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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtrennen
einer Flüssigkeit
in Suspension und betrifft im Spezielleren eine Vorrichtung zum
Abtrennen von Luft/Öl
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur Verwendung bei Gasturbinentriebwerk-Ölsystemen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ölsysteme,
insbesondere Gasturbinentriebwerk-Ölsysteme, benötigen Abscheider
zum Abtrennen von Luft und Öl
aus dem während
des Betriebs erzeugten Gemisch. Diese Gemische variieren von Öl, das mit
Luft emulgiert ist, bis zu Luft, die durch Öltröpfchen verunreinigt ist. Zum
Beispiel werden die bei Gasturbinentriebwerken verwendeten Druckluftströme zu Druck-Labyrinthdichtungen
für die
Triebwerkshauptlager zum Vermeiden von übermäßigem Verlust an Schmieröl nahezu
unvermeidbar mit Öl
in Form von in der Luft schwebenden Tröpfchen verunreinigt. Die Verunreinigung
der Druckluft mit Ölnebel ist
besonders nachteilig, da der Austritt von verunreinigter Luft aus
den Labyrinthdichtungen in dem Verdichter Verschmutzung der Triebwerksteile
verursacht und schädliche
und unangenehme Produkte in der von dem Verdichter für die Kabinendruckbeaufschlagung
abgeführten
Luft erzeugt. Ein weiterer Nachteil ist natürlich der erhöhte Verlust
an Schmieröl
aus dem Triebwerksölreservoir,
wobei dies Reservoirs mit größerer Kapazität erforderlich
macht und zu dem Gewicht des Triebwerks hinzu kommt. Ein spezielles
Problem besteht darin, dass selbst relativ geringe Unzulänglichkeiten
bei solchen Abscheidern zum Verlust einer beträchtlichen Menge an Schmieröl während jeder
Betriebsstunde des Triebwerks führen.
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Zentrifugalabscheider
werden bereits intensiv in der Luftfahrtindustrie verwendet, um
zu versuchen, den Großteil
von Ölnebel
aus Druckluftströmen zu
entfernen. Ein Beispiel ist in dem
US-Patent
4 714 139 , erteilt für
Lorenze et al. am 22. Dezember 1987, beschrieben, bei dem ein Luft-/Öl-Abscheider
in einer Gasturbinen triebwerksanlage speziell für ein Flugzeug verwendet wird,
wobei diese eine Pumpe für das
Abscheiden der Luft und des Öls
aus dem Luft-/Öl-Gemisch
beinhaltet. Die Pumpe ist derart ausgebildet, dass Zentripetal-
und Zentrifugalkräfte für die Luft-/Öl-Abscheidung
verwendet werden. Die Luft strömt
durch Zentripetalkraft durch eine Filterkonstruktion vom Schwamm-Typ
und strömt
durch eine hohle zentrale Welle nach außen, an der das Pumpenrad angebracht
ist oder die eine integrale einstückige Komponente mit dem Pumpenrad
bildet. Das Öl
bewegt sich nicht durch das Filter, sondern wird in seiner Laufrichtung
durch die Zentrifugalkraft umgekehrt, so dass es in das Schmiermittel-Zirkulationssystem
zurückkehrt.
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Ein
weiteres Beispiel ist das
US-Patent
4 755 103 , das am 5. Juli 1988 für Streifinger erteilt wurde. Streifinger
beschreibt eine Einrichtung zum Trennen eines Luft-/Öl-Gemisches
und zum Zurückführen von Öltröpfchen zu
einem Kreislauf mit Öl
verbrauchenden Vorrichtungen, wobei die Einrichtung ein poröses, luftdurchlässiges Element
beinhaltet, das in die hohle Hauptwelle zwischen zwei Ölundurchlässigen Wänden eingebaut
ist, so dass äußere Zuführöffnungen
für das
Luft-/Öl-Gemisch
in der strömungsaufwärtigen Wand
angeordnet sind, wobei diese Öffnungen
in der Hauptwelle entsprechen, während
eine Luftaustrittsöffnung
durch die strömungsabwärtige Wand
in ihrem Zentrum angeordnet ist und mit der Belüftungsleitung in Verbindung
steht. Das Öl
ist durch Zentrifugalkraft an einem Ausströmen aus der Luftaustrittsöffnung gehindert
und wird in die Lagerkammer zurückgeworfen
und über
die Saugleitung zu dem Tank zurückgeführt.
