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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ölabscheider zur Abscheidung von Öltröpfchen und/oder Ölnebel aus Gasen, insbesondere aus Blow-by-Gasen eines Verbrennungsmotors.
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Derartige Ölabscheider sind beispielsweise als Zentrifugalabscheider mit Tellerseparator ausgebildet, bei denen ein Gas innerhalb einer Kammer eines stationären Gehäuses mittels eines Rotors in eine Drehung versetzt wird. Die Öltröpfchen und der Ölnebel werden aufgrund der auftretenden Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und dabei auf Prallwänden abgeschieden. Um das Gas in eine Drehbewegung zu versetzen, wird beispielsweise ein Ölabscheideelement verwendet, das als Stapel von gleich ausgestalteten kegelstumpfförmigen Scheiben ausgeführt werden kann. Das zu reinigende Gas wird nun mittig oder von der Peripherie her in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Scheiben des Stapels geführt und dort durch eine Drehbewegung des Stapels und der Scheiben mit bis zu 15.000 Upm mitgerissen. Dabei erfolgt eine Abscheidung der Öltröpfchen und des Ölnebels an den Scheiben und an der Gehäusewand des Ölabscheiders. Das Ölabscheideelement wird üblicherweise von einem Antriebselement über eine Welle in Drehung versetzt, das seinerseits mittels des Öldrucks des Verbrennungsmotors oder elektrisch angetrieben wird.
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Derartige Ölabscheider werden insbesondere eingesetzt zur Abscheidung von Ölnebel und Öltröpfchen aus Blow-by-Gasen von Verbrennungsmotoren.
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Die durch einen derartigen aktiven Ölabscheider bewältigbaren Gasströme bei begrenztem Druckabfall über den Ölabscheider sind jedoch begrenzt. Insbesondere können durch einen derartigen Ölabscheider, insbesondere durch die Zwischenräume der einzelnen Teller des Tellerseparators zu leitenden Gasströme nicht beliebig erhöht werden. Treten also hohe zu reinigende Gasströme, insbesondere hohe Blow-By-Gasströme auf, so können diese nicht mehr hinreichend abgeleitet bzw. von Ölnebel und/oder Öltröpfchen gereinigt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ölabscheider beispielsweise nach obiger Bauart zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Betriebssicherheit und ein gutes Abscheideverhalten selbst bei hohen Gasströmen aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch den Ölabscheider nach Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ölabscheiders werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Der erfindungsgemäße Ölabscheider dient der Abscheidung von Öltröpfchen und/oder Ölnebel aus Gasen, insbesondere aus Blow-By-Gasen eines Verbrennungsmotors.
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Der Ölabscheider weist ein Gehäuse auf, in dem ein Rotor angeordnet ist. Der Rotor weist seinerseits eine Welle und ein auf der Welle angeordnetes und mit dieser drehbares Ölabscheideelement auf. Das Ölabscheideelement kann dabei ein wie oben beschriebener Scheibenstapel sein, dem über eine Bohrung in der Welle oder in anderer Weise parallel zur Welle das zu reinigende Gas weitgehend mittig zugeführt wird. Wird das Ölabscheideelement, insbesondere ein Scheibenstapel, in Drehung versetzt, so werden die zu reinigenden Gase in eine tangentiale und radiale Bewegung versetzt, beispielsweise indem die zu reinigenden Gase durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Scheiben des Scheibenstapels strömen. Hierdurch erfolgt letztlich eine Abscheidung der Öltröpfchen und des Ölnebels an den Scheiben und an den den Rotor umgebenden Wandungen des Gehäuses.
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Die Zufuhr des zu reinigenden Gases zu dem Ölabscheideelement erfolgt beispielsweise über einen ersten Gaseinlass entlang der Welle, d. h., insbesondere durch Nuten oder Bohrungen in der Welle, die im Wesentlichen zumindest abschnittsweise in axialer Richtung der Welle verlaufen. Ebenso ist es möglich, das zu reinigende Gas außerhalb der Welle entlang der Welle den Zwischenräumen zwischen den Scheiben des Scheibenstapels zuzuführen. Hierzu weisen die Scheiben des Scheibenstapels üblicherweise an die Welle angrenzende oder der Welle benachbarte Öffnungen auf, die einen Fluss parallel zur Achsrichtung der Welle ermöglichen.
