwärtigen Bereich der Halterung 16, der mit der Grundfläche 36a des Strömungsleitelements 36 einen Hohlraum zur Aufnahme der Fe der 38 bildet, mit einem Sockelbereich der Halterung 16 verbin den. Das Strömungsleitelement 36 kann im Bereich der Grundflä che 36a axiale Nuten (nicht dargestellt) umfassen, in welche die Stützen 16a eingreifen um das Strömungsleitelement 36 zu führen.

Auch wenn in Fig. 12 und 13 das Strömungsleitelement 36 als mas siver Körper erscheint, kann das Strömungsleitelement 36 als Hohlkörper mit einer Öffnung in der Grundfläche 36a ausgestaltet sein, in den die Feder 38 dann teilweise aufgenommen werden kann.

Fig. 15 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Impaktor-Abscheideelement 10 aus Fig. 15 unterscheidet sich von dem Impaktor-Abscheideele ment 10 aus Fig. 1 bzw. 3 insbesondere durch eine schmalere Hal terung 16, durch eine Öffnung 42 an einer Seite der Halterung 16, deren Funktion im Zusammenhang mit den Figuren 16 - 19 be schreiben wird, und durch eine Mittelwand 40, durch welche die beide Abscheidemittel 14a, 14b durchströmenden Teilströme vonei nander separiert werden, um Interferenzen zu vermeiden und Tur bulenzen zu reduzieren.

Fig. 16 und 17 zeigen eine Ölabscheidevorrichtung einer Kurbel gehäuseentlüftung mit einem Impaktor-Abscheideelement 10 gemäß Fig. 15 mit einem an der Eintrittsöffnung 26 angeordneten Ele ment 46 zum Regeln eines Druckabfalls in einer Schnittdarstel lung bzw. Explosionsdarstellung. Das Impaktor- Abscheideelement 10 wird, ähnlich wie im Beispiel aus Fig. 5, in den Gaseinlass 30 eines Gehäuses 28 der Ölabscheidevorrichtung eingesetzt. Der Gaseinlass 30 ist mit dem Kurbelwellengehäuse einer Brennkraftmaschine verbunden. Die Ölabscheidevorrichtung regelt einen Unterdrück im Kurbelwellengehäuse auf einen zuläs sigen und gewünschten Bereich. An einem Gasauslass 44 des Gehäu ses 28, der mit dem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verbun den ist, liegt ein Unterdrück an, der das Gas aus dem Kurbelwel lengehäuse absaugt und der sich, vermindert um einen Druckabfall am Impaktor-Abscheideelement 10 mit dem Element 46, auf den Ga seinlass 30 und mithin auf das Kurbelwellengehäuse überträgt.

Um einen übermäßig großen Unterdrück im Kurbelwellengehäuse zu vermeiden, muss der Druckabfall in der Ölabscheidevorrichtung geregelt werden. Dazu umfasst die Ölabscheidevorrichtung eine oberhalb des Impaktor-Abscheideelements 10 eine von einer Memb rane 52 begrenzte Druckkammer 50, die über die Öffnung 42 in der Halterung 16 mit dem Gaseinlass 30 verbunden ist und über einen einstückig mit dem Element 46 ausgebildeten Stützteller von ei ner Feder 48 in Richtung eines Gehäusedeckels ausgelenkt ist. Sinkt der Druck im Kurbelgehäuse, so sinkt auch der Druck im Ga seinlass 30 und in der Druckkammer 50 und die Membrane 52 wird gegen die Rückstellkraft 48 der Feder 48 in Richtung des Impak tor-Abscheideelements 10 ausgelenkt, so dass sich auch das Ele ment 46 nach unten verschiebt. Die Membrane 52 und die Druckkam mer 50 bilden daher einen Druckregelungsmechanismus, der dazu ausgelegt ist, den Strömungsquerschnitt mit steigender Druckdif ferenz zwischen Gaseinlass und einem Gasauslass zu reduzieren.

