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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen zumindest bereichsweise hohlzylindrisch
ausgebildeten und im Folgenden als Hohlkörper bezeichneten
Körper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bevorzugt
ist der Hohlkörper durch eine Nockenwelle gebildet.
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Aus
der
WO 2006/119737
A1 ist bereits eine Hohlwelle mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
bekannt, wobei neben einem auf dem äußeren Umfang der
Welle angeordneten Vorabscheider ein in den Hohlraum der Welle integrierter
Drallerzeuger als Endabscheider vorgesehen ist.
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Darüber
hinaus ist bereits aus einem VDI-Bericht (VDI-Berichte Nr.
2042, 2008, Seite 152, Kapitel 4 und Bild 6) eine Nockenwelle
mit integrierter Ölabscheidung bekannt, wobei im Hohlraum
der Nockenwelle ein schneckenförmiger Drallerzeuger angeordnet
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen
Hohlkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
bereitzustellen, durch den bei möglichst geringem herstellungstechnischen
Aufwand eine optimierte Ölabscheidung aus sogenannten Blowby – Gasen
gewährleistet wird. Nachfolgend wird das Blowby-Gas gleichbedeutend auch
als Ölnebel oder als ölbeladens Gas bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch einen Hohlkörper mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst. Gemäß der
Erfindung ist dem in den Hohlkörper integrierten Drallerzeuger,
der hier eine erste (innere) Ölabscheidestufe bildet, in
Strömungsrichtung gesehen ein (als zweite (innere) Ölabscheidestufe
wirkender) Ölabscheidering nachgelagert (koaxial im Hohlraum
des Höhlkörpers angeordnet).
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Der
Drallerzeuger ist dabei mit Vorteil als ein sich in axialer Richtung
des Hohlkörpers erstreckender Körper ausgebildet,
der umfänglich zumindest einen Schneckengang aufweist oder
bildet, so dass durch den Schneckengang zwischen dem Körper des
Drallerzeugers und der Innenwand des Hohlkörpers zumindest
ein Strömungskanal zur Führung des in die Nockenwelle
eingeleiteten ölbeladenen Gases und zur innenwandseitigen
Abscheidung von Ölpartikeln gebildet ist. Dabei strömt
das vom Öl zu befreiende Blowby-Gas durch zumindest eine,
insbesondere tangential zur Innenwand des Hohlkörpers angeordnete
Bohrung. Mit Vorteil sind zur Einführung des Blowby-Gases
mehrere Bohrungen vorgesehen, wobei vorzugsweise jede der Bohrungen
insbesondere tangential zur Innenwand des Hohlkörpers angeordnet
ist und die Bohrungen untereinander axial versetzt angeordnet sind.
Unter tangential zur Innenwand des Hohlkörpers verlaufender
Bohrung ist im Sinne der Erfindung eine solche zu verstehen, die
abweichend von einer radialen Anordnung einer Bohrung derart positioniert
ist, dass die Bohrung übergangslos (stufenlos) in den im
Querschnitt gesehen kreisförmigen Verlauf der Innenwand
des Hohlkörpers übergeht – d. h., dass
eine parallel zur Bohrungslängsachse verlaufende Bohrungsmantellinie tangential
zu der im Querschnitt gesehen kreisförmigen Innenwand des
Hohlkörpers angeordnet ist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist der Körper des Drallerzeugers zumindest bereichsweise
einen zweiten Schneckengang auf. Hierdurch werden zumindest bereichsweise
zwei parallel verlaufende Strömungswege gebildet. Dabei
ist die Ausgestaltung des Hohlkörpers mit zwei Schneckengängen
mit Vorteil im Anfangsbereich des Drallerzeugers vorgesehen, und
sind die Zuführöffnungen derart angeordnet, dass
das einströmende ölbeladene Luft (Blowby-Gas) – im
Wesentlichen ohne strömungstechnische Widerstände
bzw. mit minimierten strömungstechnischen Widerständen – in
das Innere des Hohlkörpers geleitet wird. Da das Blowby-Gas
im Wesentlichen durch einen im Hohlkörperinneren erzeugten Unterdruck
in den Hohlraum des Hohlkörpers angesaugt wird, wird versucht,
diesen Unterdruck durch die Minimierung von Strömungswiderständen
im Wesentlichen aufrechtzuerhalten. Der erforderliche Unterdruck
kann dabei beispielsweise durch eine an den Hohlraum der Nockenwelle
angekoppelte Pumpe erzeugt werden. Der zweite Schneckengang ist mit
Vorteil derart ausgebildet, dass er sich in etwa über die
Hälfte einer vollständigen Schneckenwindung von
insgesamt 360° erstreckt.
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Der
bzw. jeder Schneckengang kann derart ausgebildet sein, dass die
Steigung des jeweiligen Schneckenganges variiert. Bevorzugt sind
die Steigungen der beiden Schneckengänge gleich groß, wobei
die Steigung insgesamt durch den ersten (längeren) Schneckengang
vorgegeben ist bzw. von den Anforderungen an denselben abhängig
ist. Mit Vorteil variiert die Steigung derart, dass die Abstände
der Schneckenwände eines Schneckenganges und damit der
Quer schnitt der durch die Schneckenwände gebildeten Strömungswege
bzw. Strömungskanäle sich verkleinern. Hierdurch
wird das Blowby-Gas im Laufe seines Strömungsweges weiter
beschleunigt und der im Hohlraum des Hohlkörpers bestehende Unterdruck
im Wesentlichen beibehalten.