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Die den Rotor und das Ölabscheideelement umgebende Wandung des Gehäuses weist einen ersten Gasauslass auf, durch den das von dem Ölnebel und/oder den Öltröpfchen gereinigte Gas das Gehäuse verlassen kann. Üblicherweise werden die gereinigten Gase im Falle von Blow-by-Gasen in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zurückgeleitet.
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Der erste Gaseinlass, die Durchgangsöffnung in dem Ölabscheideelement und der Welle, insbesondere die Zwischenräume zwischen Scheibenstapeln von Tellerseparatoren, und der zweite Gasauslass begrenzen den durch den Ölabscheider zu reinigenden Gasstrom und definieren den Druckunterschied zwischen erstem Einlass und erstem Auslass.
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Erfindungsgemäß wird daher nun vorgesehen, dass in der den Rotor umgebenden Wandung des Gehäuses ein zweiter Gaseinlass angeordnet ist, über den zu reinigende Gase zusätzlich in den Zwischenraum zwischen Rotor und Gehäuse eingeleitet werden können.
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Im Unterschied zu herkömmlichen Bypass-Lösungen für Ölabscheider wird über das den Rotor durchströmende zu reinigende Gas hinaus weiteres zu reinigendes Gas in den Abscheideraum eingeleitet. Zwar strömt dieses Gas nicht durch das Ölabscheideelement selbst und unterliegt daher keiner Öltröpfchen- bzw. Ölnebelabscheidung durch dieses Ölabscheideelement, es wird jedoch durch die Drehung des Rotors und durch die Drehung des den Rotor verlassenden Gasstromes selbst ebenfalls in Drehung versetzt, so dass auch dieses durch den zweiten Gaseinlass in das Gehäuse des Rotors eingeleitete Gas einer Abscheidung von Öltröpfchen und/oder Ölnebel an der Wandung des Gehäuses unterzogen wird. Das gemischte aufgereinigte Gas wird anschließend über den ersten Gasauslass aus dem Gehäuse abgeleitet.
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Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Ölabscheider auch einen zweiten Gasauslass aufweisen, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, im Falle sehr hoher Volumenströme auch diese Volumenströme gesichert aus dem Abscheideraum innerhalb des Gehäuses abzuleiten.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn einer oder beide zusätzlichen Durchströmungsmöglichkeiten, nämlich der zweite Gaseinlass und/oder der zweite Gasauslass, mit je einem Ventil verschlossen sind, das eine bestimmte Öffnungscharakteristik aufweist. Das jeweilige Ventil kann dabei so eingestellt sein, dass es erst bei Überschreiten eines vorbestimmten Eingangsvolumenstroms (für den zweiten Gaseinlass) bzw. bei Überschreiten eines vorbestimmten Ausgangsvolumenstroms (für den zweiten Gasauslass) oder bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckunterschiedes zwischen dem Gas auf der Druckseite des jeweiligen Ventils und der Saugseite des jeweiligen Ventils sich öffnet.
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Eine derartige Öffnungscharakteristik kann bewirkt werden, indem das erste Ventil und/oder das zweite Ventil mittels der Motorsteuerung oder eines Aktuators, beispielsweise eines Stellmotors, eines Stellglieds oder einer Druckdose, gesteuert wird.
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Erster und zweiter Gaseinlass sowie erster und zweiter Gasauslass können jeweils außerhalb des Gehäuses mit einer gemeinsamen Gaszuleitung bzw. Gasableitung verbunden sein. So kann beispielsweise eine gemeinsame Entlüftungsleitung sowohl zum ersten Gaseinlass, als auch zum zweiten Gaseinlass führen. Weiterhin kann eine gemeinsame Leitung vom ersten Gasauslass und zweiten Gasauslass zum Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors führen.