Das Element 46 greift durch die Öffnung 42 in den Luftstrom am Eingang des Impaktor-Abscheideelements 10 ein und ist als ein flacher Schieber mit einer Öffnung 46a ausgebildet, deren Form und Größe einer der beiden Teil-Eintrittsöffnungen 28a, 28b der durch die Mittelwand 40 geteilten Eintrittsöffnung 28 des Impak tor-Abscheideelements 10 entspricht.

Fig. 18 zeigt eine Detaildarstellung der Ölabscheidevorrichtung aus Fig. 16 und 17 in einer Stellung mit ungeregeltem Druckabfall, die eingenommen wird, wenn der Unterdrück in der Druckkammer 50 unterhalb eines durch die Federkraft der Feder 48 bestimmten Mindestdrucks liegt. In dieser Konfiguration fluch ten die Öffnungen 46a, 46b mit den Teil-Eintrittsöffnungen 28a, 28b des Impaktor-Abscheideelements 10, so dass das Gas aus dem Gaseinlass 30 frei in das Impaktor-Abscheideelement 10 einströ men kann.

Fig. 19 zeigt eine Detaildarstellung der Ölabscheidevorrichtung aus Fig. 16 und 17 in einer Stellung mit geregeltem Druckabfall, die eingenommen wird, wenn der Unterdrück in der Druckkammer 50 den durch die Federkraft der Feder 48 bestimmten Mindestdruck übertrifft. In dieser Konfiguration verdeckt das Element 46 die Teil-Eintrittsöffnungen 28a, 28b des Impaktor-Abscheideelements 10 teilweise, so dass der Strömungsquerschnitt verringert wird und der Druckabfall am Impaktor-Abscheideelement 10 sich gegen über der Konfiguration aus Fig. 18 erhöht, und zwar umso mehr, je größer der Unterdrück in der Druckkammer 50 ist.

Die Anordnung des den Druckabfall regelnden Elements 46 vor dem Eingang des Impaktor-Abscheideelements 10 hat gegenüber der Kon figuration aus Fig. 5 den entscheidenden Vorteil, dass mit ver ringertem Strömungsquerschnitt die Strömungsgeschwindigkeit des in das Impaktor-Abscheideelement 10 einströmenden Gases steigt.

Da der Wirkungsgrad des Impaktor-Abscheideelements 10 mit zuneh mender Strömungsgeschwindigkeit ansteigt, erhöht sich der Wir kungsgrad mit steigendem Differenzdruck. Die durch den Druckab fall an dem Element 46 frei werdende Strömungsenergie bzw. er höhte Geschwindigkeit wird daher effektiv zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads des Impaktor-Abscheideelements 10 genutzt.

Der Fachmann erkennt, dass die Kombination des Impaktor-Abschei deelements 10 mit einem diesem vorgelagerten, den Strömungsquer schnitt bei höherer Druckdifferenz verringernden Element 46 nicht nur im Rahmen einer Ölabscheidevorrichtung einer Kurbelge häuseentlüftung einsetzbar ist sondern auch in anderen Anwen dungsbereichen, in denen Aerosole abgeschieden werden müssen. In Fällen, in denen der Druck im Kurbelgehäuse nicht durch einen Unterdrück limitiert ist sondern durch einen Überdruck, sollte der Regelmechanismus so konfiguriert sein, dass der Strömungs querschnitt sich mit steigendem Überdruck im Kurbelgehäuse ver- ringert. Ferner ist die Verwendung dieser Kombination nicht auf Mikro-Impaktoren eines bestimmten Typs beschränkt sondern für sämtliche oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sowie auch für Abscheideelemente des in der WO 2018036939 Al beschriebenen Typs einsetzbar.