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Der
Nachteil des vorstehend geschilderten Stands der Technik besteht
darin, dass sich das aus dem Luft-/Öl-Gemisch abgeschiedene Öl in einer Rückwärtsrichtung
bzw. umgekehrten Richtung relativ zu der Strömung des Luft-/Öl-Gemisches
in dem Filter vom Schwamm-Typ oder dem porösen luftdurchlässigen Element
bewegt und aus dem Einlass für
den Eintritt des Luft-/Öl-Gemisches
austritt, so dass es zu einer Blockage kommt und die Druckdifferenz über dem
Luft-/Öl-Abscheider erhöht wird,
so dass es zu einem Verlust in der Effizienz kommt.
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Smith
beschreibt in dem am 20. September 1977 erteilten
US-Patent 4 049 401 einen Zentrifugalabscheider
zum Abscheiden von Suspensionen von Ölnebel in Luft, der insbesondere
zur Verwendung bei Flugzeugtriebwerken gedacht ist. Der Abscheider besitzt
eine drehbare Kammer, die mit einem relativ starren porösen Material
gefüllt
ist und durch eine Hohlwelle antriebsmäßig bewegt wird. Ein Ein lass
für die
Suspension ist in der einen Endwand der Kammer vorgesehen, wobei
separate Auslässe
für Öl und Luft
in Form einer geöffneten
Kammeraußenwand bzw. Öffnungen
in der Welle vorhanden sind. Ein Puffer ist innerhalb der Kammer
zwischen zwei verschiedenen Qualitäten von porösem Material angeordnet, um
die radiale Bewegung der Öltröpfchen in
dem porösen
Material zu erleichtern. Die Öltröpfchen werden
von dem Luft-/Öl-Gemisch-Strömungsweg
weg geleitet, so dass die Blockage vermindert wird und damit auch
die Druckdifferenz über
dem Luft-/Öl-Abscheider
verringert wird. Wie jedoch von Smith (von dem sich die vorliegende
Erfindung abhebt) angeführt
worden ist, hat es sich als möglich
herausgestellt, auf den Puffer sowie die unterschiedlichen Qualitäten von
porösem
Material ohne irgendeinen nennenswerten Verlust in der Effizienz
zu verzichten. Mit anderen Worten haben der Puffer und die verschiedenen
Qualitäten
des porösen
Materials die Effizienz des Abscheiders nicht verbessert.
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Aus
diesem Grund besteht ein Bedarf für einen verbesserten Luft-/Öl-Abscheider
für eine
effizientere Trennung des Luft-/Öl-Gemisches.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Luft-/Öl-Abscheiders
mit einer relativ höheren
Abtrenn-Effizienz.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
einer verbesserten Form eines Abscheiders, der zur Verwendung bei
Flugzeugen geeignet ist und für
die Konstruktion eines modulartigen und austauschbaren Abscheiders
verwendbar ist, der in einfacher Weise ausgebildet ist und relativ
kostengünstig
herstellbar ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, die zum Trennen einer
in einem Gas schwebenden Flüssigkeit
ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung ein drehbares Behältnis, das eine
Kammer bildet, sowie eine Packung im Inneren der Kammer aufweist,
die sich zusammen mit dem Behältnis
drehen kann. Das drehbare Behältnis
weist einen Einlass an einem ersten Ende der Kammer für den Einlass
des Gases mit der schwebenden Flüssigkeit
in die Kammer auf und besitzt einen Auslass für die Flüssigkeit in dem Behältnis in
ei nem radial äußeren Bereich
der Kammer sowie einen Auslass für
das Gas in dem Behältnis
in einem radial inneren Bereich der Kammer. Die Packung beinhaltet
eine im Wesentlichen starre Matrix, die dazu ausgebildet ist, während der
Rotationsbewegung des Behältnisses ein
Kollabieren unter Zentrifugalkräften