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Das erste und/oder das zweite Ventil können zum einen als Pilzventil ausgebildet werden, dessen Ventilteller vorteilhafterweise aus einem elastomeren Material besteht oder dieses enthält. Zur Öffnung des Ventils kann sich dazu dann der Außenrand des Ventiltellers vom Ventilsitz wegbiegen und dabei einen Spalt zwischen Ventilteller und Ventilsitz freigeben.
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Es ist auch möglich, das erste Ventil und/oder das zweite Ventil als Ventilverschluss mit einer beweglichen Federzunge oder einem beweglichen Federplättchen auszubilden.
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Hierzu kann eine bewegliche Federzunge oder ein bewegliches Federplättchen benachbart zu der Ventilöffnung angeordnet sein und im verschlossenen Zustand des Ventils die Ventilöffnung vollständig überdecken. Das Abheben erfolgt bei einer Federzunge vorteilhafterweise seitlich, während bei einem Federplättchen vorzugsweise ein mittig angeordneter Bereich den Querschnitt freigibt. Während bei Federzungen insbesondere Anbindungen über einen oder zwei Haltearme, beispielsweise zwei zueinander parallele Haltearme vorgesehen sind, sind bei mittig abhebenden Federplättchen vorzugsweise zwei, drei oder sogar mehr Haltearme vorgesehen.
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In einer besonders einfach herzustellenden Ausführungsform kann die Federzunge bzw. das Federplättchen aus einem elastischen Metallblech, insbesondere aus Federstahl, bestehen.
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Für derartige Ventilzungen bzw. -plättchen ist es vorteilhaft, wenn die der Ventilöffnung zugewandte Seite mit einem geschlossenporigen elastomeren Material beschichtet ist, zumindest abschnittsweise auf dem Umfangsrand der Ventilöffnung. Dies ist besonders gut zu realisieren, wenn die Ventilöffnung einen über ihre Umgebung hinausstehenden Rand aufweist, auf dem die Ventilzunge aufliegen kann. In letzterem Falle erfolgt an der Federzunge eine weitere effiziente Ölabscheidung beim Durchgang der Gase durch die Ventilöffnung. Besonders effizient erfolgt die Ölabscheidung weiterhin dann, wenn die Federzunge in ihrem Auflagebereich auf die Ventilöffnung mit einem geschlossenporigen elastomeren Material beschichtet ist.
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Die Federzunge bzw. das Federplättchen kann ihrerseits/seinerseits unterschiedlich gelagert sein oder auch vorbestimmte Formen aufweisen, so dass sich eine vorbestimmte Art ergibt, wie die Federzunge bzw. das Federplättchen die Ventilöffnung verschließt bzw. öffnet.
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Insbesondere können derartige Federzungen bzw. -plättchen jeweils mindestens einen Haltearm aufweisen, der am Ventilkörper derart federnd befestigt ist, dass die Federzunge bzw. das Federplättchen zwischen einer ersten Stellung, in der sie/es die von ihr/ihm überdeckte Gasdurchtrittsöffnung verschließt und einer zweiten Stellung, in der sie/es die von ihr/ihm überdeckte Gasdurchtrittsöffnung freigibt, beweglich ist.
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Die Federzunge bzw. das Federplättchen kann weiterhin derart vorgespannt sein, dass sie unterhalb einer vorbestimmten positiven Druckdifferenz die jeweils überdeckte Gasdurchtrittsöffnung verschließt.
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Weiterhin ist es möglich, dass die Federzunge bzw. das Federplättchen über mindestens einen Haltearm derart beweglich gelagert ist, dass sie/es die Ventilöffnung sukzessive freigibt bzw. verschließt. Hierdurch sind die Druckdifferenz und der Volumenstrom zwischen der Saugseite und der Druckseite des Ventils genau einstellbar. Dies ermöglicht es, den Ölabscheider in Abhängigkeit vom Volumenstrom der zu reinigenden Gase an einem Betriebspunkt mit optimaler Größe der Gesamtdurchgangsöffnungen der ersten und zweiten Gaseinlässe bzw. der ersten und zweiten Gasauslässe zu betreiben.
