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Die
Erfindung betrifft einen Lufttrockner, insbesondere für Druckluftbremsen
von Fahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein
solcher ist aus der
DE
196 27 889 B4 bekannt. Um ein Mitreißen von Wassertropfen und damit
einhergehend einen Eintrag von Feuchtigkeit in den Innenraum des
Innentopfes zu vermeiden, soll die Strömungsgeschwindigkeit der zu
trocknenden Luft im Ringraum zwischen Innentopf und Außentopf keinesfalls
zunehmen. Dies wird erreicht, indem der Querschnitt des Ringraumes
zwischen dem Außentopf
und dem Innentopf von dem Boden zur Abschlusswand hin, also in Strömungsrichtung,
annähernd
kontinuierlich zunimmt. Ein komplettes Unterbinden des Mitreißens von
Wasser und/oder Öltröpfchen und
damit ein Verhindern des Eintrags von Feuchtigkeit bzw. Öl in den
Innenraum bzw. weiter über
den Auslass in die Druckluftbremsanlage kann hierdurch jedoch nicht
völlig
erreicht werden.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
einen Lufttrockner der eingangs erwähnten Art eine verbesserte
Ausführungsform
anzugeben, welche insbesondere einen Eintrag von Schmutz bzw. Öl in den
Lufttrockner bzw. ein nachfolgendes Druckluftbremsensystem zumindest
reduziert.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einen Lufttrockner
mit der zu trocknenden Luft eingetragenes Öl in einem separaten Raum innerhalb
des Lufttrockners auszuscheiden und zu sammeln, so dass dieses möglichst
weder in die Trocknungsmasse noch in das nachfolgend angeordnete
Druckluftbremsensystem gelangen und dort beispielsweise an Dichtungen
zu Beschädigungen
führen
kann. Ein Eindringen von Öltröpfchen in
die Trocknungsmasse mit dort insbesondere einem Ansammeln soll vermieden
werden, weil sich dort anlagerndes Öl die Adsorptionsfähigkeit
der Trocknungsmasse wesentlich verschlechtert. Der Betriebszustand
des Lufttrockners ist durch eine im wesentlichen lotrechte Symmetrieachse
des Lufttrockners definiert. In dem erfindungsgemäß vorgesehenen zweiten
Ringraum kann sich im Nichtbetriebszustand des Lufttrockners Öl sammeln,
welches aufgrund der Schwerkraft durch die Trocknungsmasse des Innenraumes
und anschließend
durch das Vlies nach unten in den zweiten Ringraum sickert. Das
auf diese weise in dem zweiten Ringraum gesammelte und separierte Öl ist somit
der Trocknungsmasse entzogen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung weist
die Abdeckung eine zum Innenraum hin konvex gewölbte Oberfläche auf, aus der gegeneinander
beabstandete rohrförmige
Kanäle
zu dem strömungsverbundenen
Teilbereich führen
und diesen jeweils kontaktieren. Dies bewirkt einen weiteren Separierungseffekt für das Öl, so dass
auch in dem im Auslass gegenüberliegenden
Teilbereich des Vlieses Öl,
welches auf die Abdeckung gelangt, aufgrund deren Wölbung zu dem
außerhalb
des Teilbereichs liegenden Ölsammelraum
bzw. zweiten Ringraum abfließen
kann. Somit wird nicht nur außerhalb
des strömungsverbundenen
Teilbereichs Öl,
welches durch das Vlies nach unten sickert, im Ölsammelraum aufgefangen, sondern
auch dasjenige Öl,
welches aus diesem Teilbereich auf die zwischen den rohrförmigen Kanälen liegenden
Bereiche der Abdeckung gelangt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist
vorgesehen, dass im Bereich eines Übergangs zwischen dem Innentopf
und der Begrenzungswand mindestens ein erster Wandfilmabscheider
am Innentopf vorgesehen ist, der kragenförmig in den ersten Ringraum
hineinragt. Ein derartiger Wandfilmabscheider hindert aufsteigendes Öl daran,
aus dem ersten Ringraum durch die Begrenzungswand hindurch in den Innenraum
und damit in das Filtermaterial zu gelangen, wodurch eine Verschmutzung
des Filter-/Trocknungsmaterials
im Innenraum des Innentopfes zumindest stark reduziert wird.
