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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Abscheideelement eines Flüssigkeitsabscheiders, insbesondere Ölabscheiders, insbesondere eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems einer Brennkraftmaschine, einer Kompressorluftentölung oder einer Luftentölbox, zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Aerosol.
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Außerdem betrifft die Erfindung einen Flüssigkeitsabscheider, insbesondere Ölabscheider, insbesondere eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems einer Brennkraftmaschine, einer Kompressorluftentölung oder einer Luftentölbox, zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Aerosol, mit einem Gehäuse, das wenigstens einen Aerosoleinlass für das Aerosol, wenigstens einen Gasauslass für von der Flüssigkeit befreites Gas aufweist, und mit wenigstens einem Abscheideelement, das wenigstens ein Abscheidemedium zur Abscheidung der Flüssigkeit aufweist.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Abscheideelements eines Flüssigkeitsabscheiders, insbesondere Ölabscheiders, insbesondere eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems einer Brennkraftmaschine, einer Kompressorluftentölung oder einer Luftentölbox, zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Aerosol.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik bekannte Abscheideelemente mit gewickelten Medienlagen zur Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen oder flüssigen Aerosolen aus Gasen weisen Medien auf, die für das jeweilige Produkt so gewählt sind, dass diese knickfrei gewickelt werden können.
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Aus der
DE 102 24 223 A1 ist ein Filterelement mit einem aus Metallfasern bestehenden Filtervlies bekannt. Aus der
DE 26 45 634 A1 ist ein von innen nach außen durchströmter Rohrfilter und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Aus der
DE 196 45 666 A1 ist ein Filtereinsatz zum Abscheiden von Öl aus einem Gasstrom bekannt. Aus der
DE 44 27 753 C2 ist ein Ölabscheider für Luft mit einem auf einem Stützkörper angeordneten Coalescerelement bekannt. Aus der
US 2006/0 219 635 A1 ist ein Filtermodul für die Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Zulauf mit hoher Viskosität oder hohem Feststoffanteil bekannt. Aus der
US 2011/0 233 152 A1 ist ein Koaleszenzfiltermedium für eine Mischung aus zwei Phasen bekannt. Aus der
US 4 915 714 A sind ein Faserschichtelement und ein Verfahren zur Verwendung eines derartigen Elements zur Entfernung und Sammlung von kleinen Partikeln von Flüssigkeiten oder lösbaren Festkörpern von Gasströmen bekannt. Das Element ist aus einer oder mehreren faserigen Schichten geformt, die mit Löchern durchtrieben sind und durch eine geeignete Stützstruktur gestützt werden. Die Faserschichten werden Druck ausgesetzt, um eine ausgewählte Dichte zu erreichen. Die geschlagenen Löcher tragen dazu bei, Ablaufkanäle zu schaffen, durch die Flüssigkeiten abfließen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abscheideelement, ein Abscheidemedium, einen Flüssigkeitsabscheider und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine möglichst effiziente Ableitung der Flüssigkeit möglichst einfach realisiert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Abscheideelement wenigstens ein Abscheidemedium zur Abscheidung wenigstens der Flüssigkeit aufweist, das bezüglich einer Elementachse umfangsmäßig in wenigstens einer Medienlage angeordnet ist, wobei das Abscheideelement von dem Aerosol bezüglich der Elementachse beispielsweise von radial innen nach radial außen oder von radial außen nach radial innen durchströmt werden kann und wobei sich in der normalen Betriebsorientierung des Abscheideelements die Elementachse mit wenigstens einer Richtungskomponente vertikal im Raum erstreckt, wobei wenigstens eine Medienlage wenigstens eines Abscheidemediums an einer bezüglich der Elementachse radial inneren Umfangsfläche wenigstens eine sich zumindest mit einer Richtungskomponente axial zur Elementachse erstreckende kanalartige Einbuchtung, beispielsweise zur Realisierung wenigstens eines Kanals, insbesondere eines Ableitungs- oder Drainagekanals, für abgeschiedene Flüssigkeit aufweist.
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Erfindungsgemäß weist wenigstens eine Medienlage wenigstens eines Abscheidemediums an einer bezüglich der Elementachse radial inneren Umfangsfläche wenigstens eine kanalartige Einbuchtung auf. Die wenigstens eine kanalartige Einbuchtung erstreckt sich mit wenigstens einer Richtungskomponente axial zur Elementachse. Die Elementachse ist in normaler Betriebsorientierung des Abscheideelements mit wenigstens einer Richtungskomponente vertikal im Raum angeordnet. Auf diese Weise wird ein Kanal gebildet. Dieser Kanal kann insbesondere für die in den Kanal eintretende Flüssigkeit als Ableitungskanal oder Drainagekanal wirken. Der Kanal ist bevorzugt wenigstens mit einer Richtungskomponente oder vollständig vertikal im Raum angeordnet. So kann abgeschiedene Flüssigkeit der Schwerkraft folgend in dem wenigstens einen Kanal nach räumlich unten ablaufen. Eine effiziente Ableitung der abgeschiedenen Flüssigkeit kann so einfach realisiert werden. Je nach Durchströmrichtung des Aerosols durch das wenigstens eine Abscheidemedium befindet sich die wenigstens eine Einbuchtung auf der Anströmseite oder der Abströmseite der entsprechenden Medienlage. Die abgeschiedene Flüssigkeit kann in Strömungsrichtung vor oder hinter der entsprechenden Medienlage in den Kanal gelangen.