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Für die Federzunge kann der mindestens eine Haltearm auch derart befestigt sein, dass sich die dazugehörige Federzunge in einer Kippbewegung von ein oder mehreren Ventilöffnungen eines oder mehrerer erster Ventile (in gleicher Weise auch für ein oder mehrere zweite Ventile) sukzessive entfernt bzw. diese sukzessive verschließt. Hierdurch sind die Druckdifferenz und der Volumenstrom zwischen der Saugseite und der Druckseite der ersten Ventile bzw. der zweiten Ventile genauer einstellbar. Hierdurch erlaubt es die vorliegende Erfindung, den Ölabscheider in Abhängigkeit vom Volumenstrom der zu reinigenden Gase an einem Betriebspunkt mit optimaler Anzahl geöffneter/freigegebener erster Ventile (bzw. zweiter Ventile) zu betreiben.
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Alternativ zu Pilzventilen und Federzungen bzw. -plättchen sind auch Ventilkonstruktionen mit Spiralfedern einsetzbar, allerdings sind Pilzventile, Federzungen und Federplättchen meist einfacher aufgebaut und somit kostengünstiger.
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Erfindungsgemäß können auch noch weitere Gaseinlässe und/oder Gasauslässe vorgesehen sein, wobei sich dann für jeden weiteren Gaseinlass und/oder Gasauslass oder auch für die Gesamtheit der Gaseinlässe und/oder der Gasauslässe das oben für jeweils zwei Gaseinlässe und/oder zwei Gasauslässe beschriebene Vorgehen realisieren lässt.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn bei Vorhandensein eines zweiten Einlasses und eines zweiten Auslasses, diese in der Wandung des Gehäuses im Wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten des Ölabscheideelementes angeordnet sind. In diesem Falle legen die über den zweiten Einlass eingeleiteten zu reinigenden Gase einen maximalen Weg zurück und werden hierbei in Drehung versetzt und entlang dieses Weges auch aufgereinigt.
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Der zweite Einlass und der zweite Auslass können jedoch auch unmittelbar benachbart, bezogen auf die Drehrichtung des Rotors, angeordnet werden, wodurch sich ein druckverlustärmerer und effizienter Bypass ergibt, die Abscheidung des im Bypass geführten Gases jedoch sehr begrenzt ist.
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Auch bezüglich der axialen Richtung der Welle können der zweite Einlass und der zweite Auslass auf gleicher Höhe oder auch versetzt zueinander angeordnet sein. Besonders vorteilhaft bezüglich des Druckverlustes ist es, wenn der zweite Auslass in der Nähe des ersten Auslasses angeordnet wird.
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Der Rotor des Ölabscheiders wird insbesondere mittels der Welle angetrieben. Dabei kann das Antriebselement ein hydraulisch angetriebenes Antriebselement, insbesondere eine Heron-Turbine oder eine Pelton-Turbine, oder ein elektrisch angetriebenes Antriebselement sein.
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Der erfindungsgemäße Ölabscheider eignet sich insbesondere zur Reinigung von Blow-By-Gasen in Verbrennungsmotoren, kann aber auch in anderen Bereichen zur Entfernung von Öl aus Gasen eingesetzt werden.
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Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Ölabscheider gegeben. In diesen Beispielen werden eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Merkmalen und vorteilhaften Merkmalen jeweils in Kombination dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, jedes einzelne der darin dargestellten vorteilhaften Merkmale einzeln mit den erfindungsgemäßen Merkmalen der vorliegenden Erfindung zu kombinieren und zu realisieren. Dies ist auch für eine beliebige Kombination der vorteilhaften Merkmale in den anliegenden Beispielen möglich.
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In den Beispielen werden für gleiche und ähnliche Elemente gleiche und ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass deren Erläuterung gegebenenfalls nicht wiederholt wird.