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Zweckmäßig ist
zwischen dem Einlass und dem ersten Ringraum eine Filtereinrichtung
in der Form eines ersten Koaleszenzfilters angeordnet, wobei dieses
ein Glasfaservlies und/oder einen Schaumstoff aufweisen kann. Ein
derartiges Koaleszenzfilter bewirkt eine Reinigung der Luft von
luftgetragenen, dispergierten Schwebstoffen, beispielsweise Aerosolen,
und bewirkt dadurch eine Reinigung der zu trocknenden Luft. Gleichzeitig
werden auch feinste in der Luft gelöste Öltröpfchen, beispielsweise ein Ölnebel angelagert
und abgeschieden, wodurch eine Verunreinigung der Trocknungsmasse
innerhalb des Innenraums reduziert werden kann. Von besonderer Bedeutung
ist, dass das koaleszierte Material, beispielsweise Öl, nicht
mehr in die Trocknungsmasse und damit auch nicht mehr in ein nachfolgend
angeordnetes Druckluftbremsensystem gelangen kann.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist
strömungseingangsseitig
im ersten Ringraum zumindest ein weiterer, d.h. ein zweiter Wandfilmabscheider
am Innentopf vorgesehen, der ebenfalls kragenförmig in den ersten Ringraum
hineinragt. Dieser zweite Wandfilmabscheider verbessert die Abscheidung
von Aerosolen im ersten Ringraum und reduziert dadurch ebenfalls
die Aerosolbelastung, welche in den Innenraum und damit in die Trocknungsmasse
eingetragen wird. Dieser zusätzliche
zweite Wandfilmabscheider trägt
dazu bei, die Lebensdauer der Trocknungsmasse zu verlängern, wodurch
sich insgesamt eine erhöhte
Lebenserwartung für
den Lufttrockner ergibt.
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Zweckmäßig ist
zwischen dem zweiten Ringraum und dem Einlass des Lufttrockners
eine Ventileinrichtung angeordnet. Diese Ventileinrichtung ist im
Betriebszustand des Lufttrockners geschlossen, während sie im Ruhezustand geöffnet ist,
so dass Öl, welches
im zweiten Ringraum gesammelt wurde, abfließen kann. Ein Abfluss erfolgt
dabei vorzugsweise in Richtung des Einlasses. Eine derartige Ventileinrichtung
bietet den Vorteil, dass bei einer starken Ölbelastung der zweite Ringraum
im Ruhezustand bzw. Nichtbetriebszustand des Lufttrockners immer
wieder entleert werden kann, wodurch eine insgesamt größere Ölmenge aufgenommen
werden kann. Ohne eine derartige Ventileinrichtung ist der zweite
Ringraum nach einer vordefinierten Anzahl an Betriebsstunden befüllt, so
dass der gesamte Lufttrockner ausgetauscht werden muss.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Lufttrockners,
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2 eine
Darstellung wie in 1, jedoch mit einer anderen
Filtereinrichtung im Einlassbereich,
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3 eine
Darstellung wie in 1, jedoch mit einem speziellen Ölfeinabscheider
im Einlassbereich,
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4 einen
Darstellung wie in 1, in einer gegenüber dem
Lufttrockner nach 1 ähnlichen Ausführung,
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5 eine
teilweise geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Lufttrockners
mit einer Ventileinrichtung zwischen einem zweiten Ringraum und
dem Einlass,
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6 eine
Detailskizze der Ventileinrichtung aus 5.