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Vorteilhafterweise können mehrere Medienlagen aus Abscheidemedium geschichtet angeordnet sein. Mit mehreren Medienlagen kann so ein Medienwickel realisiert werden. Erfindungsgemäß begrenzt eine radial äußere Umfangsfläche wenigstens einer radial weiter innen gelegenen Medienlage wenigstens eine Einbuchtung an der radial inneren Umfangsfläche einer benachbarten, radial weiter außen gelegenen Medienlage. Auf diese Weise kann wenigstens ein Kanal realisiert werden. Der Kanal kann vorteilhaft als Drainagekanal wirken. In einer Ausführungsform kann der Kanal insbesondere bezüglich seiner Längsrichtung umfangsmäßig geschlossen sein.
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Alternativ können zwischen den Medienlagen mit Abscheidemedium auch andersartige Materiallagen angeordnet sein. In diesem Fall können die andersartigen Materiallagen den entsprechenden wenigstens einen Kanal dort begrenzen.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Abscheidemedium wenigstens ein Koaleszenzmedium aufweisen oder aus diesem bestehen. Mit einem Koaleszenzmedium können auch kleinste Flüssigkeitströpfchen zu größeren Flüssigkeitstropfen vereint, insbesondere koalesziert werden. Die größeren Flüssigkeitstropfen ihrerseits können abgeschieden werden und in dem wenigstens einen Kanal abgeleitet werden.
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Vorteilhafterweise kann das Abscheideelement, insbesondere wenigstens ein Abscheidemedium, mehrere kanalartige Einbuchtungen aufweisen. Auf diese Weise kann an mehreren Stellen in dem Abscheideelement die abgeschiedene Flüssigkeit abgeleitet werden.
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Vorteilhafterweise kann der Flüssigkeitsabscheider ein Ölabscheider sein oder aufweisen, welcher in einer Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine angeordnet sein kann. Vorteilhafterweise kann das Aerosol Kurbelgehäusegas (Blowby-Gas) aus dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine sein. Vorteilhafterweise kann die abzuscheidende Flüssigkeit Öl, insbesondere Motoröl, aufweisen oder daraus bestehen. Mit dem Abscheideelement kann in dem Blowby-Gas mitgeführtes Motoröl oder andere tropfenförmige Bestandteile wie Wasser, Kraftstoff usw. abgeschieden werden. Das abgeschiedene Motoröl kann einem Motorölkreislauf der Brennkraftmaschine wieder zugeführt werden. Das vom Motoröl befreite Blowby-Gas kann einem Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt oder in die Umgebung abgeführt werden.
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Die Erfindung ist hier jedoch nicht beschränkt auf einen Ölabscheider einer Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Sie kann auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere bei Industriemotoren, verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei andersartigen Tropfenabscheidern oder Flüssigkeitsabscheidern, insbesondere zur Kompressorenluftentölung oder bei Luftentölboxen, Verwendung finden.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Teil des wenigstens einen Abscheidemediums in mehreren Medienlagen umfangsmäßig bezüglich der Elementachse gewickelt. Durch Wickeln können mehrere Medienlagen einfach realisiert werden. Auf diese Weise kann das Abscheideelement aus einem Stück, insbesondere einer Medienbahn, eines entsprechenden Abscheidemediums erhalten werden.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Abscheidemedium um einen Wickelkern gewickelt werden. Vorteilhafterweise kann der Wickelkern durch ein ohnehin für den Flüssigkeitsabscheider verwendetes Bauteil, insbesondere ein Stützrohr des Abscheideelements oder für das Abscheideelement, wenigstens mitgebildet werden. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, das Abscheidemedium nach dem Wickeln von dem Wickelkern zu trennen. Alternativ kann ein separater Wickelkern verwendet werden, beispielsweise in Form eines Geweberohrs oder einer anderen, rohrförmigen, fluiddurchlässigen Struktur wie einem Streckgitter, einem Lochblech o.ä.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können mehrere kanalartige Einbuchtungen umfangsmäßig gleichmäßig verteilt angeordnet sein und/oder mehrere kanalartige Einbuchtungen können umfangsmäßig ungleichmäßig verteilt angeordnet sein. Auf diese Weise können an unterschiedlichen Stellen der wenigstens einen Medienlage, insbesondere innerhalb des durch mehrere Medienlagen gebildeten Medienwickels, über entsprechend große Teile des Umfangs, insbesondere über den gesamten Umfang, mehrere Ableitungskanäle realisiert werden. So kann abgeschiedene Flüssigkeit an mehreren Stellen des Abscheideelements abgeleitet werden. Die Effizienz der Flüssigkeitsableitung kann so weiter verbessert werden.