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Es zeigen
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1 einen Ölabscheider nach dem Stand der Technik und
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2–6 Ölabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7 den Druckverlust über die Blow-by-Kanäle eines Verbrennungsmotors in Abhängigkeit vom Volumenstrom im Vergleich zwischen einem herkömmlichen Ölabscheider und einem Ölabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt einen Ölabscheider 1 nach dem Stand der Technik. Dieser Ölabscheider 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen Ölabscheideraum 7 umschließt. In dem Ölabscheideraum 7 ist ein Rotor 3 angeordnet, der einen Stapel von aufeinander angeordneten Scheiben aufweist. Zwischen den einzelnen Scheiben befinden sich Zwischenräume. Der Scheidenstapel 3 ist auf einer Welle 4 gelagert und kann durch diese Welle 4 in Drehung versetzt werden.
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Das Gehäuse 2 ist von einem weiteren Außengehäuse/Wandung 8 umgeben, wobei zwischen dem Gehäuse 2 und dem Außengehäuse 8 sowohl die Gaszufuhr, als auch die Weiterleitung des gereinigten Gases angeordnet sind.
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Über eine Zuleitung 5 als Gaseinlass, die zwischen dem Gehäuse 2 und einer äußeren Wandung 8 geführt wird, wird dem Scheibenstapel entlang der Welle 4 das Gas, das von Ölnebel und/oder Öltröpfchen zu reinigen ist, weitgehend mittig zugeleitet. Das Gas strömt dann zwischen den einzelnen Scheiben des Scheibenstapels 3 hindurch und verlässt diese längs deren Umfangsrand in den äußeren Bereich des Ölabscheideraums 7 im Bereich zwischen dem Scheibenstapel 3 und der Wandung des Gehäuses 2. Durch die Drehung des Scheibenstapels 3 wird das durch den Scheibenstapel 3 strömende Gas in Drehung versetzt und beschleunigt, so dass sowohl auf den Oberflächen der Scheiben, als auch an der Wandung des Gehäuses 2 Ölnebel und Öltröpfchen abgeschieden werden. Diese werden anschließend im unteren Bereich des Ölabscheideraums 7 gesammelt und aus dem Ölabscheideraum 7 in nicht dargestellter Weise abgeführt. Das aufgereinigte Gas verlässt dann über den Gasauslass 6 den Ölabscheideraum 7.
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Im Falle von Verbrennungsmotoren wird durch einen derartigen Ölabscheider 1 insbesondere Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse über den Gaseinlass 5 in den Ölabscheider 1 eingeleitet und anschließend als gereinigtes Blow-by-Gas über den Gasauslass 6 dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zugeführt.
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Im Falle sehr hoher Blow-By-Gas-Volumenströme kann keine ordnungsgemäße Durchleitung des Blow-By-Gases durch den Ölabscheider 1 erfolgen, da dessen Kapazität durch die Querschnitte des Einlasses 5, der Freiräume zwischen den Scheiben des Scheibenstapels 3, die Geometrie des Gehäuses 2 und den Querschnitt sowie die Geometrie des Auslasses 6 bei vorgegebener zur Verfügung stehender Druckdifferenz über den Ölabscheider begrenzt sind. Die Druckdifferenz über den Ölabscheider wird in der Folge unzulässig groß.
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Herkömmlicherweise werden daher zusätzliche Bypass-Leitungen um den Ölabscheider 1 vorgesehen, wobei in diesen dann keine oder nur eine unwesentliche Ölabscheidung und Aufreinigung des Blow-by-Gases vor dem Eintritt in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist nun bei dem Ölabscheider gemäß 2 in dem Gehäuse 2 ein zweiter Gaseinlass 10 in den Ölabscheideraum 7 angeordnet. Dieser zweite Gaseinlass 10 weist ein Pilzentil 11 mit einem Ventilsitz 12, einer Ventilöffnung 13 und einem pilzförmig ausgebildeten Ventilteller 14 auf. 2A zeigt dabei das Ventil in angeschnittener Darstellung.