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Zur
Abführung des abgeschiedenen Öls und/oder des
vom Öl bereinigten Blowby-Gases können im Hohlkörper
mantelseitig eine oder mehrere Abführöffnungen
vorgesehen sein, wobei durch ein im Hohlraum des Hohlkörpers
angeordnetes, den Abführöffnungen nachgeordnetes
Strömungsleitelement dass vom Öl gereinigte, in
axialer Richtung durch den Hohlkörper strömende
Gas in Richtung der radialen Abführöffnung(en)
nach außen umgelenkt wird. Das abgeschiedne Öl,
welches in Strömungsrichtung an der Innenwand des Hohlkörpers
entlang fließt, wird durch eine oder mehrere, in Strömungsrichtung
gesehen vor den mantelseitigen Abführöffnungen
für das Gas angeordnete mantelseitige Öl-Abführöffnungen
aus dem Hohlkörper ausgeleitet.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Hohlkörpers
weist dieser an einer Mehrzahl von Stellen Lagerabschnitte auf, über
die er im Einbauzustand mit einer entsprechenden Lagereinrichtung
zusammenwirkt. Mit Vorteil sind diese Lagerabschnitte als gehärtete,
glatte Oberflächen ausgebildet, die mit einem entsprechenden
Lagerkörper zur drehbaren Lagerung des Hohlkörpers
zusammenwirken. Dabei kann das Lager als Gleitlager oder als beliebiges
Wälzlager ausgeführt sein. Die bzw. jede radiale
Abführöffnung zur Ableitung des abgeschiedenen Öls
und/oder zur Ableitung des gereinigten Blowby-Gases sind mit Vorteil
im Bereich eines Lagerabschnittes angeordnet. Zur Weiterführung
des abgeleiteten Öls und/oder des gereinigten Blowby-Gases
weist die mit der Lagerstelle zusammenwirkende Lagereinrichtung
ebenfalls entsprechende Abführöffnungen bzw. Abführkanäle
auf. Dabei können die Abführöffnungen
sowie die entsprechenden Abführkanäle im Wesentlichen
gleichgerichtet und parallel verlaufend angeordnet sein. In einer
anderen Ausführungsform ist denkbar die Abführöffnungen
für Öl bzw. Gas jeweils axial versetzt und einander
gegenüberliegend im Hohlkörper und in der Lagereinrichtung
anzuordnen.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist in den Drallerzeuger ein Bypasskanal integriert. Der Bypasskanal
ist dabei durch eine axiale, beidseitig offene (Durchgangs-)Bohrung durch
den Hohlkörper gebildet. Dabei ist die Bypassbohrung über
ein integriertes Bypassventil druckabhängig freigebbar.
Zur strömungstechnischen Umleitung von Blowby-Gas weist
der Hohlkörper zumindest eine weitere mantelseitige Zufuhröffnung
zur Einleitung von mit Öl beladenem Gas in den Hohlraum
des Hohlkörpers auf. Dabei ist diese wei tere Zufuhröffnung
vor dem Drallerzeuger auf der der zumindest einen Abführöffnung
abgewandten Seite des Drallerzeugers angeordnet.
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Weitere
Vorteile und Besonderheiten sowie zweckmäßige
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung.
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Es
zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Hohlkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
in einer möglichen Ausführungsform im Längsschnitt
gesehen,
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2 einen
Querschnitt durch den Hohlkörper gemäß 1 entlang
der Schnittlinie A-A,
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3 einen
Querschnitt durch den Hohlkörper analog zu 2 in
einer anderen Ausführungsform,
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4 einen
in den Hohlkörper zu integrierenden Drallerzeuger in einer
möglichen Ausführungsform in schematischer Darstellung,
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5a)-g)
einen Ölabscheidering in unterschiedlichen möglichen
Ausführungsformen,
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6 einen
Teilbereich des erfindungsgemäßen Hohlkörpers
im Bereich der Abführkanäle für Öl
und Gas in einer ersten möglichen Ausführungsform
im Längsschnitt gesehen,
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7 eine
weitere mögliche Ausführungsform des Hohlkörpers
im Teilbereich seiner Abführkanäle für Öl
und Gas im Längsschnitt gesehen,
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8 einen
Querschnitt durch den Hohlkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
mit Bypasskanal, und
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9, 10 eine
ausschnittsweise Darstellung des Hohlkörpers mit integriertem
Drallkörper mit axial verschiebbarem Schneckengang(abschnitt).
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In 1 ist
schematisch die erfindungsgemäße Ölabscheideeinrichtung
bzw. ein erfindungsgemäßer Hohlkörper 2,
der im Folgenden auch als Wellenkörper 2 oder
als Nockenwelle 2 bezeichnet wird, mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
dargestellt. Die Ölabscheideeinrichtung wird dabei durch einen
axial hohlen Wellenkörper 2 mit einem Hohlraum 3,
einem in dem Hohlraum 3 angeordneten Drallerzeuger 4,
einem Ölabscheidering 5 sowie einen Ölabführkanal 6 und
einem Gasabführkanal 7 gebildet. Die Nockenwelle 2 weist
eine Zuführöffnung 9 mit einer Längsachse 9a auf,
wobei die Längsachse 9a ungleich einer beliebigen
Radialachse durch den Mittelpunkt des Wellenkörpers 2 ist.