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Vorteilhafterweise können mehrere kanalartige Einbuchtungen gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit gleichmäßiger abgeleitet werden.
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Alternativ oder zusätzlich können mehrere kanalartige Einbuchtungen ungleichmäßig verteilt angeordnet sein. Unterschiedliche Materialeigenschaften des Abscheidemediums entlang des Umfangs oder bei mehreren Materiallagen unterschiedliche radiale Abstände der entsprechenden Einbuchtungen zur Elementachse können so berücksichtigt werden und/oder die Verteilung der Einbuchtungen bei der Herstellung des Abscheideelements beeinflussen. Insgesamt kann die Flüssigkeitsableitung in dem gesamten Abscheideelement verbessert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens zwei kanalartige Einbuchtungen bezüglich ihrer jeweiligen Querschnitte, insbesondere ihrer Formen und/oder ihrer Querschnittsflächen, quer zum Strömungsweg der abgeschiedenen Flüssigkeit unterschiedlich sein und/oder wenigstens zwei kanalartige Einbuchtungen können bezüglich ihrer jeweiligen Querschnitte gleich sein. Auf diese Weise können die Abscheidekanäle an unterschiedliche Erfordernisse spezifisch angepasst sein.
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Vorteilhafterweise können wenigstens zwei Einbuchtungen unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen, so dass die Strömungsquerschnitte für die abgeschiedene Flüssigkeit unterschiedlich sind.
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Alternativ oder zusätzlich können die Formen der Querschnitte von wenigstens zwei Einbuchtungen unterschiedlich sein. Insbesondere können sich die wenigstens zwei Einbuchtungen bezüglich der Elementachse umfangsmäßig unterschiedlich weit erstrecken, sodass sie jeweils einen unterschiedlich großen Umfangsbereich abdecken können.
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Alternativ oder zusätzlich können wenigstens zwei kanalartige Einbuchtungen in ihren jeweiligen Querschnitten, insbesondere ihrer Form und/oder ihrer Querschnittsfläche, gleich sein. So kann ein Ableiten der Flüssigkeit vergleichmäßigt werden.
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Insgesamt kann durch entsprechende Wahl der Querschnitte der kanalartigen Einbuchtungen die Charakteristik der Flüssigkeitsableitung angepasst, insbesondere variiert, werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann sich wenigstens eine kanalartige Einbuchtung bis zu einem in der normalen Betriebsorientierung räumlich unteren Rand des wenigstens einen Abscheidemediums, insbesondere über die gesamte bezüglich der Elementachse axiale Ausdehnung des wenigstens einen Abscheidemediums, erstrecken. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit bis zur räumlich unteren Stirnseite des Abscheideelements geleitet und dort aus dem Abscheideelement abgeleitet werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine kanalartige Einbuchtung, insbesondere der wenigstens eine Kanal, zu einer unteren Stirnseite des wenigstens einen Abscheidemediums, insbesondere zu beiden Stirnseiten des Abscheidemediums, offen sein. Durch die wenigstens eine Öffnung der wenigstens einen kanalartigen Einbuchtung kann die abgeschiedene Flüssigkeit das wenigstens eine Abscheidemediums verlassen.
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Vorteilhafterweise kann sich wenigstens eine kanalartige Einbuchtung über die gesamte bezüglich der Elementachse axiale Ausdehnung des wenigstens einen Abscheidemediums erstrecken. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit von der in der normalen Betriebsorientierung bezüglich der Elementachse axial oberen Stirnseite bis zur axial unteren Stirnseite durchgängig durch das Abscheideelement geleitet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Abscheidemedium im Bereich wenigstens einer kanalartigen Einbuchtung ausschließlich an seiner radial inneren Umfangsfläche oder an seiner radial inneren und seiner radial äußeren Umfangsfläche gebogen sein. Auf diese Weise befinden sich zumindest auf der radial inneren Umfangsfläche entsprechende Einbuchtungen.
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Vorteilhafterweise ist ausschließlich an der radial inneren Umfangsfläche des wenigstens einen Abscheidemediums wenigstens eine nach radial außen gebogene kanalartige Einbuchtungen realisiert. Die der wenigstens einen Einbuchtung gegenüberliegende radial äußere Umfangsfläche des wenigstens einen Abscheidemediums kann ohne entsprechende Biegungen realisiert sein und gleichmäßig verlaufen. So kann eine radiale Ausdehnung, insbesondere Dicke, der entsprechenden Medienlage des wenigstens einen Abscheidemediums insgesamt geringer sein.