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Bei Überschreiten eines vorbestimmten Volumenstroms bzw. einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen der Druckseite und der Saugseite (Ölabscheideraum 7) des Ventils 11 hebt der Ventilteller des Pilzventils vom Ventilsitz 12 ab und gibt einen Durchgang zwischen der Zuleitung und dem Ölabscheideraum 7 frei. Hierdurch kann nun weiteres Gas in den Ölabscheideraum 7 strömen. Dieses Gas fließt zwar nicht mehr durch die Zwischenräume der Scheiben des Scheibenstapels 3, wird jedoch durch die Rotation des Scheibenstapels und des ihn umgebenden Gases in eine Drehbewegung entlang der Innenseite der Wandung 2 mitgerissen und dadurch ebenfalls von Öltröpfchen und Ölnebel gereinigt. Das Pilzventil dient zugleich als Rückschlagventil, um ein Ausströmen von Gas aus dem Ölabscheideraum 7 über den zweiten Gaseinlass 10 zu verhindern.
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Im Ölabscheideraum 7 zwischen dem Rotor 3 und der Wandung des Gehäuses 2 mischen sich folglich die Gasströme, nämlich der Gasstrom der durch den Scheibenstapel 3 geströmt ist und der Gasstrom, der über das Pilzventil 11 in den Ölabscheideraum 7 eingetreten ist und verlassen den Ölabscheideraum 7 anschließend über einen hinreichend groß dimensionierten Gasauslass 6.
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2A zeigt einen der Ölabscheider 1 bei nur geringem Volumenstrom des zu reinigenden Gases, d. h. mit verschlossenem Pilzventil 11.
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2B zeigt einen Schnitt durch den Ölabscheider 1 im selben Zustand, wobei hier nun auch das Pilzventil 14 in Schnittdarstellung gezeigt ist. Hier wie in den nachfolgenden 2C bis 5B ist der Scheibenstapel 3 nur noch schematisch als Block angedeutet.
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2C zeigt den Ölabscheider 1 mit geöffnetem Ventil 11 bei hohem Volumenstrom des zu reinigenden Gases.
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3 zeigt einen weiteren Ölabscheider 1, der in gleicher Weise ausgebildet ist wie derjenige, der in 2 dargestellt ist.
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Zusätzlich weist jedoch das Gehäuse 2 einen zweiten Gasauslass 20 auf, der als Pilzventil 21 ausgestaltet ist. Das Pilzventil 21 weist einen Ventilsitz 22, eine Ventilöffnung 23 und einen Ventilteller 24 aus elastomerem Material auf.
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Die Durchgangsrichtung des Ventils 11 führt von dem Einlass 5 in den Ölabscheideraum 7, während die Durchlassrichtung des Ventils 21 vom Ölabscheideraum 7 in die dem Gasauslass 6 folgende Gasleitung gerichtet ist. Beide Pilzventile sind dabei zugleich auch Rückschlagventile, so dass das Ventil 11 in jedem Falle die Strömung von Gas aus dem Ölabscheideraum 7 in Richtung des Gaseinlasses und das Pilzventil 21 die Strömung von gereinigtem Gas in den Ölabscheideraum 7 verhindern.
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In 3A sind beide Ventile bei geringem Volumenstrom geschlossen.
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In 3B sind beide Ventile geöffnet, d. h. in einem Betriebspunkt, bei dem der Volumenstrom der zu reinigenden Gase sehr hoch ist. Die Öffnungscharakteristik der Ventile 11 und 21 kann dabei gleich ausgelegt sein, so dass beide Ventile zugleich öffnen und schließen. Je nach Anforderung ist es jedoch auch möglich, beide Ventile 11 und 21 mit unterschiedlichen Öffnungscharakteristika zu versehen. Dasselbe gilt für die Schließcharakteristika der Ventile 11 und 21.
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So ist beispielsweise in 3C ein Zustand dargestellt, bei dem das zweite Auslassventil 21 geschlossen ist, während das zweite Einlassventil 11 über die Ventilöffnung geöffnet ist.
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In 3D ist ein Zustand dargestellt, bei dem das zweite Auslassventil 21 geöffnet ist, während nunmehr das zweite Einlassventil 11 geschlossen ist. Derartige unterschiedliche Öffnungs- und Schließcharakteristika der Ventile 11 und 21 können durch geeignete Materialwahl und Ausgestaltung der Ventile eingestellt werden.