zu unterbinden, wobei die Matrix Zwischenräume aufweist, die eine Mehrzahl
von Strömungspassagen
bilden, die für
die Flüssigkeit
und das Gas durchlässig
sind und sowohl eine axiale als auch eine radiale Bewegung der Flüssigkeit
und des Gases durch diese zulassen. Ein Aussparungsbereich ist in
der Packung gebildet, um das Ausstoßen von in den Passagen der
Packung gebildeten Flüssigkeitströpfchen aus
der Packung zu erleichtern, so dass die Passagen relativ frei sind
und dadurch eine kontinuierliche Bewegung einer nachfolgenden Teilmenge
des Gemisches aus der Flüssigkeit
und dem Gas durch diese erleichtert ist. Der Aussparungsbereich
erstreckt sich vorzugsweise von einem Außenumfang der Packung radial nach
innen. Weiterhin vorzugsweise befindet sich der Aussparungsbereich
axial nahe bei dem ersten Ende der Kammer und ist in Axialrichtung
mit dem Flüssigkeitsauslass
der Kammer ausgerichtet.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist der Aussparungsbereich eine Mehrzahl
von Bohrungen auf, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet
sind und sich von dem Außenumfang
der Packung radial weg erstrecken.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist der Aussparungsbereich eine ringförmige Nut
auf, die sich von dem Außenumfang
der Packung radial weg erstreckt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird eine Luft-/Öl-Abscheidungsanordnung
für eine
Maschine mit einer drehbaren Hohlwelle geschaffen. In der Anordnung
ist ein eine Trennkammer bzw. Abscheidekammer bildendes Behältnis auf
der Hohlwelle angebracht und dazu ausgebildet, sich zusammen mit
der Hohlwelle zu drehen. Das Behältnis
besitzt einen Einlass an einem ersten Ende der Trennkammer für den Einlass
eines Gemisches aus Luft und Ölnebel
unter einer Druckdifferenz zwischen der Außenseite der Kammer und der
Innenseite der Hohlwelle, einen Auslass in einem radial inneren
Bereich der Kammer in Verbindung mit dem Inneren der Hohlwelle zum
Ausleiten der Luft in die Hohlwelle unter der Druckdifferenz sowie
einen Auslass in dem Behältnis
in ei nem radial äußeren Bereich
der Kammer zum Ausstoßen
von Öltröpfchen aus
der Kammer unter Zentrifugalkräften
während der
Rotation der Kammer. Eine Packung ist in die Kammer eingebracht
und zur Ausführung
einer Rotation zusammen mit der Kammer ausgebildet. Die Packung
weist eine im Wesentlichen starre Matrix auf, die dazu ausgebildet
ist, ein Kollabieren unter den Zentrifugalkräften zu unterbinden. Die Matrix
beinhaltet Zwischenräume,
die eine Mehrzahl von Strömungspassagen
bilden, die für
die Luft und den Ölnebel
durchlässig
sind und sowohl eine axiale Bewegung als auch eine radiale Bewegung
der Luft und des Öls
durch diese zulassen. Ein in der Packung ausgebildeter Aussparungsbereich,
der sich von einem Außenumfang
der Packung in Radialrichtung weg erstreckt, ist zum Erleichtern
des Ausstoßens der
in den Passagen der Packung gebildeten Öltröpfchen aus der Packung vorgesehen,
so dass die Passagen frei sind und dadurch eine kontinuierliche
Bewegung einer nachfolgenden Teilmenge des Gemisches aus der Luft
und dem Ölnebel
erleichtert ist.
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Der
Aussparungsbereich befindet sich vorzugsweise axial nahe, jedoch
in einem Abstand von einem dem Einlass benachbarten Ende der Packung. Weiterhin
vorzugsweise ist der Ölauslass
axial nahe bei dem ersten Ende der Kammer angeordnet und in Axialrichtung
mit dem Aussparungsbereich der Packung ausgerichtet, während sich
der Luftauslass axial nahe bei einem zweiten Ende der Kammer befindet.