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Entsprechend 1 weist
ein erfindungsgemäßer Lufttrockner 1,
insbesondere zum Trocknen von Druckluft für Bremsen von Fahrzeugen, einen
Innentopf 2 sowie einen Außentopf 3 auf. Sowohl
der Innentopf 2 als auch der Außentopf 3 sind vorzugsweise
zylindrisch um eine Achse 4 ausgebildet, wobei zwischen
dem Innentopf 2 und dem Außentopf 3 ein erster
Ringraum 5 angeordnet ist. Zwischen einer Abschlusswand 6 des
Außentopfes 3 und
einer dieser zugewandten Begrenzungswand 7 des Innentopfes 2 ist
eine Druckfeder 8 angeordnet, welche eine in einem Innenraum 9 befindliche
Trocknungsmasse 10, beispielsweise ein Granulat, mit einer
Druckbelastung beaufschlagt. Die im Innenraum 9 angeordnete
Trocknungsmasse 10 kann beispielsweise in Form von Zeolith
ausgebildet sein. Die Druckfeder 8 stützt sich dabei vorzugsweise
in einer hohlzylindrischen Ausnehmung 11 an der Begrenzungswand 7 ab,
wobei die hohlzylindrische Ausnehmung 11 eine Zentrierung
sowie eine Fixierung der Druckfeder 8 bewirkt.
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Der
Außentopf 3 ist
in einem der Abschlusswand 6 gegenüberliegenden Endbereich durch
einen Boden 12 abgeschlossen, der einen mit dem ersten Ringraum 5 in
Verbindung stehenden Einlass 13 für zu trocknende Luft und einen
mit dem Innenraum 9 des Innentopfes 2 in Verbindung
stehenden zentralen Auslass 14 für getrocknete Luft aufweist.
Der mit Trocknungsmasse 10 gefüllte Innenraum 9 des
Innentopfes 2 ist einerseits durch die Begrenzungswand 7 und
andererseits durch ein mit Abstand auf dem Boden 12 abgestütztes und
durchströmbares Vlies 15 begrenzt,
wobei im Betriebszustand des Lufttrockners 1 unterhalb
des Vlieses 15 ein zweiter Ringraum 16 angeordnet
ist. Der Betriebszustand definiert sich hierbei über eine lotrechte Achse 4.
Der zweite Ringraum 16 ist erfindungsgemäß als Ölsammelraum
ausgebildet. Prinzipiell ist bei allen gezeigten Ausführungsformen
gemäß den 1 bis 6 denkbar,
dass der zweite Ringraum 16 von radialen Rippen 34 unterteilt
ist.
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Dem
Boden 12 ist eine dem Innenraum 9 gegenüber beabstandete
und mit dem Auslass 14 verbundene Abdeckung 17 zugeordnet,
welche mit Öffnungen 18 zum
Abströmen
der getrockneten Luft aus dem Innenraum 9 versehen ist.
Die Abdeckung 17 ist dabei vorzugsweise in Richtung des
Innenraumes 9 hin konvex gewölbt ausgebildet, wobei aus
der Abdeckung 17 gegeneinander beabstandete rohrförmige Kanäle 23 zu
dem Teilbereich 19 führen
und diesen jeweils kontaktieren.
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Wie
in 1 gezeigt, ist lediglich ein dem Auslass 14 direkt
gegenüberliegenden
Teilbereich 19 des Vlieses 15 über die Abdeckung 17 mit
dem Auslass 14 strömungsverbunden,
während
ein außerhalb
dieses Teilbereiches 19 liegender durchströmbarer Vliesbereich 20 einen
im übrigen
zumindest im Betriebszustand des Lufttrockners 1 geschlossenen, die
Abdeckung 17 umgreifenden zweiten Ringraum 16 bedeckt.
Im Betriebszustand des Lufttrockners 1 strömt zu trocknende
Luft beispielsweise von einem nicht dargestellten Kompressor in
den Einlass 13 und von dort über eine zwischen dem Einlass 13 und
dem ersten Ringraum 5 angeordnete erste Filtereinrichtung 21 in
den ersten Ringraum 5. Dabei ist die erste Filtereinrichtung 21 vorzugsweise
als erstes Koaleszenzfilter ausgebildet, welches beispielsweise
ein Glasfaservlies und/oder Schaumstoff aufweist. Nach Verlassen
der ersten Filtereinrichtung 21 strömt die zu trocknende Luft in
den ersten Ringraum 5 und in diesem nach oben in Richtung
der Abschlusswand 6.