Bezugszeichenliste

10 Impaktor-Abscheideelement

12 Fluidtröpfchen

14a, 14b Abscheidemittel

16 Halterung

18 Hauptsromachse

20 Traggerüst

22 Drähte

24 Tropfen

26 Eintrittsöffnung

28 Gehäuse

30 Gaseinlass

32 Ventil

34 Rohrleitung

36 Strömungsleitelement

38 Feder

40 Mittelwand

42 Öffnung

44 Gasauslass

46 Element

48 Feder

50 Druckkammer

52 Membrane

Claims

Ansprüche

1. Impaktor-Abscheideelement (10) zum Abscheiden von Fluid tröpfchen (12) aus einem Gasstrom mit wenigstens einem in einer Halterung (16) befestigten, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestalteten Abscheidemittel (14a) mit ei ner Rohseite und einer Reinseite, wobei die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel (14a) mit einem flachen Anströmwinkel im Gasstrom zu positionieren, gekennzeichnet durch wenigstens ein im Gasstrom vor dem Ab scheidemittel (14a) angeordnetes Element (36, 46) zum Steu ern des auf das Abscheidemittel (14a) treffenden Gasstroms.

2. Impaktor-Abscheideelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Strömungslei telement (36) umfassst, welches den Gasstrom mit einem fla chen Anströmwinkel zu dem Abscheidemittel (14a) lenkt.

3. Impaktor-Abscheideelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein verstellbares Element (46) zum Verändern eines Strömungsquerschnitts des Gasstroms umfasst.

4. Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemit tel (14a, 14b) derart im Gasstrom zu positionieren, dass das Gas auf der Reinseite des Abscheidemittels (14a, 14b) frei abströmen kann.

5. Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemit tel (14a, 14b) in einem Gehäuse (28) zu montieren und dass die Halterung (16) eine Abstandhalterstruktur umfasst, die einen Mindestabstand von wenigstens 2 mm zur Gehäusewand gewährleistet.

6. Impaktor-Abscheideelement (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalterstruktur einen Sockel zum Einsetzen in eine Gehäuseöffnung umfasst.

7. Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei symmetrisch zu einer Hauptstromachse (18) des Gasstroms angeordnete Abscheide mittel (14a, 14b).

8. Impaktor-Abscheideelement (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidemittel (14a, 14b) Seitenflächen eines Dreieck sprismas oder einer zeltartigen Struktur bilden.

9. Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (36) gegen eine Rückstellkraft durch den Druck des Gasstroms verschiebbar ist, in zumindest einer Konfiguration eine Teilfläche des Abscheidemittels (14a) abschirmt und so kon figuriert ist, dass mit zunehmender Verschiebung eine grö ßere Fläche des Abscheidemittels (14a) freigelegt wird.

10. Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidemittel (14a, 14b) parallel zu einer Haupt stromachse (18) des Gasstroms angeordnet ist.

11. Vorrichtung mit einem Gehäuse (28) und einem an einem Ga seinlass des Gehäuses (28) angeordneten Impaktor-Abschei deelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand einer inneren Gehäusewand von der Reinseite des Abscheidemittels (14a, 14b) derart ist, dass ein freies Ab strömen des aus dem Abscheidemittel (14a, 14b) austretenden Gasstroms gewährleistet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen einem an den Fußbereich des Abscheide mittels (14a, 14b) anschließenden Wandbereich des Gehäu ses (28) oder der Halterung (16) wenigstens 60° beträgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Innenwand des Gehäuses (28) und der Reinseite des Abscheidemittels (14a, 14b) in einer Senkrecht zu einer Hauptebene des Abscheidemittel (14a, 14b) verlau fenden Richtung in im Wesentlichen jedem Punkt des Abschei demittels (14a, 14b) wenigstens 2 mm, vorzugsweise wenigs tens 5 mm beträgt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) so gestaltet ist, dass der Gasstrom nach dem Durchlaufen des Impaktor-Abscheideelements (10) umge lenkt wird, um vom Abscheideelement abgeschiedene Fluidtrop fen (24) an einer Gehäusewand abzuscheiden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein verstellbares Element (46) zum Verändern eines Strömungsquerschnitts des Gasstroms umfasst und das Gehäuse (28) einen Druckregelungsmechanismus umfasst, der dazu ausgelegt ist, den Strömungsquerschnitt mit steigender Druckdifferenz zwischen Gaseinlass und einem Gasauslass zu reduzieren.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Abscheideelement in einem Verbrennungs motor, insbesondere zur Anordnung im Gasstrom eines Seiten kanal-Verdichters eines Verbrennungsmotors, ausgestaltet