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Vorzugsweise
ist das die Trennkammer bildende Behältnis in abgedichteter Weise
auf der Hohlwelle angebracht und befindet sich ein zwischen dem radial
inneren Bereich der Kammer und der Hohlwelle gebildeter ringförmiger Raum
in Verbindung mit dem inneren der Kammer, und zwar durch mindestens
eine Öffnung
durch eine Wand der Hohlwelle, so dass ein Druck an dem Luftauslass
der Kammer niedriger gehalten ist als der Druck an dem Einlass und
an dem Ölauslass
der Kammer.
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Der
Luft-/Öl-Abscheider
gemäß der vorliegenden
Erfindung schafft in vorteilhafter Weise eine effiziente Lösung mit
einer relativ einfachen Konstruktion zum Abscheiden von in Luft
schwebendem Öl.
Ein Hauptteil des in der Luft schwebenden Öls bildet Öltröpfchen in den Passagen der
Packung in einer ersten Stufe nach dem Eintritt in die Packung. Der
Hauptteil der in den Passagen in der ersten Stufe gebildeten Öltröpfchen führt zu einer
partiellen Blockage der Passagen und einer Verlangsamung der kontinuierlichen
Bewegung einer nachfolgenden Teilmenge des Gemisches in den Passagen,
obwohl die Öltröpfchen letztendlich
durch Zentrifugalkräfte
radial weggestoßen
werden. Der Aussparungsbereich, der nahe dem Einlass gebildet ist,
wird als früher
Ausgang aus den Passagen in der. Packung
sowie als vorübergehendes
Reservoir für
den Hauptteil der Öltröpfchen verwendet,
so dass die in den Passagen in der ersten Stufe gebildeten Öltröpfchen in
dem Aussparungsbereich gesammelt werden und rasch aus der Packung
ausgestoßen
werden, so dass die Passagen frei werden und eine kontinuierliche
Bewegung eines nachfolgenden Anteils des Gemisches aus Luft und Öl erleichtert
ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung erschließen sich noch deutlicher unter
Bezugnahme auf die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachdem
die Art der Erfindung somit im Allgemeinen beschrieben worden ist,
wird nun auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen, in denen die bevorzugten
Ausführungsbeispiele
der Erfindung veranschaulicht sind; in den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Längsschnittdarstellung
eines Luft-/Öl-Abscheiders,
der auf einer Hohlwelle angebracht ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
Schnittdarstellung des Luft-/Öl-Abscheiders
entlang der Linie 2-2 in 1 sowie bei Rotation um 90° im Gegenuhrzeigersinn;
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3 eine
Längsschnittansicht
des Luft-/Öl-Abscheiders
entlang der Linie 3-3 in einem von der Hohlwelle abgenommenen Zustand;
und
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4 eine
Längsschnittdarstellung
eines Luft-/Öl-Abscheiders
gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere die 1 bis 3 ist
ein drehbarer Zentrifugalabscheider 10 auf einer Hohlwelle 12 eines
Getriebekastens für
ein Strahltriebwerk angebracht. Die Hohlwelle 12 ist in
Lagern, von denen nur eines gezeigt ist und mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet
ist, drehbar gelagert und wird von einer Hauptwelle des Triebwerks
(nicht gezeigt) über
ein Zahnrad 16 angetrieben. Ein Gemisch, das in Luft schwebenden Ölnebel beinhaltet,
wird über
das Getriebegehäuse
(nicht gezeigt) zu dem Einlass 18 für den Abscheider 10 geleitet.
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Der
Abscheider 10 beinhaltet eine drehbare Kammer 20,
die durch eine Rückwand 22,
eine Vorderwand 24, eine äußere zylindrische Wand 26 und eine
innere zylindrische Wand 28 gebildet ist. Die Rückwand 22 und
die äußere zylindrische
Wand 26 sind einstückig
ausgebildet, während
die Vorderwand 24 und die innere zylindrische Wand 28 als
weiteres einstückiges
Teil ausgebildet sind. Die Rückwand 22 beinhaltet
einen ringförmigen
und axialen Flansch 30, und die Vorderwand 24 beinhaltet
einen ringförmigen
Flansch 32 mit einem radialen Bereich 34, so dass
die Anordnung der Kammer 20 auf der Hohlwelle 12 durch
die Flansche 30 und 32 radial abgestützt ist.