Mit Vorteil verläuft die Längsachse 9a der
Zuführöffnung 9 derart, dass ein hierzu
parallel verlaufender Bohrungswandabschnitt 9a' (bzw. dessen
verlängerte Achse, 2) der Zuführöffnung 9 tangential
zur im Querschnitt gesehen kreisförmigen Innenwand 2a (im
Folgenden auch als Mantelfläche 2a bezeichnet)
des Hohlraums 3, in den sie mündet, verläuft.
Unter tangential zur Innenwand des Wellenkörpers 2 verlaufender
Bohrung ist im Sinne der Erfindung eine solche zu verstehen, die
abweichend von einer radialen Anordnung einer Bohrung derart positioniert
ist, dass die Bohrung übergangslos (stufenlos) in den im Querschnitt
gesehen kreisförmigen Verlauf der Innenwand des Wellenkörpers 2 übergeht – d.
h., dass ein parallel zur Bohrungslängsachse 9a verlaufender Bohrungswandabschnitt 9a' tangential
zu der im Querschnitt gesehen kreisförmigen Innenwand 2a des
Wellenkörpers 2 angeordnet ist bzw. verläuft. Das
vom Öl zu reinigende Blowby-Gas strömt durch die
tangentiale Zufuhröffnung 9 in den Hohlraum 3 und
erhält bereits bei Eintritt durch die Zuführöffnung(en) 9 einen
vorbestimmten Drall. Der tangentiale Verlauf der Zuführöffnungen 9 begünstigt
das An- und Durchströmen des Blowby-Gases durch die Zufuhröffnungen 9 in
den Hohlraum 3 und leitet zudem das Blowby-Gas unmittelbar
an die Mantelfläche des Hohlraumes 3. Aufgrund
der wirkenden Zentrifugalkräfte werden schwerere Ölpartikel
des Blowby-Gases an die Innenwand 2a (Mantelfläche)
des Hohlraumes 3 gedrängt und dort als Ölfilm
abgeschieden.
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Bevorzugt
werden mehrere Zufuhröffnungen 9 in die Nockenwelle 2 eingebracht,
wobei diese dann vorzugsweise über den Umfang der Nockenwelle 2 verteilt
und bezogen auf die Mittelachse der Nockenwelle 2 axial
voneinander beabstandet sind. So kann der Drall des in den Hohlraum 3 strömenden Blowby-Gases
und damit auch der Wirkungsgrad der Ölabscheideeinrichtung
nochmals erhöht werden.
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Bei
der Ausgestaltung der Ölabscheideeinrichtung können
Schaufeln 2S, die am äußeren Umfang der
Nockenwelle 2 im Bereich der Zuführöffnungen 9 angeordnet
sind, die Anströmung des Blowby-Gases in den Hohlraum 3 des
Wellenkörpers 2 unterstützen (3).
Die Schaufeln 2S können durch stoff-, kraft- und/oder
formschlüssige Verfahren an der Nockenwelle 2 befestigt
werden.
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Der
stromabwärts nach den Zuführöffnungen 9 angeordnete
(als erste Abscheidestufe wirkende) Drallerzeuger 4 ist
im Wesentlichen schneckenförmig ausgebildet, wobei er umfänglich
zumindest einen Schneckengang S aufweist. Dabei ist durch den Schneckengang
S zwischen dem Körper des Drallerzeugers 4 und
der Innenwand 2a des Wellenkörpers 2 ein
Strömungskanal SW zur Führung des eingeleiteten ölbeladenen
Gases (Ölnebel, Blowby-Gas) gebildet. Die mindestens eine
Zuführöffnung 9 ist relativ zum Anfangsbereich
des mindestens einen Schneckengangs S des Drallerzeugers 4 derart
angeordnet, dass der Druckverlust durch eine Strömungsumlenkung
minimiert ist. Der Drallerzeuger 4 ist über seine
Gesamtlänge in zwei Teilabschnitte I und II funktional
aufgeteilt. Dabei ist der Teilabschnitt I in Strömungsrichtung
gesehen vor dem Teilabschnitt II angeordnet. In den Teilabschnitten
I und II ist mit der Mantelfläche 2a des Hohlraums 3 ein
wendelförmiger Strömungsweg- bzw. Strömungskanalabschnitt
gebildet, wobei die Steigung des Scheckenganges S (bzw. der Schneckengänge
S1, S2) über die Länge der Teilabschnitte I und
II variieren kann – insbesondere in Strömungsrichtung
abnimmt. Ferner kann die Steigung auch innerhalb der Teilabschnitte
I bzw. II unterschiedlich ausgebildet sein. Mittels der Steigung in
den Teilabschnitten I und II kann direkt Einfluss auf den Strömungsquerschnitt
des Strömungskanals SW; SW1, SW2 des Drallerzeugers 4 genommen werden
und somit die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal
SW; SW1, SW2 beeinflusst werden. So bewirkt beispielsweise eine
Verringerung des Strömungsquerschnittes A eine Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit im entsprechenden Strömungskanalabschnitt.
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Wie
insbesondere in 4 veranschaulicht kann der Drallerzeuger 4 zumindest
bereichsweise einen weiteren Schneckengang S2 aufweisen. Der zweite
Schneckengang S2 erstreckt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel
in etwa über die Hälfte einer vollständigen
(sich über 360° erstreckenden) Schneckenwindung.