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Alternativ kann das wenigstens eine Abscheidemedium im Bereich wenigstens einer Einbuchtung an seiner radial inneren und seiner radial äußeren Umfangsfläche gebogen sein. Dabei kann das wenigstens eine Abscheidemedium an seiner radial inneren und seiner radial äußeren Umfangsfläche jeweils nach radial außen gebogen sein. Auf diese Weise ist eine geringere, insbesondere keine, Kompression des Materials des wenigstens einen Abscheidemediums zwischen der radial äußeren Umfangsfläche und der radial inneren Umfangsfläche erforderlich.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Abscheidemedium entlang wenigstens einer kanalartigen Einbuchtung wenigstens auf der bezüglich der Elementachse radial inneren Umfangsfläche wenigstens eine Prägung und/oder Stanzung aufweisen. Mit der wenigstens einen Prägung und/oder Stanzung kann ein Soll-Biegebereich, insbesondere eine Soll-Biegelinie, realisiert werden, entlang dem die radial innere Umfangsfläche zu der wenigstens einen kanalartigen Einbuchtung gebogen werden kann. Eine entsprechende Formung, insbesondere Biegung, der wenigstens einen kanalartigen Einbuchtung kann so einfacher und präziser realisiert werden. Durch die wenigstens eine Prägung und/oder Stanzung können die Position und der Verlauf der wenigstens einen Einbuchtung präziser vorgegeben werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Abscheidemedium entlang seiner bezüglich der Elementachse radial inneren Umfangsfläche und seiner radial äußeren Umfangsfläche nicht dehnbar sein. Auf diese Weise kann die Stabilität des wenigstens einen Abscheidemediums verbessert werden. Es kann eine stabilere Formgebung realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Abscheidemedium an seinen Umfangsflächen unter normalen Betriebsbedingungen und/oder unter normalen Herstellungsbedingungen nicht dehnbar sein. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich die Umfangsflächen bei der Herstellung oder beim Betrieb dehnen können. So kann verhindert werden, dass sich das wenigstens eine Abscheidemedium beim Betrieb dehnt oder aufquellen kann. Darüber hinaus kann so erreicht werden, dass sich die radial innere Umfangsfläche beim bezüglich der Elementachse umfangsmäßigen, insbesondere zylindrischen, Verlegen, insbesondere Wickeln, des wenigstens einen Abscheidemediums entlang entsprechender Bereiche, insbesondere Linien, biegt oder umknickt. An den entsprechenden Knick- oder Biegebereichen entstehen so automatisch kanalartige Einbuchtungen. Auf diese Weise sind keine separaten Herstellungsschritte oder Werkzeuge erforderlich, um die wenigstens eine kanalartige Einbuchtung zu realisieren.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Abscheidemedium entlang wenigstens einer kanalartigen Einbuchtung bezüglich der Elementachse in radialer Richtung komprimiert sein. Auf diese Weise können sich die radial äußere Umfangsfläche und die radial innere Umfangsfläche des wenigstens einen Abscheidemediums zum Herstellung der wenigstens einen Einbuchtung relativ zueinander bewegen. Durch Kombination der Komprimierbarkeit des Materials zwischen den Umfangsflächen und der Nichtdehnbarkeit im Bereich der Umfangsflächen des wenigstens einen Abscheidemediums kann die wenigstens eine Einbuchtung einfach, insbesondere automatisch beim Verlegen, insbesondere Wickeln, des wenigstens einen Abscheidemediums realisiert werden.
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Der wenigstens eine Kanal kann aufgrund der Struktur und/oder Steifigkeit des verlegten, insbesondere aufgewickelten, Abscheidemediums nahezu von selbst gebildet werden. Es sind keine zusätzlichen Komponenten oder Werkzeuge erforderlich.
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Das wenigstens eine Abscheidemedium kann relativ steif sein. Dadurch können sich beim insbesondere zylindrischen Verlegen, insbesondere Wickeln, des Abscheidemediums entsprechende Falten und/oder Knickstellen bilden, welche die wenigstens eine kanalartige Einbuchtung realisieren können. Die Falten/Knickstellen können sich automatisch axial zur Elementachse erstrecken, sodass sie als Ablaufkanäle bestens geeignet sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Abscheidemedium Medienfasern, insbesondere Glasfasern, wenigstens aufweisen oder daraus bestehen. Mit Medienfasern können Abscheidemedien einfach realisiert werden, die an ihren Umfangsflächen eine geringe oder unter normalen Bedingungen keine Dehnfähigkeit aufweisen und in radialer Richtung, also senkrecht zu den Umfangsflächen, komprimierbar sind.