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Im
Inneren der Kammer 20 ist eine Packung 36 vorgesehen,
die satt anliegend zwischen die äußere und
die innere zylindrische Wand 26 und 28 eingesetzt
ist und reibungsmäßig mit
diesen in Eingriff steht, so dass die Kammeranordnung 20 aneinander befestigt
ist. Die Kammeranordnung 20 ist auf der Hohlwelle 12 durch
den radialen Bereich 34 des Flansches 32 axial
festgelegt, der beispielsweise durch eine Mutter (nicht gezeigt) über das
Lager 14 und ein ringförmiges
Abstandselement 40 in Zwangsanlage an einer ringförmigen Schulter 38 der
Hohlwelle gebracht ist. Die Kammeranordnung 20 ist zusammen mit
der Hohlwelle 12 drehbar und ist mit der Hohlwelle 12 durch
beliebige allgemein bekannte Mittel verbunden, wie z.B. eine Längsrippe
und eine Nut, die nicht gezeigt sind.
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Ein
ringförmiger
Luftauslass 42 ist zwischen der Rückwand 42 und dem
Ende der inneren zylindrischen Wand 28 gebildet, da die
innere zylindrische Wand 28 kür zer ist als die äußere zylindrische
Wand 36. Ein Ölauslass 44 ist
in der äußeren zylindrischen Wand 26 vorgesehen.
Dichtungen sind zwischen der Kammer 20 und der Hohlwelle 12 vorgesehen,
wobei eine von diesen als Beispiel veranschaulicht ist und mit dem
Bezugszeichen 46 bezeichnet ist, so dass eine Druckdifferenz
zwischen der Außenseite
der Kammer 20 und der Innenseite der Hohlwelle 12 aufrecht
erhalten bleibt. Ein ringförmiger
Raum 48 ist zwischen der inneren zylindrischen Wand 28 der Kammer 20 und
der Hohlwelle 12 gebildet, um eine Verbindung mit dem Inneren
der Kammer 20 durch den Auslass 42 sowie dem Inneren
der Hohlwelle 12 durch die Öffnungen 50 in der
Wand der Hohlwelle 12 zu schaffen und dabei den Druck an
dem Auslass 42 niedriger zu halten als den Druck an dem
Einlass 18, so dass eine Strömung des Gemisches aus Luft
und Ölnebel
an dem Einlass 18 eintritt und ein Luftstrom aus dem Auslass 42 austritt
und in das Innere der Hohlwelle 12 eintritt. Die Luft entweicht
im Allgemeinen nicht aus dem Auslass 44, wenn sie durch
die Packung 36 hindurch strömt, da die Luft unter der Druckdifferenz
zwischen dem Einlass 18 und dem Auslass 42 in
Richtung zu dem Auslass 42 strömt, wobei keine Druckdifferenz
zwischen dem Einlass 18 und dem Auslass 44 vorhanden
ist. Andererseits kann das Gemisch aus Luft und Öl aufgrund der Druckdifferenz
zwischen dem Auslass 44 und dem Auslass 42 in
den Auslass 44 eintreten. Dennoch wird ein Großteil des
Gemisches aus Luft und Ölnebel
in die Kammer 20 durch den Einlass 18, jedoch nicht
durch den Auslass 44 eintreten, da die in den Passagen
der Packung 36 gebildeten Öltröpfchen sich unter den Zentrifugalkräften radial
in Richtung zu dem Auslass 44 bewegen und es somit zu einer
Blockage für
den Eintritt des Gemisches aus Luft und Öl an dem Auslass 44 kommt.