Er ist dabei in seinem Verlauf gleichläufig (gleicher Richtungssinn)
zum Verlauf des ersten Schneckenganges S1 ausgebildet und im Hinblick
auf seinen axialen Anfangspunkt in Richtung der Strömung
(nach vorn) versetzt – insbesondere um etwa die Länge
eines halben Schneckengangs versetzt – angeordnet. Hierdurch
können insbesondere zu Beginn des Schneckenganges zumindest
bereichsweise zwei parallel verlaufende Strömungswege SW1,
SW2 mit möglichst geringem Strömungswiderstand
gebildet werden.
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Der
Drallerzeuger 4 bzw. dessen Schneckengang S oder dessen
Schneckengänge 51, 52 sind im Verhältnis
zu den Zuführöffnungen 9 derart im Wellenkörper 2 angeordnet,
dass die bzw. jede Zuführöffnung 9 in
den Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 noch
vor Beginn des ersten Schneckenganges mündet. Mit Vorteil
ist der Drallerzeuger 4 starr im Hohlraum 3 des
Wellenkörpers 2 fixiert, so dass er die Drehbewegung
der angetriebenen Nockenwelle 2 mit durchführt.
Der Drallerzeuger 4 kann über stoff-, form- oder
kraftschlüssige Verbindungen im Wel lenkörper 2 angeordnet
sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Drallerzeuger 4 Vorsprünge auf,
mit denen er in mantelseitigen Öffnungen des Wellenkörpers 2 gehalten
ist. Der Drallerzeuger 4 besteht aus einem Material, welches
der im Bereich der Nockenwelle 2 auftretenden Wärme
sowie dem Kontakt mit Öl gut widersteht.
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Dem
in den Hohlraum 3 über die Zuführöffnung 9 eintretenden
Blowby-Gas wird über den Drallerzeuger 4 ein zusätzlicher
Drall aufgezwungen, wodurch auf das im Blowby-Gas schwebende Öl
größere Zentrifugalkräfte wirken. Die Ölpartikel
(Tropfen und/oder Festpartikel), die der Strömung nicht
folgen können, werden somit an der Mantelfläche 2a des Hohlraumes 3 als Ölfilm
abgeschieden. Die durch den Drallerzeuger 4 hervorgerufene
Zentrifugalkraft ist so groß, dass auch Ölpartikel
geringer Masse abgeschieden werden. Der Ölfilm wird durch
die Strömung weiter stromab getrieben.
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Der
Drallerzeuger 4 prägt dem Blowby-Gas einen Drall
auf, wodurch mit zunehmendem radialem Abstand von der Achse der
Nockenwelle 2 der Anteil und die Masse der im Ölnebel
schwebenden Ölpartikel zunehmen. Ein (eine zweite Ölabscheidestufe
bildender) stromabwärts nach dem Drallerzeuger 4 angeordneter Ölabscheidering 5 befindet
sich direkt in dem, im mantelseitigen Hohlraumbereich mit Ölpartikeln
angereicherten Gasstrom. Der Ölabscheidering 5 stützt
sich teilweise mit seinem Umfang an der Mantelfläche 2a des
Hohlraumes 3 ab. Mit Vorteil sind über den Umfang
des Ölabscheideringes 5 verteilt, in axialer Richtung
verlaufende Ausnehmungen 5a angeordnet, wodurch der Ölabscheidering 5 nicht über
seinen gesamten Umfang an der Mantelfläche 2a des
Hohlraumes 3 anliegt und das abgeschiedene Öl
bzw. der an der Mantelfläche 2a fließende Ölfilm
in Richtung Ölabführkanal 6 fließen
kann.
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Bei
einer Ausgestaltung gemäß den 5a)–5g)
ist der Ölabscheidering 5 in unterschiedlichen
bevorzugten Ausgestaltungen dargestellt. Der Ölabscheidering 5 stellt
in jeder Ausgestaltung für die Strömung im Bereich
der Mantelfläche ein erhebliches Strömungshindernis
in Form eines Prallelementes dar. Die in dem Blowby-Gas schwebenden Ölpartikel
können dem schnellen Richtungswechsel am Ölabscheidering 5 nicht
folgen, prallen gegen die Stirnfläche des Ölabscheideringes 5 und werden
so aus dem Ölnebel abgeschieden. Wie auch der Drallerzeuger 4 wird
auch der Ölring 5 mittels aus dem Stand der Technik
bekannter stoff-, form- oder kraftschlüssiger Verfahren
in der gewünschten Position im Hohlraum 3 des
Wellenkörpers 2 fixiert.
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Gemäß 5a ist
der Ölabscheidering 5 in einer einfachen Ausführung
als massives kreisringförmiges Prallelement (kreisringförmige
Prallplatte) ausgeführt.
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In
der 5b) ist der Ölabscheidering gemäß 5a)
mit einer Vielzahl von Löchern bzw. Lochreihen versehen.
In dieser Ausgestaltung kann durch eine Anordnung mehrerer gleicher
Kreisringscheiben, die drehversetzt hintereinander angeordnet und über
Verbinderelemente 5b in einem Verbund zusammengehalten
werden, ein System miteinander verbundener Hohlräume gebildet
werden, so dass ein den Ölabscheidering 5 durchdringendes
Labyrinth von Hohlräumen entsteht. Die Stirnfläche
des Ölabscheideringes 5 stellt weiter ein Prallelement dar,
wogegen das Labyrinth eine Kombination von Prall- und Umlenkelementen
ist. Mittels dieser Prall- und Umlenkelemente werden auch leichtere Ölpartikel
aus dem Ölnebel abgeschieden, so dass der Ölnebel
stromabwärts des Ölabscheiderings 5 nun
als gereinigtes Gas betrachtet werden kann. Materialien für
die vorgenannten Ausgestaltungen des Ölabscheideringes 5 können
beispielsweise poröse Kunststoffe oder Sinterwerkstoffe
sein. Vorzugsweise umfasst der Ölabscheidering 5 auch
ein Kunststoff- oder Metallgeflecht (5c)),
welches eine Vielzahl von Hohlräumen und Labyrinthen ausbildet,
wobei der Ölabscheidring 5 dann vorzugsweise einen
hohlzylindrischen Trägerring T umfasst (5d)),
der das Geflecht stützt und der zudem zur Fixierung des Geflechtes
im Hohlraum 3 dient.