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Vorteilhafterweise kann eine Schichtdicke wenigstens einer Medienlage des wenigstens einen Abscheidemediums etwa zwischen 0,5 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm, besonders bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm betragen.
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Vorteilhafterweise kann ein Innendurchmesser des Abscheideelements etwa zwischen 20 mm und 500 mm, insbesondere zwischen 30 mm und 200 mm, beispielsweise etwa 47 mm, betragen.
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Vorteilhafterweise kann eine Wickeldicke des Abscheideelements, also die Differenz zwischen Außenradius und Innenradius, etwa zwischen 4 mm und 120 mm, insbesondere zwischen 15 mm und 25 mm, vorzugsweise etwa 20 mm, betragen.
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Die Schichtdicke, der Innendurchmesser, der Außendurchmesser und die Wickeldicke können auch kleiner oder größer sein.
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Vorteilhafterweise kann das Abscheideelement etwa zwischen 2 und 60 Medienlagen, vorzugsweise etwa 12 Medienlagen, des wenigstens einen Abscheidemediums aufweisen. Es können auch mehr oder weniger Medienlagen vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise kann ein spezifischer minimaler Biegeradius des wenigstens einen Abscheidemediums, bei dem das wenigstens eine Abscheidemedium bezüglich der Elementachse umfangsmäßig insbesondere zylindrisch verlegt, insbesondere gewickelt, werden kann, ohne dass insbesondere aufgrund von mechanischen Spannungen Knicke oder Biegungen entstehen, größer sein als der Innendurchmesser des Abscheideelements. Mit anderen Worten kann das wenigstens eine Abscheidemediums zumindest in einem Teilbereich des Abscheideelements mit einem Biegeradius verlegt, insbesondere gewickelt, werden, der kleiner ist als der minimale Biegeradius, so dass die wenigstens eine kanalartige Einbuchtung automatisch beim Verlegen, insbesondere Aufwickeln, des wenigstens einen Abscheidemediums entsteht.
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Der spezifische minimale Biegeradius des wenigstens einen Abscheidemediums wird durch die Dehneigenschaften, insbesondere der Nichtdehnbarkeit, des wenigstens einen Abscheidemediums an seinen Umfangsflächen in Kombination mit dessen Komprimierbarkeit zwischen den Umfangsflächen charakterisiert. Die Dehneigenschaften können durch die Steifigkeit des wenigstens einen Abscheidemediums mit bestimmt werden.
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Der spezifische minimale Biegeradius kann experimentell dadurch ermittelt werden, dass das Abscheidemedium zylindrisch gebogen wird. Der Radius, bei dem die ersten Knicke oder Biegungen insbesondere auf der radial inneren Umfangsseite insbesondere mit bloßem Auge erkennbar werden, kann als spezifischer minimaler Biegeradius bezeichnet werden.
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Außerdem wird die technische Aufgabe mit einem Flüssigkeitsabscheider nach Anspruch 11 gelöst, wobei das wenigstens eine Abscheidemedium bezüglich einer Elementachse umfangsmäßig in wenigstens einer Medienlage angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Abscheideelement in dem Gehäuse so angeordnet ist, dass das wenigstens eine Abscheidemedium von dem Aerosol bezüglich der Elementachse von radial innen nach radial außen oder von radial außen nach radial innen durchströmt werden kann, wobei sich in der normalen Betriebsorientierung die Elementachse wenigstens mit einer Richtungskomponente vertikal im Raum erstreckt, wobei wenigstens eine Medienlage des wenigstens einen Abscheidemediums an einer bezüglich der Elementachse radial inneren Umfangsfläche wenigstens eine sich zumindest mit einer Richtungskomponente axial zur Elementachse erstreckende kanalartige Einbuchtung zur Realisierung wenigstens eines Kanals für abgeschiedene Flüssigkeit aufweist.
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Vorteilhafterweise kann das Gehäuse wenigstens einen Flüssigkeitsablass für die abgeschiedene Flüssigkeit aufweisen. Durch den Flüssigkeitsablass kann die abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Gehäuse entfernt werden.