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Ein äußerst zufriedenstellendes
durchlässiges
und im Wesentliches starres Matrixmaterial zum Bilden der Packung 36 ist
das Produkt RetimetTM, hergestellt von der
Dunlop Company Ltd. RetimetTM beinhaltet
ein Metallgitter, das durch Plattieren eines Metalls auf eine synthetische
offenzellige Formkonstruktion sowie anschließendes Auslaugen und/oder anderweitiges
Entfernen des synthetischen Materials gebildet ist. Unter im Wesentliches
starr ist zu verstehen, dass die Matrix in der Lage ist, den Zentrifugalbelastungen
und anderen Belastungen standzuhalten, die während des Betriebs des Abscheiders
auf diese einwirken, ohne dass es zu einem nennenswerten Ausmaß an Verformung
kommt, das tendenziell zum Zusetzen des Gitters und übermäßigen Begrenzen
der Strömung
des Gemisches aus Luft und Öl
durch dieses führen
würde.
Ein spezieller Vorteil, der sich aus der Verwendung von RetimetTM ergibt, besteht darin, dass es radial
in etwa auf Größe zugerichtet
werden kann und ausreichend verformbar ist, damit es durch Kompression
vor dem Einsetzen in die Kammer 20 auf die entsprechende
Größe gebracht
werden kann.
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Das
Matrixmaterial könnte
dennoch aus einem beliebigen geeigneten Gittermaterial gebildet sein,
wie z.B. Drahtgewebe, oder einem Streckgitter, einer Mehrzahl von
Lochplatten oder alternativ hierzu eine Bürstenkonstruktion. Das wesentliche
Merkmal der Matrix besteht darin, dass sie sowohl axiale als auch
radiale Passagen durch diese hindurch sowie eine relativ große Oberfläche der
Passagen zum Sammeln von Ölpartikeln
auf dieser verfügbar
machen sollte, so dass das Öl
radial nach außen
wandern kann und die Luft radial nach innen strömen kann, während sich das Gemisch aus
Luft und Ölnebel
axial durch die Matrix hindurch bewegt. Es wird vorgeschlagen, dass
eine Matrix mit einer höheren Druckdifferenz
für die
Verwendung ausgewählt
werden sollte, wenn die Ölkonzentration
in dem zu trennenden Gemisch aus Luft und Ölnebel höher ist.
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Zum
Verbessern der Effizienz des Abscheiders 10 ist eine Mehrzahl
von radialen Bohrungen 52 in den Außenumfang der Packung 36 eingebracht und
in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, wie dies in 2 gezeigt
ist. Die radialen Bohrungen 52 befinden sich in Axialrichtung
nahe bei der Vorderwand 24 der Kammer 20. Die
Distanz zwischen dem Zentrum jeder radialen Bohrung 52 und
der äußeren Oberfläche der
Vorderwand 24, wie sie in 3 mit dem
Buchstaben „D" bezeichnet ist,
beträgt
in etwa das Zweifache des Durchmessers der radialen Bohrung 52,
wenn die Dicke der Vorderwand 24 zwischen ½ und dem
Gesamtdurchmesser einer radialen Bohrung 52 beträgt.
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Gemäß der Verteilung
der radialen Bohrungen 52 ist der Auslass 44 mit
einer Mehrzahl von Öffnungen 44a ausgebildet,
die in die äußere zylindrische
Wand 26 der Kammer 20 eingebracht sind und in
Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Jede der Öffnungen 44a besitzt
einen Durchmesser gleich dem der radialen Bohrungen 52 und
ist mit einer jeweiligen radialen Bohrung 52 ausgerichtet.