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In
keinem Fall liegt der Ölabscheidering 5 mit seinem
gesamten Umfang an der Mantelfläche 8 an. Vielmehr
weist der Ölabscheidering 5 entsprechende umfängliche
Ausnehmungen 5a auf, so dass das abgeschiedene Öl
als Ölfilm an der Mantelfläche 8 des Hohlraumes 3 entlang,
durch die Ausnehmungen in der umfänglichen Mantelfläche
des Ölabscheiderings 5 hindurch fließen
kann.
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In
einer weiteren, in den 5e) und 5f) dargestellten
Ausführungsform des Ölabscheiderings 5 ist
dem Sinterwerkstoff, dem Kunststoff- oder Metallgeflecht und/oder
den gelochten Blechringen ein geschlossener Ring 50 (Abschlussring)
mit umfänglichen radial nach außen weisenden Stegbereichen 50a (Abstützstege
zur radialen Abstützung im Hohlraum 3) in Strömungsrichtung
gesehen nachgeordnet. Der Trägerring T, der das Sintermaterial,
Geflecht und/oder die gelochten Blechringe trägt/hält, verhindert
das Mitreißen des bereits im Ölabscheidring abgeschiedenen Öls
in Richtung Hohlkörpermitte. Der geschlossene Ring 50 stellt
für die Strömung ein weiteres Prallelement dar
und bietet dem den Ölabscheidering 5 in seinen
labyrintmäßigen Abscheidebereichen durchströmenden
Gasstrom nur die Möglichkeit radial nach außen
in Richtung Innenwand 2a des Hohlkörpers 2 zu
bewegen.
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In
jedem Fall wird der Ölabscheidering 5 von dem Ölnebel
angeströmt bzw. durchströmt, so dass die Ölpartikel
sich an diesem abscheiden und zu dem bereits an der Mantelfläche
des Hohlraumes 3 (aufgrund der ersten Ölabscheiderstufe „Drallerzeuger”) befindlichen Ölfilm
zufließen. Der radiale Ölfluss im Ölabscheidring 5 wird
durch die Rotation der Nockenwelle 2 hervorgerufen. Für
den Fall, dass der Wellenkörper 2 nicht als rotierender
bzw. rotierbar gelagerter Körper ausgebildet ist, kann
eine Abführung des abgeschiedenen Öls durch eine
schräge Einbaulage des Wellenkörpers (Ziel: Ablauf
durch Gewichtskraft und Schräge) oder durch andere geeignete
Maßnahmen, wie eine spezielle Führung des gereinigten Gasstroms
(Ziel: „Mitreißen” des abgeschiedenen Öls)
erreicht werden.
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Da
der dem Drallerzeuger 4 nachgeschaltete, zusätzliche Ölabscheider
als Ring ausgebildet ist wird stets ein Mindestströmungsquerschnitt
(innerer Querschnitt des Ringes) für den Gasstrom bereitgestellt.
Somit ist die Ölabscheideeinrichtung effektiv und zuverlässig
vor einem Funktionsverlust durch Einfrieren oder Verstopfen geschützt.
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Stromabwärts
nach dem Ölabscheidering 5, beispielsweise am
Ende des Wellenkörpers 2, befindet sich der Ölabführkanal 6 sowie
der Gasabführkanal 7 (1). Der Ölabführkanal 6 sowie
der Gasabführkanal 7 schließen z. B.
stirnseitig an der Nockenwelle 2 an. Da das gereinigte
Gas ausschließlich in der Nähe der Achse der Nockenwelle 2 strömt,
befindet sich auch der Gasabführkanal 7 bzw. dessen
Abführöffnung in Achsnähe der Nockenwelle 2,
so dass der Gasabführkanal 7 nur das gereinigte
Gas aufnimmt und ableitet. Ein im Querschnitt gesehen T-förmiges
Tauchrohr 12 ragt mit seinem zentralen Schenkel in die
endseitig offene Nockenwelle hinein und bildet zentral, im achsnahen
Bereich des Nockenwellenauslaufs einen zentralen Gas-Abführkanal 7 und bildet
randseitig mit der Wand der hohlen Nockenwelle einen Öl-Abführkanal 6. Über
einen auf der Nockenwelle sitzenden Dichtring D wird die Verbindung zwischen
Tauchrohr 12 und Nockenwelle abgedichtet, so dass kein
ungereinigtes Gas über den Gas-Abführkanal angesaugt
wird. Im Inneren der Nockenwelle 2 fluchtet die Wand des
zentralen, in die Nockenwelle ragenden Tauchrohres 12 unter
Beibehaltung eines definierten axialen Abstands mit dem Innendurchmesser
des Ölabscheiderings 5 (bzw. dessen kreisringförmiger
Innenwand), so dass durch zwischen dem Anfang des Ölabführkanals 6 und
dem Ölabscheidering 5 ein strömungsberuhigter
Bereich 11 (in dem das abgeschiedene Öl bzw. der Ölfilm
nahezu unbeeinflusst vom vorbeiströmenden gereinigten Gas
ablaufen kann) gebildet ist. Das Ablaufen des abgeschiedenen Öls
bzw. des Ölfilms wird bei einer Weiterbildung der Ölabscheideeinrichtung
durch eine innere Phase am Ende der Nockenwelle 2 sowie durch die
Rotation der Nockenwelle 2 unterstützt. Der Winkel
der Phase ist dabei so zu wählen, dass unter Berücksichtigung
der Einbaulage des Motors ein selbständiges Abfließen
des Öls nach der Abscheidung auch bei stehendem Motor und
damit stehender Nockenwelle 2 erfolgen kann.