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Schließlich wird die technische Aufgabe mit dem Verfahren nach Anspruch 12 gelöst, wobei ein Abscheidemedium als Medienbahn realisiert wird, die Medienbahn bezüglich einer Elementachse umfangsmäßig zu einem Medienwickel verlegt, insbesondere gewickelt, wird, wobei ein radial innerer Radius des Medienwickels kleiner ist als ein spezifischer minimaler Biegeradius des Abscheidemediums, bei dem das Abscheidemedium faltenfrei und knickfrei gebogen werden kann, so dass beim Verlegen an wenigstens einer radial inneren Umfangsfläche wenigstens einer Medienlage des wenigstens einen Abscheidemediums wenigstens eine sich zumindest mit einer Richtungskomponente axial zur Elementachse erstreckende kanalartige Einbuchtung zur Realisierung wenigstens eines Kanals für abgeschiedene Flüssigkeit realisiert wird. Beispielsweise wird hierbei zunächst der spezifische minimale Biegeradius einer Medienbahn ermittelt und dann ein radial innerer Radius des Medienwickels bei der Herstellung gewählt, der kleiner ist als der bestimmte spezifische minimale Biegeradius. Ebenso ist es möglich, zunächst einen inneren Radius des in einem Produkt zu verwendenden Medienwickels zu definieren und anschließend ein Medium oder eine Medienbahn auszuwählen, bei welcher bevorzugt bereits zuvor der spezifische minimale Biegeradius ermittelt wurde und dieser größer ist als der zuvor definierte innere Radius des zu realisierenden Medienwickels. In beiden Verfahrensvarianten wird jedoch bevorzugt zunächst der spezifische minimale Biegeradius mindestens eines Mediums oder mindestens einer Medienbahn ermittelt. Ebenso ist es in beiden Verfahrensvarianten bevorzugt, ein Medium zu wählen, welches einen spezifischen minimalen Biegeradius hat, der größer ist als der radial innere Radius des Medienwickels.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abscheideelement, dem erfindungsgemäßen Abscheidemedium, dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsabscheider und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Abscheideelements und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 einen Ölabscheider eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs;
- 2 einen Längsschnitt des Ölabscheiders aus der 1 entlang der dortigen Schnittlinie II-II;
- 3 einen Querschnitt eines Abscheideelements des Ölabscheiders aus den 1 und 2;
- 4 eine Detailansicht des Querschnitts des Abscheideelements aus der 3;
- 5 einen Längsschnitt des Abscheideelements aus den 3 und 4;
- 6 eine Detailansicht des Längsschnitts des Abscheideelements aus der 5.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist ein Ölabscheider 10 eines an sich bekannten, ansonsten nicht gezeigten Kurbelgehäuseentlüftungssystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht in einer normalen Betriebsorientierung gezeigt. Der Ölabscheider 10 dient zur Abscheidung von Motoröl aus Kurbelgehäuseentlüftungsgas (Blowby-Gas) und zur Rückführung des Öls in den Motorölkreislauf der Brennkraftmaschine. Das Blowby-Gas mit dem mitgeführten Öl liegt als Aerosol vor. Der Ölabscheider 10 ist in einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems angeordnet.
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Der Ölabscheider 10 umfasst ein zweiteiliges öffenbares Gehäuse 12 mit einem Einlass 14 für von Öl zu befreiendes Blowby-Gas und einem Auslass 16 für vom Öl befreites Blowby-Gas. Der Einlass 14 ist in der normalen Betriebsorientierung des Ölabscheiders 10, wie er in der 1 gezeigt ist, in einer Umfangswand oberhalb des Auslasses 16 angeordnet. Der Einlass 14 ist über einen nicht gezeigten Leitungsteil der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden. Der Auslass 16 ist über einen weiteren nicht gezeigten Leitungsteil der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung mit einem Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden.
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Ferner verfügt das Gehäuse 12 über einen Ölablass 18, welcher in der normalen Betriebsorientierung unten aus dem Gehäuse 12 herausführt. Der Ölablass 18 ist mit einer nicht gezeigten Ölrückführleitung verbunden, die zu einem Ölsumpf der Brennkraftmaschine führt.
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In der 2 ist der Ölabscheider 10 in einem Längsschnitt entlang einer Schnittlinie II-II aus der 1 gezeigt. In dem Gehäuse 12 ist ein Abscheideelement 20 koaxial zu einer Achse 22 so angeordnet, dass es den Einlass 14 von dem Auslass 16 trennt. Das Blowby-Gas muss beim Betrieb des Ölabscheiders 10 das Abscheideelement 20 durchströmen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel fällt die Achse 22 mit einer Gehäuseachse des Gehäuses 12 und einer Elementachse des Abscheideelements 20 zusammen. Der besseren Übersichtlichkeit wegen wird im Folgenden einheitlich der Begriff Achse 22 verwendet. Dabei ist, je nach Zusammenhang, die Elementachse, die Gehäuseachse oder beides gemeint. Wenn im Folgenden von „radial“, „axial“, „umfangsmäßig“, „koaxial“ oder dergleichen die Rede ist, so bezieht sich dies, sofern nicht anders erwähnt, auf die Achse 22.
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Das Abscheideelement 20, welches in den 3 bis 6 in unterschiedlichen Schnitten und Detailansichten gezeigt ist, hat insgesamt die Form eines runden, insbesondere kreisrunden oder ovalen Hohlzylinders.