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Die in den 3C und 3D dargestellten Zustände können sich beispielsweise ergeben, wenn das Einströmen in den ersten Gaseinlass über die Zuleitung 5 begrenzt oder blockiert ist (3C) oder wenn das Abströmen durch den ersten Gasauslass begrenzt oder blockiert ist (3D), beispielsweise wenn lokale Vereisungen auftreten.
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3D wurde gegenüber den in den 3A bis 3C gezeigten Ausführungsformen noch um zwei, auf der Innenseite des Gehäuses 2 um den zweiten Gasauslass 20 umlaufende Kragen 25, 26 ergänzt, die als eine Art Labyrithdichtung das Mitreißen von Öl beim Gasdurchtritt durch den Gasauslass 20 aus der Umgebung des Gasauslasses 20 vermeiden helfen. Vergleichbare Kragen können auch auf der Außenseite des Gehäuses 2 um die zweite Gaseinlassöffnung 10 herum angebracht werden, um dort ein Mitreißen von beim Aufprall auf das Gehäuse 2 abgeschiedenem Öl zu verhindern. Auf eine gesonderte Darstellung wurde hier aber verzichtet.
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4 zeigt in zwei Teilfiguren 4A und 4B einen weiteren erfindungsgemäßen Ölabscheider, der wie der Ölabscheider in 2 ausgestaltet ist. Im Unterschied zu 2 ist nunmehr jedoch der zweite Gaseinlass 10 mit einer anderen Ventilkonstruktion 11 versehen. Als Ventil 11 wird hier eine Ventilöffnung 13 innerhalb eines Ventilsitzes 12 vorgesehen, die über eine elastische Federzunge 14 verschließbar bzw. öffenbar ist. Die Federzunge ist an einem Auflager 15 als Befestigungspunkt an dem Ventilsitz 12 befestigt, beispielsweise festgeschraubt oder genietet. Die Öffnungscharakteristik der Federzunge 14 kann dabei durch Wahl der Materialstärke, des Materials, der geometrischen Ausbildung des Übergangs zwischen dem Befestigungspunkt 15 und dem freien Ende der Federzunge 14 und weiteren Parametern eingestellt werden. Es kann vorteilhaft sein, wenn die der Ventilöffnung 13 zugewandte Seite der Federzunge 14 mit einem geschlossenporigen elastomeren Material 16 beschichtet ist, wie in 4B dargestellt. In diesem Falle ergibt sich an dieser Federzunge 14 eine besonders hohe Ölabscheideleistung, wenn Gas durch den Öffnungsspalt zwischen dem Ventilsitz 12 und der Federzunge 14 strömt. Anstelle der dargestellten partiellen Beschichtung ist auch eine vollflächige Beschichtung möglich bzw. eine Herstellung der Federzunge 14 aus einem federharten Blech mit einer vollflächigen Elastomerbeschichtung, zumindest auf der dem Ventilsitz 12 zugewandten Seite.
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5 zeigt in zwei Teilfiguren 5A und 5B ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Ölabscheiders 1, der wie der Ölabscheider in 4 ausgestaltet ist. Entsprechend zu 3 weist jedoch das Gehäuse 2 in seiner Wandung einen zweiten Auslass 20 auf, der in gleicher Weise als Ventil ausgestaltet ist wie der Gaseinlass 10. Lediglich die Öffnungsrichtung ist so wie in 3 ausgebildet, d. h., das erste Ventil 11 öffnet in Richtung des Ölabscheideraums 7, während das zweite Ventil 21 in Richtung des Gasauslasses 6 bzw. der dem Gasauslass 6 nachgelagerten Gasleitung öffnet.
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In 5B ist der Ölabscheider 1 bei hohem Volumenstrom des zu reinigenden Gases dargestellt. Beide Ventile 11 und 21 sind geöffnet und ermöglichen eine Durchströmung des Ölabscheideraums, ohne dass der entsprechende Volumenstrom vollständig durch den Scheibenstapel 3 geführt wird.