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In
den 6 und 7 sind der Ölabführkanal 6 und
der Gasabführkanal 7 in einer anderen Ausführung
der Ölabscheideeinrichtung dargestellt. Dabei ist sowohl
der Ölabführkanal 6 als auch der Gasabführkanal 7 in
eine Lagereinrichtung 14 zur Lagerung der Nockenwelle 2 integriert.
Die stromaufwärts gesehen vor dem Ölabscheidering 5 gelegenen
Bauteile sowie der Ölabscheidring 5 selbst sind
entsprechend den vorstehend beschriebenen Bauteilen ausgebildet
und daher nicht wiederholend beschrieben.
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In 6 ist
ein rotierbar in einer Lagereinrichtung 14 gelagerter und
als Hohlwelle ausgebildeter Wellenkörper 2 mit
integrierter Ölabscheideeinrichtung in einem Teillängsschnitt
dargestellt.
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Die
Lagereinrichtung 14 umfasst einen Lagerkörper 14a,
der entweder in Form eines (z. B. durch ein Zylinderkopfteil gebildeten)
Lagerbockes oder der als separates Bauteil, welches am Zylinderkopf
befestigbar ist, ausgeführt sein kann. Zur rotierbaren
Lagerung des Wellenkörpers 2 kann die Lagereinrichtung 14 in
Form des Lagerkörpers 14a, der auf seiner hohlzylindrischen
Innenfläche derart ausgebildet ist, um mit einem gehärteten
Bereich (Lagerabschnitt 2a) des Wellenkörpers 2 ein
Gleitlager zu bilden, ausgeführt sein. In einer anderen
Ausführungsform der Lagereinrichtung 14 kann diese über ihre
hohlzylindrische Innenfläche eine Mehrzahl von Wälzkörpern 14b aufweisen, über
die der zumindest bereichsweise öberflächengehärtete
Wellenkörper 2 rotierbar gelagert ist. Im letzteren,
auch in den 6 und 7 veranschaulichten
Fall, weist die Lagereinrichtung einen Dichtring 14c auf,
durch den der benachbarte Gas-Abführkanal 7 gegenüber
dem Bereich mit Wälzkörpern 14b abgedichtet
ist. Hierdurch wird verhindert, dass nicht gereinigtes Gas in den Gas-Abführkanal 7 angesaugt
und der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Der
Wellenkörper 2 weist zumindest eine im Wesentlichen
radiale Abführöffnung 16 zur Ausleitung
des aus dem sog. Blowby-Gas abgetrennten Öls auf. Gemäß der
dargestellten Ausführungsform sind radiale Abführöffnungen 16, 18 für Öl
und Gas vorhanden, wobei der Wellenkörper 2 im
Bereich der Abführöffnungen 16, 18 durch
die Lagereinrichtung 14 getragen ist. Die Lagereinrichtung 14 weist
zur Ableitung des gereinigten Gases und zur Ableitung des abgeschiedenen Öls
jeweils einen mit der jeweiligen Abführöffnung 16, 18 korrespondierenden
Abführkanal 6, 7 für Öl
bzw. Gas auf. Im Bereich der Öl-Abführöffnungen 16 ist
in der La gereinrichtung 14 bzw. in deren Lagerkörper 14a ein
Radialdichtring 14d angeordnet, welcher zumindest einen
mit der Öl-Abführöffnung 16 als
auch mit dem Öl-Ableitkanal 6 korrespondierenden Ölkanal 6' aufweist.
Auf seiner Innenfläche weist der Radialdichtring 14d eine
umfängliche Nut N auf, in die das an der Innenwand des
Hohlkörpers 2 abgeschiedene und durch die umfänglich verteilten Öl-Abführöffnungen 16 austretende Öl
aufgenommen und über den in die Nut N mündenden Ölkanal 6' abgeleitet
werden kann. Durch den Radialdichtring 14d, der umfänglich
kraftschlüssig in der Lagereinrichtung 14 gehalten
ist und der über seine nach innen auf die Wellenkörperoberfläche
gerichteten Dichtlippen gegen den im Radialdichtring 14d rotierenden
Wellenkörper 2 abgedichtet ist, wird eine sichere
Ableitung des abgeschiedenen Öls gewährleistet
und ein Ansaugen in den benachbarten Gas-Abführkanal 7 sicher
verhindert.