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Um
in der zu trocknenden Luft mitgeführte Schmutzteilchen beziehungsweise Öl möglichst
vor dem Eintreten in den Innenraum 9 herauszufiltern, ist im
Bereich eines Überganges
zwischen dem Innentopf 2 und der Begrenzungswand 7 zumindest
ein erster Wandfilmabscheider 22 am Innentopf 2 vorgesehen,
welcher kragenförmig
in den ersten Ringraum 5 hineinragt. Dieser erste Wandfilmabscheider 22 in Form
einer Nase, bewirkt ein Abscheiden von an einer Außenwand
des Innentopfes 2 aufsteigenden Öl- beziehungsweise Feuchtigkeitströpfchen.
Zusätzlich kann
strömungseingangsseitig
im ersten Ringraum 5 zumindest ein zweiter Wandfilmabscheider 22' am Innentopf 2 vorgesehen
sein, der ebenfalls kragenförmig
in den ersten Ringraum 5 hineinragt und eine Abscheidung
von Öl-
beziehungsweise Wassertröpfchen
begünstigt.
Ist die Filtereinrichtung 21 wie oben erwähnt in der
Form eines Koaleszenzfilters ausgebildet, so erfolgt auch bereits
in dieser ein Verbinden von tröpfchenförmigen,
flüssigen
Stoffen aufgrund unterschiedlicher Oberflächenspannungen und Verbindungskräften unter
Bildung von größeren Tropfen.
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Nach
Verlassen des ersten Ringraumes 5 gelangt die zu trocknende
Luft in einen von der Abschlusswand 6 und der Begrenzungswand 7 begrenzten
Raum und tritt danach durch nicht näher bezeichnete Öffnungen
in der Begrenzungswand 7 in den Innenraum 9 des
Innentopfes 2. Die im Innenraum 9 gelagerte Trocknungsmasse 10 bewirkt
in der form eines Molekularsiebs eine Trocknung der durchströmenden Luft,
so dass diese mit deutlich reduzierter Feuchtigkeit den Innenraum 9 durch
das bodenseitige Vlies 15 verlässt. Das Abströmen der
getrockneten Luft aus dem Innenraum 9 erfolgt dabei über den
Teilbereich 19, da nur dieser über Öffnungen 18, beispielsweise
Röhrchen,
mit dem Auslass 14 strömungsverbunden
ist. Ein Austreten der getrockneten Luft aus dem Innenraum 9 durch
den außerhalb
des Teilbereichs 19 liegenden, durchströmbaren Vliesbereich 20 erfolgt
nicht, da der Druck im zweiten Ringraum 16 gleich dem im
Innenraum 9 ist, und eine Druckdifferenz lediglich zwischen
dem Innenraum 9 und dem Auslass 14 besteht.
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In
dem strömungsverbundenen
Teilbereich 19 zwischen dem Vlies 15 und der Abdeckung 17 sind
kanalbildende Hohlkörper 23 angeordnet,
beispielsweise Röhrchen,
welche den Strömungsquerschnitt
zwischen dem Teilbereich 19 und dem Auslass 14 definieren.
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Wie
ebenfalls in 1 gezeigt, ist im Betriebszustand
unterhalb der Abdeckung 17 ein Aktivkohlefilter 24 angeordnet,
welches von einer durchlässigen
Stützscheibe 25 abgestützt ist.
Das Aktivkohlefilter 24 kann dabei auch als Aktivkohlevlies ausgebildet
sein. Die Stützscheibe 25 ist
vorzugsweise in der Abdeckung 17 oder im Auslass 14 verclipst und/oder
stützt
sich an einem Rand des Auslasses 14 ab.