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Anstelle der in den
4 und
5 eingesetzten, über einen einzigen Haltearm befestigten Federzungen
14 kann auch ein Federplättchen eingesetzt werden, das über zwei Haltearme befestigt ist, wie es etwa in der
DE 20 2014 006 149 U1 , beispielsweise in den
1 und
2, offenbart ist. Ebenso ist es möglich, ein mittig abhebendes Ventilplättchen einzusetzen, wie es etwa in der
EP 1 743 110 A1 in der
1 gezeigt ist, weitere geometrische Gestaltungen hierfür können etwa der Figurengruppe
15 der
DE 20 2015 103 420 entnommen werden.
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In 3 und 5 sind das erste Ventil 11 und das zweite Ventil 21 jeweils einander gegenüberliegend in der Wandung des Gehäuses 2 angeordnet. Dabei sind die Ventile in axialer Richtung der Welle 4 leicht gegeneinander versetzt. Auch eine nicht versetzte Anordnung bzw. eine nicht gegenüberliegende Anordnung ist jedoch möglich.
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6 zeigt einen weiteren Ölabscheider 1 entsprechend demjenigen in 2. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass das durch den zweiten Gaseinlass strömende Gas im Wesentlichen tangential längs der Wandung des Gehäuses 2 in dem Ölabscheideraum 7 einströmt und so unmittelbar von dem Scheibenstapel 3 bzw. dessen umgebender Gasströmung mitgerissen wird. Durch die tangentiale Einströmung wird die Drehbewegung des über den zweiten Gaseinlass 10 einströmenden Gases verstärkt, so dass sich eine weiter verbesserte Ölabscheidung auch aus diesem Teil des Gasstroms ergibt. In den vorhergehenden Ausführungsformen weisen die Gaseinlässe der Ölabscheider ebenfalls zumindest einen tangentialen Einlassanteil bezüglich der Wendung des Gehäuses 2 auf.
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7 zeigt nun einen Vergleich des Druckverlustes in Abhängigkeit vom Volumenstrom zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass. Die mit schwarzen Punkten versehene Linie zeigt dabei den Druckverlust eines herkömmlichen Ölabscheiders. Bei zunehmendem Volumenstrom steigt der Druckverlust immer weiter an, mit anderen Worten bedeutet dies, dass bei einem vorbestimmten zur Verfügung stehenden Druckunterschied zwischen Auslass- und Einlassseite des Ölabscheiders der durch den Ölabscheider strömende Gasstrom begrenzt ist.
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Die ohne geschlossene Punkte dargestellte Kurve zeigt den Druckverlust in Abhängigkeit vom Volumenstrom für einen erfindungsgemäßen Ölabscheider gemäß 2. Durch die Anordnung des zusätzlichen zweiten Gaseinlasses, der als Bypass um das Ölabscheideelement freiliegt, wird bewirkt, dass auch bei sich immer weiter erhöhendem Volumenstrom des zu reinigenden Gases der Druckverlust begrenzt bleibt. Mit anderen Worten kann bei einer zur Verfügung stehenden Druckdifferenz zwischen Auslass und Einlass des Ölabscheiders 1 auch ein hoher Volumenstrom durch den Ölabscheider geleitet und zumindest grundlegend gereinigt werden. Bei dem vorliegenden Ölabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung wird dabei immer ein Teil des zu reinigenden Gases durch das Ölabscheideelement 3 geleitet und dabei weitgehend vollständig von Ölnebel und Öltröpfchen gereinigt. Aber auch das nicht durch das Ölabscheideelement 3 geleitete zu reinigende Gas wird in der Ölabscheidekammer 7 beschleunigt und so weitgehend von Ölnebel und Öltröpfchen gereinigt, so dass das aus dem Ölabscheider 1 ausströmende Gas insgesamt auch im Falle hoher Volumenströme und/oder einer begrenzten, über den Ölabscheider zur Verfügung stehenden Druckdifferenz weitgehend aufgereinigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014006149 U1 [0066]
- EP 1743110 A1 [0066]
- DE 202015103420 [0066]