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In
der dargestellten Ausführungsform ist der Wellenkörper 2 in
der Lagereinrichtung 14 über die Wälzkörper 14b drehbar
gelagert gehalten. Der bzw. die mit den Wälzkörpern 14b (Wälzlager)
oder mit Bereichen des Lagerkörpers 14a (Gleitlager)
zusammenwirkenden Lagerabschnitte) 2b des Wellenkörpers 2 können
als gehärtete und/oder oberflächenbehandelte Wellenkörperabschnitt(e)
ausgeführt sein. Ist die Lagereinrichtung 14 nicht
als Gleitlager sondern als Wälzlager ausgeführt,
sind wälzkörperfreie Bereiche zur Anordnung der
Abführöffnungen für Öl bzw.
für Öl und Gas in der Lagereinrichtung 14 bzw. im
Lagerkörper 14a vorgesehen. In dem Bereich des Wellenkörpers 2,
in dem dieser mit der Lagereinrichtung 14 zusammenwirkt
bzw. von dieser umschlossen ist, ist zumindest eine radiale Abführöffnung (bzw.
-bohrung) 16; 18 zur Ausleitung von Öl
bzw. Gas vorgesehen. Mit Vorteil sind jeweils mehrere, über
den Umfang des Wellenkörpers 2 ringförmig verteilt
angeordnete Bohrungen als Abführöffnungen für
Gas bzw. Öl vorgesehen, derart, dass ein aus einer Vielzahl
von ringförmig über den Umfang verteilt angeordneten
Bohrungen bestehender Bohrungsring zur Ausleitung des gereinigten
Blowby-Gases und ein Bohrungsring zur Ausleitung der aus dem Blowby-Gas
abgeschiednen Öls gebildet ist. Die bzw. jede mantelseitige
Abführöffnung 16; 18 wirkt dabei
mit einem in der Lagereinrichtung 14 bzw. in dem Lagerkörper 14a ausgebildeten
und mit der jeweiligen Abführöffnung 16, 18 korrespondierenden
Ableitkanal 6, 7 zusammen. Der mit der bzw. den
jeweiligen Abführöffnung(en) 16, 18 korrespondierende
Ableitkanal 6, 7 ist innerhalb der Lagereinrichtung 14 als
Ringkanal mit zumindest einem entsprechenden radialen Ableitabschnitt
zur Ausleitung des aus dem Wellenkörper 2 auszuleitenden Öls
oder Gases ausgeführt.
-
Um
das im Bereich der Abführöffnungen 16, 18 bereits
im Wesentlichen in seine Bestandteile Gas bzw. Öl getrennte
Blowby-Gas mit seinen getrennten Bestandteilen separiert abführen
zu können, ist innerhalb des Hohlraums 3 des Wellenkörpers 2 ein Strömungsleitelement 15 angeordnet
durch welches der axial strömende Gasstrom in die zumindest
eine radiale Gasabführöffnung 18 umgeleitet
wird. Dabei ist das Strömungsleitelement 15 umfänglich
mit einem Dichtelement D versehen, um möglichst alle Gasanteile
des gereinigten Blowby-Gases über die radialen Abführöffnungen 18 ableiten
zu können. Hierfür ist das Strömungsleitelement 15 im
Wesentlichen stopfen- bzw. korkenartig ausgebildet und weist auf
seiner Stirnseite, die dem anströmenden Gasstrom zugewandt
ist, einen im Wesentlichen mittig ausgerichteten kegelförmigen
Fortsatz 15a auf. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite
weist das Strömungsleitelement 15 eine Gewindebohrung 15c auf. Diese
dient insbesondere der einfacheren Demontage der dargestellten Einrichtung.
Um das durch die integrierte Ölabscheideeinrichtung an
der Innenwand 2a des Wellenkörpers 2 abgeschiedene Öl
separiert ableiten zu können, ist zwischen der der Öl-Abführöffnung 16 und
der zumindest einen in Strömungsrichtung S gesehen hinter
der zumindest einen Ölabführöffnung 16 angeordneten
Gasabführöffnung 18 ein Ölführungselement 15b; 15b' angeordnet.
Das Ölführungselement 15b kann, wie in 6 dargestellt,
einteilig mit dem Strömungsleitelement 15 ausgeführt
sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie
sie gemäß 7 dargestellt
ist, kann das Ölführungselement 15b' als
separates Bauteil in Form eines einzelnen zwischen den Gasabführöffnungen 18 und
den Ölabführöffnungen 16 angeordneter
Trennring ausgebildet sein.
-
Gemäß einer
in 8 dargestellten Weiterbildung der Ölabscheideeinrichtung
verläuft axial im Drallerzeuger 4 ein Bypasskanal 21,
welcher mittels einem Bypassventil 22 freigegeben werden
kann, um dem Blowby-Gas einen zusätzlichen Strömungsquerschnitt
freizugeben und damit eine entsprechende Druckregulierung innerhalb
des Hohlkörpers 2 zu gewährleisten. Der
Bypasskanal 21 mündet (in Strömungsrichtung
gesehen) im Endbereich des Drallerzeugers 4 in den Hohlraum 3 vorzugsweise
unter einem Winkel zwischen 0° und 110° Grad (insbesondere
zirka 90° Grad) zur Längsachse des Drallerzeugers 4.
Der Austrittwinkel, unter dem der Bypasskanal 21 in den
Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 mündet,
ist vorzugsweise derart bemessen, dass das aus dem Bypasskanal 21 austretende
Blowby-Gas den in Strömungsrichtung gesehen nachgelagerten Ölabscheidering 5 beaufschlagt
(an-, um- bzw. durchströmt) so dass an diesem eine möglichst
effiziente Ölabscheidung stattfindet. In einer bevorzugten
Ausführung ist der Bypasskanal 21 in seinem Austrittsbereich
derart ausgestaltet, dass die Mittelachse seiner Austrittsöffnung
(bzw. seines Austrittskanalabschnitts) in einem Winkel von zirka
90° Winkelgraden zur Längsachse des Drallerzeugers 4 verläuft.