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Die
kanalbildenden Hohlkörper 23 sind
voneinander beabstandet angeordnet, so dass im Vlies 15 angelagertes Öl zwischen
diesen auf die gewölbte Abdeckung 17 gelangen
kann und entlang dieser in den zweiten Ringraum 16 abfließen kann.
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Zum
Betriebszustand gehört
auch ein Rückblasen,
bei welchem Druckluft durch den Auslass 14 in den Innenraum 9 und
zurück
durch den Einlass 13 geblasen wird, um die im Innenraum 9 vorhandene Trocknungsmasse
trocknen zu können.
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Mitgeführtes Öl, welches
beispielsweise als Aerosol in der zu trocknenden Luft schwebt, kann sich
bei dem erfindungsgemäßen Lufttrockner 1 an mehreren
Stellen sammeln. Zum einen ist dies eine Ölsammelstelle 26,
welche an einem unteren Ende des ersten Ringraumes 5 liegt
und zum zweiten ist dies der zweite Ringraum 16. Die Anlagerung
von Öl in
den beiden genannten Räumen
erfolgt dabei insbesondere im Ruhezustand, das heißt einem
Nichtbetriebszustand, des Lufttrockners 1, in welchem das Öl aufgrund
seiner Schwerkraft entlang einer Außenwand des Innentopfes 2 hinunter
zur Ölsammelstelle 26 oder
durch den Innenraum 9 und das Vlies 15 in den
zweiten Ringraum 16 sickern kann. Öl, welches im Teilbereich 19 durch
das Vlies 15 dringt, kann zwischen den kanalbildenden Hohlkörpern 23 auf
die Abdeckung 17 gelangen und aufgrund der gewölbten Ausführung derselben
von dieser ebenfalls in den zweiten Ringraum 16. Ölanteile,
die mit der Luft noch aerosolförmig
durch das Vlies 15 direkt in die kanalbildenden Hohlkörper 23 strömen können noch
in dem Aktivkohlefilter 24 adsorbiert werden.
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Der
erfindungsgemäße Lufttrockner 1 bietet somit
an mehreren Stellen die Möglichkeit, Öl- beziehungsweise
Schmutzteilchen aus der zu trocknenden Luft zu entfernen. Dies ist
zum einen an der Filtereinrichtung 21, an den Wandfilmabscheidern 22 und 22', vor dem Innenraum 9 gegeben
und im zweiten Ringraum 16 beziehungsweise dem Aktivkohlefilter 24 mit
Bezug auf noch aerosolartig vorhandenes Öl nach Verlassen des Innenraums 9.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung
wird somit erreicht, dass ein hoher Prozentsatz der aerosolgelösten Öl- beziehungsweise
Schmutzteilchen aus der zu trocknenden beziehungsweise getrockneten
Luft bereits stromauf der Trocknungsmasse 10 entfernt werden und
somit auch nicht mehr in ein nach dem Auslass 14 gelegenes
Druckluftsystem, beispielsweise eine Druckluftbremse, gelangen können. Dies
schont in dem Druckluftsystem insbesondere Dichtungen, wel che empfindlich
auf lang einwirkende aggressive Ölnebelangriffe
reagieren können.
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Im
Folgenden sollen kurz die 2 bis 4 erläutert werden,
welche vom Funktionsprinzip ähnlich
dem Lufttrockner 1 gemäß 1 funktionieren und
lediglich andere Filtereinrichtungen 21 beziehungsweise
anders ausgebildete zweite Ringräume 16 aufweisen.
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Wie
in 2 gezeigt, weist der erfindungsgemäße Lufttrockner 1 als
Filtereinrichtung 21 ein Glasfaservlies 27 mit
einem im Betriebszustand darunter angeordneten und durchströmbaren Polyesterring 28 auf.