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Das Abscheideelement 20 ist bevorzugt koaxial an einem gitterartigen Stützrohr 24 abgestützt. Das Stützrohr 24 kann beispielsweise seinerseits mit einem axial oberen Ende, wie in 2 gezeigt, am Elementdeckel 260 befestigt sein. Das Abscheideelement 20 ist bevorzugt mit dem Elementdeckel 260 dichtend verbunden, beispielsweise verklebt oder verschweißt. An seinem dortigen, dem Oberteil 26 zugewandten Ende ist das Stützrohr 24 offen, sodass sein Innenraum, also auch ein Elementinnenraum 28 des Abscheideelements 20, mit dem Einlass 14 verbunden ist.
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An seinem dem Oberteil 26 abgewandten axial unteren Ende sind das Stützrohr 24 und/oder der Elementboden 32 bevorzugt geschlossen, sodass auch der Elementinnenraum 28 dort zu einem Sammelraum 30 für das abgeschiedene Öl geschlossen ist. Der Sammelraum 30 befindet sich in der normalen Betriebsposition unterhalb des Abscheideelements 20 in dem Gehäuse 12. Unten aus dem Sammelraum 30 führt der Ölablass 18 heraus.
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Am unteren Ende des Abscheideelements 20, welches bevorzugt dem Sammelraum 30 zugewandt ist, ist weiter bevorzugt ein scheiben- oder ringförmiger Elementboden 32 vorgesehen, der dichtend mit dem Abscheideelement 20 verbunden ist. Der Elementboden 32 erstreckt sich nach radial außen und umfangsmäßig. Er weist bevorzugt ein etwa U-förmiges Profil auf, welches nach oben zum Abscheideelement 20 und Oberteil 26 hin offen ist. Dadurch wird eine Verklebung mit dem Abscheideelement vereinfacht. Die axial untere Stirnseite des Abscheideelements 20 befindet sich bevorzugt innerhalb des U-förmigen Profils des Elementbodens 32.
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Das Abscheideelement 20 ist radial außen von einem koaxialen abströmseitigen Auslassringraum 34 umgeben, welcher radial außen durch die Umfangswand eines Unterteils 36 des Gehäuses 12 begrenzt ist. Der Auslassringraum 34 befindet sich auf der abströmseitigen Reingasseite des Abscheideelements 20. Der Auslassringraum 34 ist fluidtechnisch mit dem Auslass 16 verbunden.
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Das Abscheideelement 20 wird im Folgenden anhand der Detailansichten und Schnitte aus den 3 bis 6 näher erläutert. Das Abscheideelement 20 besteht aus einem Abscheidemedium 38, welches in mehreren Medienlagen 40, beispielhaft 13 Medienlagen 40, umfangsmäßig zu einem koaxialen Medienwickel gewickelt ist. Ein Innendurchmesser des Abscheideelements 20 beträgt beispielhaft etwa 47 mm, ein Außendurchmesser etwa 87 mm. Das Abscheidemedium 38 ist eine Glasfaserstruktur, welche entlang ihrer Umfangsflächen radial außen und radial innen in axialer Richtung und in Umfangsrichtung im Wesentlichen nicht dehnbar ist. In radialer Richtung ist das Abscheidemedium 38 komprimierbar. Ein aus der Steifigkeit entlang der Umfangsflächen einerseits und der Komprimierbarkeit quer zu den Umfangsflächen andererseits resultierender spezifischer minimaler Biegeradius des Abscheidemediums 38 ist kleiner als der Innenradius, also der halbe Innendurchmesser, des fertigen Medienwickels, also des Abscheideelements 20. Mit dem spezifischen minimalen Biegeradius kann das Abscheidemedium 38 gebogen werden, ohne dass es an seiner bezüglich der Biegung radial inneren Umfangsfläche Knicke oder Biegungen bildet.
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Das Abscheidemedium 38 ist in radialer Richtung für Aerosol durchlässig. Es hat die Wirkung eines Koaleszenzmediums, so dass mit dem Blowby-Gas mitgeführte Öltröpfchen an dem Abscheidemedium 38 gefangen und zu größeren Öltropfen zusammengeballt werden.
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Die Medienlagen 40 des Abscheidemediums 38 weisen umfangsmäßig verteilt eine Mehrzahl von kanalartigen Einbuchtungen 42 auf. Die Einbuchtungen 42 befinden sich jeweils an der radial inneren Umfangsfläche der entsprechenden Medienlage 40. Sie bilden mit der entsprechend radial gegenüber liegenden radial äußeren Umfangsfläche der jeweils radial innen benachbarten Medienlage 40 einen jeweiligen Kanal 44 für das abgeschiedene Öl.