Der Einlass 18 ist somit mit einer Mehrzahl von Öffnungen 18a ausgebildet,
deren Anzahl gleich der der radialen Bohrungen 52 ist und
die in die Vorderwand 24 eingebracht sind und in Umfangsrichtung
voneinander beabstandet sind. Jede der Öffnungen 18a hat einen
Durchmesser, der gleich der Distanz von der äuße ren Oberfläche der äußeren zylindrischen
Wand 26 bis zu dem Boden der radialen Bohrung 52 ist,
wie dies in 3 mit dem Buchstaben „d" bezeichnet ist. Es
wird vorgeschlagen, dass die Distanz „d" in etwa das Dreifache des Durchmessers
einer radialen Bohrung 52 beträgt. Die Mittenlinie jeder Öffnung 18a ist von
der äußeren Oberfläche der äußeren zylindrischen
Wand 26 in Radialrichtung über eine Distanz „S" beabstandet, die
gleich oder geringfügig
größer als
der Radius der Öffnung 18a plus
der Dicke der äußeren zylindrischen
Wand 26 ist, so dass die Öffnungen 18a nicht
durch die äußere zylindrische
Wand 26 blockiert werden. Wenn die Kammer 20 mit
der Packung 36 zusammengebaut wird, verläuft die
Mittenlinie der radialen Bohrungen 52 in einem Winkel,
wie dies in 2 mit „A" angedeutet ist, wobei ein Radius der
Vorderwand 24 durch das Zentrum der entsprechenden Öffnungen 18a in
der zu der Rotationsrichtung „R" entgegengesetzten
Richtung hindurch geht, so dass die radialen Bohrungen 52 im
Wesentlichen Tangenten zu den Einlassöffnungen 18a bilden,
wie dies in 2 gezeigt ist.
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Im
Betrieb tritt das Gemisch aus Luft und Ölnebel unter Druck an den Einlassöffnungen 18a ein und
bewegt sich allgemein axial durch die Packung 36. Die Einlassöffnungen 18a befinden
sich in einer Distanz von der Rotationsachse des Abscheiders 10, wo
das auf den Ölnebel
wirkende Zentrifugalkraftfeld relativ stark ist. Daher werden die
in den Passagen der Packung 36 gebildeten schweren Öltröpfchen zum
Außenumfang
der Packung 36 radial nach außen geworfen. Das Gemisch aus
Luft und Ölnebel
ist unmittelbar beim Eintritt in die Packung 36 durch die Einlassöffnungen 18a reich
an Öl,
und ein Großteil der Öltröpfchen wird
in den Passagen in der Packung 36 gebildet. Der Großteil der Öltröpfchen bewegt
sich rotationsmäßig zusammen
mit der Packung 36, jedoch aufgrund ihrer Trägheit mit
einer geringeren Geschwindigkeit. Daher ist die Bewegung der Öltröpfchen von
der Axialrichtung versetzt, und die Tröpfchen sammeln sich in den
radialen Bohrungen 52, die sich relativ zu der Rotationsrichtung
umfangsmäßig hinter
den jeweiligen Einlassöffnungen 18a befinden.
Die in den radialen Bohrungen 52 gesammelten Öltröpfchen werden
durch Zentrifugalkräfte
durch die Auslassöffnungen 44a rasch
aus der rotierenden Kammer 20 ausgeworfen. Nach dem Ausstoßen des Großteils der Öltröpfchen aus
den radialen Bohrungen 52 ist das Gemisch aus Luft und Ölnebel in
den Passagen in der Packung 36 strömungsabwärts von den radialen Bohrungen 52 hinsichtlich
des Öls
relativ mager. Daher bildet der Rest des Ölnebels in dem Gemisch eine
relativ kleinere Menge an Öltröpfchen in
den Passagen der Packung 36 strömungsabwärts von den radialen Bohrungen 52,
so dass die Passagen in der Packung 36 strömungsabwärts von
den radialen Bohrungen 52 relativ frei sind und dadurch eine
kontinuierliche Bewegung der nachfolgenden Teilmenge des Gemisches
aus Luft und Ölnebel
erleichtert wird.
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Die
aus dem Rest des Ölnebels
in den Passagen in der Packung 36 strömungsabwärts von den radialen Bohrungen 52 gebildeten Öltröpfchen werden
durch die Zentrifugalkräfte
antriebsmäßig bewegt,
so dass sie sich radial und nach außen in Richtung auf die äußere zylindrische
Wand 26 der Kammer 20 bewegen und sich schließlich die äußere zylindrische
Wand 26 entlang bewegen und aus den Auslassöffnungen 44a austreten.
Luft, die relativ frei von Ölnebel
ist, verlässt
dann den Abscheider 10 durch den Luftauslass 42 und
den ringförmigen Raum 48 und
tritt in die Öffnungen 50 in
der Wand der Hohlwelle 12 ein und wird durch die Hohlwelle 12 zu einer
Verbrauchsstelle befördert.