Die Ölsammelstelle 26 ist
dabei gemäß 2 im
Betriebszustand unterhalb der Filtereinrichtung 21 angeordnet,
so dass hier ein Ölsumpf
entstehen kann. Der zweite Ringraum 16 ist im Vergleich
zu 1 deutlich kleiner und eng radial außerhalb
der Abdeckung 17 angeordnet. Das Vlies 15 stützt sich gemäß 2 sowohl
im Teilbereich 19 auf den kanalbildenden Hohlkörpern 23 als
auch auf einem stufenartigen Ring des Innentopfes 2 ab.
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Wie
in 3 gezeigt, ist die Filtereinrichtung 21 als Öl-feinabscheider ausgebildet,
welcher zwischen dem Boden 12 und dem Innentopf 2 über einen
Dichtring 29 gehalten und abgedichtet wird. Des weiteren
ist hierbei eine relativ große Ölsammelstelle 26 im
unteren Bereich des ersten Ringraumes 5 angeordnet, so
dass durch die Wandfilmabscheider 22, 22' abgeschiedenes
und entlang einer Außenwand des
Innentopfes 2 heruntergelaufenes Öl problemlos in der Ölsammelstelle 26 aufgenommen
werden kann.
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4 zeigt
eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Lufttrockners 1,
bei welchem die Filtereinrichtung 21 zumindest eine Öffnung (im
Betriebszustand) nach oben aufweist. Als Filtereinrichtung 21 kommt
hierbei beispielsweise wiederum ein Koaleszenzfilter in Betracht.
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Beim
Vergleich zwischen den 1 bis 4 wird zudem
deutlich, dass eine untere Begrenzung des Innenraumes 9 je
nach Variante unterschiedlich ausgebildet sein kann. So ist ein
ebener Abschluss, wie in den 1 und 2 gezeigt, ebenso
denkbar, wie ein gestufter beziehungsweise abgerundeter Abschluss.
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Gemäß 5 ist
zwischen dem zweiten Ringraum 16 und dem Einlass 13 eine
Ventileinrichtung 30 angeordnet, welche in einem Nichtbetriebszustand
des Lufttrockners 1 geöffnet
ist, während
sie im Betriebszustand/Rückblasen
des Lufttrockners 1 geschlossen ist. Die Filtereinrichtung 21,
welche in den 1 bis 4 im Bereich
des Einlasses 13 angeordnet ist, ist gemäß der 5 exemplarisch
oberhalb des ersten Ringraumes 5 zwischen der Abschlusswand 6 und
der Begrenzungswand 7 angeordnet, wobei auch eine den 1 bis 4 entsprechende
Anordnung gewählt
werden kann. Dabei weist die Ventileinrichtung 30 zwischen
dem zweiten Ringraum 16 und dem Einlass 13 eine
Ventilkammer 31 auf, in welcher ein beweglicher Ventilkörper 32 angeordnet
ist. Im Betriebszustand des Lufttrockners 1 verschließt der Ventilkörper 32 eine
Durchgangsöffnung 33 (vgl. 6)
zwischen der Ventilkammer 31 und dem zweiten Ringraum 16,
wogegen er beim Rückblasen
eine Durchgangsöffnung 33' zwischen der
Ventilkammer 31 und dem Einlass 13 verschließt. Beim
Rückblasen
legt sich somit der Ventilkörper 32 über die
Durchgangsöffnung 33', wogegen er
im Normalbetrieb des Lufttrockners 1 sich über die
Durchgangsöffnung 33 legt
und damit diese verschließt.
Im Ruhezustand sowie beim Rückblasen
kann Öl
aus dem zweiten Ringraum 16 durch die Durchgangsöffnung 33 in
die Ventilkammer 31 einsickern und vorzugsweise weiter
durch die Durchgangsöffnung 33' in den Einlass 13.
Generell ist dabei denkbar, dass der bewegliche Ventilkörper 32 als
Dichtring ausgebildet ist. Die Ventileinrichtung 30 macht
es somit möglich,
ein größeres Ölvolumen
zu separieren, als dies bei einem allzeit geschlossenen, zweiten
Ringraum 16 möglich
wäre, was
insgesamt zu einer längeren
Lebensdauer des Lufttrockners 1 führen kann.