Das Bypassventil 22 ist mittels zusätzlicher Zuführöffnungen 23 im
Hohlkörper 2 mit dem Außenbereich verbunden
und wird mit dem Druck des Blowby-Gases beaufschlagt. Der Drallerzeuger 4 ist derart
ausgebildet, dass er den Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 in zwei
drucktechnisch getrennte und über das Bypassventil 22 verbindbare
Druckbereiche unterteilt. Dabei sind die zusätzlichen Zuführöffnungen 23 von
der zumindest einen ersten Zuführöffnung 9 durch
einen trennenden Körperbereich des Drallerzeugers 4 (in dem
beispielsweise das Bypassventil 22 angeordnet ist) strömungstechnisch
voneinander getrennt. Wird durch eine über den Gasabführkanal 7 angeschlossene
Pumpe P, über die der Unterdruck im Hohlraum 3 des
Wellenkörpers 2 erzeugt wird, ein zu starker Druck
erzeugt oder ist der Druck des Blowby-Gases im Außenbereich
der Nockenwelle 2 zu groß, öffnet das
Bypassventil 22 und gibt den Bypasskanal 21 für das
Blowby-Gas frei. Auf diese Weise kann der Druckabfall über
dem Drallerzeuger 4 volumenstromabhängig nahezu
konstant gehalten und der Drallerzeuger 4 mit einem vorbestimmten
Wirkungsgrad betrieben werden.
-
Gemäß einer
in den 9 und 10 veranschaulichten Weiterbildung
der Erfindung ist zumindest ein Schneckengang S; S1, S2 zumindest
bereichsweise axial verschiebbar auf bzw. an dem Grundkörper
des Drallerzeugers 4 gelagert ausgebildet. Insbesondere
ist zumindest ein Schneckengang S1, S2 (bzw. eine Wand eines Schneckengangs)
zumindest bereichsweise auf bzw. an dem Grundkörper des
Drallerzeugers 4 verschiebbar, so dass der Querschnitt
des wendelförmigen Strömungswegs/Strömungskanals
SW aktiv veränderbar/verstellbar ist. Eine solche aktive
Verstellung kann beispielsweise durch den Gasstrom des Blowby-Gases
selbst erfolgen. Die Wand (bzw. der entsprechende Schneckengang(abschnitt))
ist hierzu längs entlang bzw. auf dem Grundkörper
des Drallerzeugers 4 verschiebbar an diesem gelagert. Über
eine vorbestimmte Kraft (z. B. durch eine (Rücksteil-)Feder)
wird der verschiebbare Schneckengang(abschnitt) in einer vorbestimmten
Position gehalten, solange bis durch das durchströmende
Blowby-Gas eine Strömungskraft größer der
Federkraft erzeugt wird und der Schneckengang(abschnitt) strömungsdruckabhängig
axial in Strömungsrichtung nach vorn verschoben wird. Alternativ
oder zusätzlich kann die axiale Verstellung auch manuell
oder automatisiert in Abhängigkeit von vorbestimmten Steuerungsparametern
erfolgen. Der verschiebbar gelagerte Schneckengang(abschnitt) S' ist
mit einem Punktmuster gefüllt dargestellt, wobei in 10 eine
von 9 verschiedene Betriebsposition des verschiebbaren
Schneckengang(abschitts) S' dargestellt ist, in welcher dieser um
eine Strecke x in Strömungsrichtung gesehen verschoben
ist.
-
- 2
- Wellenkörper
- 2a
- Innenwand
(Wellenkörper)
- 2b
- Lagerabschnitt
- 2S
- Schaufel
- 3
- Hohlraum
(Wellenkörper)
- 4
- Drallerzeuger
- 5
- Ölabscheidering
- 50
- Abschlussring
- 50a
- Abstützsteg
- T
- Trägerring
- 5a
- Ausnehmung
- 5b
- Verbinderelement
- 6
- Abführkanal
(Öl)
- 6'
- Ölkanal
(Radialdichtring)
- 7
- Abführkanal
(Gas)
- 9
- Zuführöffnung
- 9a
- Bohrungslängsachse
- 9a'
- Bohrungswandabschnitt
- 11
- strömungsberuhigter
Bereich
- 12
- Tauchrohr
- 14
- Lagereinrichtung
- 14a
- Lagerkörper
- 14b
- Wälzkörper
- 14c
- Dichtring
- 14d
- Radialdichtring
- 15
- Strömungsleitelement
- 15a
- kegelförmiger
Fortsatz
- 15b,
15b'
- Ölführungselement
- 15c
- Gewindebohrung
- 16
- Abführöffnung
(Öl)
- 18
- Abführöffnung
(Gas)
- 20
- Dichtungs-/Fixierungselement
- 21
- Bypasskanal
- 22
- Bypassventil
- 23
- weitere
Zuführöffnung
- S;
S1; S2
- Schneckengang
- SW;
SW1, SW2
- Strömungskanal
- I;
II
- Strömungsweg-Teilabschnitt
- P
- Pumpe
- N
- Nut
(Radialdichtring)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/119737
A1 [0002]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - VDI-Berichte
Nr. 2042, 2008, Seite 152, Kapitel 4 und Bild 6 [0003]