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Ein
Luft-/Öl-Abscheider 10a gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, wie er in 4 dargestellt ist, hat im Allgemeinen
eine ähnliche
Ausbildung wie der Luft-/Öl-Abscheider 10 der 1 bis 3,
und Teile, die den in 3 dargestellten Teilen äquivalent
sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
nochmals beschrieben.
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Der
Aussparungsbereich der Packung 36 des Luft-/Öl-Abscheiders 10a,
der sich von der Mehrzahl der radialen Bohrungen 52 des
Luft-/Öl-Abscheiders 10 gemäß 1 unterscheidet,
ist durch eine ringförmige
Nut 52a gebildet, die sich von dem Außenumfang der Packung 36 in
Radialrichtung erstreckt, um die Bearbeitung der Packung 36 zu
vereinfachen. Die Tiefe und die axiale Position der ringförmigen Nut 52a sind ähnlich wie
bei den radialen Bohrungen 52 des Luft-/Öl-Abscheiders 10,
so dass die ringförmige
Nut 52a eine Nachahmung des gleichen Vorteils wie bei den
radialen Bohrungen 52 des Luft-/Öl-Abscheiders 10 zu
geringeren Herstellungskosten darstellt. Ferner macht diese Konstruktion auch
die Montage des Luft-/Öl-Abscheiders 10a einfacher.
Im Gegensatz zu der winkeligen Beziehung, wie sie in 1 durch "A" dargestellt ist, zwischen den radialen
Bohrungen 52 und den Einlassöffnungen 18a, ist
eine solche Beziehung zwischen den Einlassöffnungen 18a und der
ringförmigen
Nut 52a nicht erforderlich, da die ringförmige Nut 52a in
Umfangsrichtung kontinuierlich ist. Die Anzahl der Auslass öffnungen 44b kann
ohne Anpassung an die Anzahl der radialen Bohrungen 52 festgelegt
werden. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel sind fünf Auslassöffnungen 44b vorhanden,
die gleichmäßig und
umfangsmäßig voneinander
beabstandet angeordnet sind (nicht gezeigt). Der Durchmesser jeder Auslassöffnung 44b beträgt etwa
die Hälfte
der Breite der ringförmigen
Nut 52a.
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Die äußere zylindrische
Wand 26 der Kammer 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel,
die sich wiederum von der des Luft-/Öl-Abscheiders 10 unterscheidet,
mit einem strömungsaufwärtigen Abschnitt 26a mit
einem relativ größeren Durchmesser
und einem strömungsabwärtigen Abschnitt 26b mit
relativ kleinerem Durchmesser ausgebildet. Das Gemisch aus Luft
und Ölnebel
bewegt sich unter der Druckdifferenz axial und radial, und zwar
von den Einlassöffnungen 18a nach
innen in Richtung auf den ringförmigen
Auslass 42, so dass die Luft mit dem Rest des abzuscheidenden Ölnebels,
der sich in den Passagen in den strömungsabwärtigen Abschnitt der Packung 36 bewegt,
sich allgemein in einem inneren radialen Bereich der Packung 36 befindet.
Der in seinem Durchmesser verminderte strömungsabwärtige Abschnitt 26b der
Packung 36 verursacht somit keine nennenswerte Beeinträchtigung
der Effizienz der Abscheidung des Abscheiders, während das Gewicht des Abscheiders
auf diese Weise vermindert ist. Darüber hinaus erleichtert die stufige äußere zylindrische
Wandkonfiguration ein Zurückfließen der
in den Passagen strömungsabwärts von
der ringförmigen Nut 52a gebildeten Öltröpfchen entlang
der äußeren zylindrischen
Wand 26 in Richtung auf die Auslassöffnungen 44b.
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Den
Fachleuten können
sich Modifikationen und Verbesserungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung erschließen. Die vorstehende Beschreibung
ist exemplarisch und nicht einschränkend zu verstehen. Der Umfang
der Erfindung soll somit lediglich durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt
werden.