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Die Einbuchtungen 42 und damit die Kanäle 44 können sich jeweils axial insbesondere über die gesamte axiale Ausdehnung des Abscheideelements 20 erstrecken. Eine vorteilhafte Wirkung tritt jedoch auch ein, wenn sich ein oder mehrere Ableitungskanäle 44 nur über einen Teil der axialen Ausdehnung des Abscheideelements 20 erstrecken. Sofern sich die Ableitungskanäle über die gesamte axiale Ausdehnung des Abscheideelements 20 erstrecken, sind sie an dessen oberer Stirnseite, welche dem Elementdeckel 260 zugewandt ist, und dessen unterer Stirnseite, welche dem Elementboden 32 zugewandt ist, jeweils offen.
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Die Einbuchtungen 42 und damit die Ableitungskanäle 44 des Abscheideelements 20 sind in ihrem Querschnitt, also ihrer jeweiligen Querschnittsfläche und ihrer jeweiligen Form, teils ähnlich und teils unterschiedlich. Es gibt Bereiche, in denen einige Einbuchtungen 42 umfangsmäßig gleichmäßig verteilt sind. Größtenteils sind die Einbuchtungen 42 jedoch unterschiedlich und ungleichmäßig verteilt.
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Zur Herstellung des Abscheideelements 20 wird eine Medienbahn aus Abscheidemedium 38 in mehreren Medienlagen 40 um das Stützrohr 24 gewickelt. Aufgrund der Steifigkeit des Abscheidemediums 38 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung und der damit verbundenen Nichtdehnbarkeit an seinen Umfangsflächen bilden sich aufgrund der mechanischen Spannungen beim Wickeln automatisch Biegungen, Knicke oder Falten, welche sich in axialer Richtung erstrecken und lokal eine Verringerung der Dicke der Medienlage bewirken. Im Bereich der Biegungen werden beim Wickeln die entsprechenden Einbuchtungen 42 realisiert. Dabei biegt sich jeweils die radial innere Umfangsfläche des Abscheidemediums 38 nach radial außen und komprimiert dabei das Material des Abscheidemediums 38 zwischen der radial inneren Umfangsfläche und der radial äußeren Umfangsfläche. Die Schichtdicke der entsprechenden Medienlage 40 ist im Bereich der Einbuchtung 42 dünner als in benachbarten Bereichen. Auf diese Weise werden automatisch die Ableitungskanäle 44 beim Wickeln gebildet, ohne dass zusätzliche Werkzeuge, Bauteile oder dergleichen erforderlich sind.
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Das Stützrohr 24 mit dem fertigen Abscheideelement 20 wird bevorzugt an dem Elementdeckel 260 befestigt.
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Das Oberteil 26 und das Unterteil 36 werden lösbar miteinander verbunden, sodass das Gehäuse 12 geschlossen ist. Zu Wartungszwecken, insbesondere zum Austausch des Abscheideelements 20, können das Oberteil 26 und das Unterteil 36 voneinander getrennt werden, das Oberteil 26 bildet somit einen Gehäusedeckel.
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Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird das mit Öl belastete Blowby-Gas aus dem Kurbelgehäuse durch den entsprechenden Leitungsteil über den Einlass 14 in einen Einlassraum 46 im oberen Teil des Unterteils 36 geleitet. Das Blowby-Gas strömt von dem Einlassraum 46 in den Elementinnenraum 28 des Abscheideelements 20. Die Strömung des Blowby-Gases in den Ölabscheider 10 ist in der 2 durch gebogene Pfeile 48 angedeutet.
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Das Blowby-Gas durchströmt die Medienlagen 40 des Abscheidemediums 38 von radial innen nach radial außen. Dabei wird das Blowby-Gas von dem Öl befreit.
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Das von dem Öl befreite Blowby-Gas gelangt in den Auslassringraum 34 und verlässt den Ölabscheider 10 durch den Auslass 16. Es wird über den entsprechenden Leitungsteil dem Luftansaugtrakt zugeführt.
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Das in dem Blowby-Gas enthaltene Öl wird in dem Abscheidemedium 38 zurückgehalten und zu größeren Öltropfen zusammengeballt. Die größeren Öltropfen gelangen in die Ableitungskanäle 44. Sie sinken der Schwerkraft folgend nach unten und verlassen das Abscheideelement 20 an dessen dem Elementboden 32 zugewandten unteren Stirnseite. Die Ölströmung in dem Abscheidemedium 38, in den Ableitungskanälen 44 und im Gehäuse 12 sind in den 2, 5 und 6 durch gestrichelte Pfeile 50 angedeutet.
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Das Öl gelangt am Elementboden 32 entlang in den Sammelraum 30. Dort kann es kontinuierlich oder nach Bedarf über den Ölablass 18 abgelassen und über die Ölrückführleitung dem Ölsumpf zugeführt werden.