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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Flüssigkeit, wie Öl aus einem Ölnebel, mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Verdichterrad, das Flügel aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Flüssigkeitsabscheideeinrichtungen werden verwendet, um Flüssigkeitsnebel aus einer Gasströmung abzuscheiden und somit die Gasströmung zu reinigen. Beispielsweise werden solche Flüssigkeitsabscheideeinrichtungen bei der Kurbelgehäuseentlüftung von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die aus dem Kurbelgehäuse abgesaugten Blow-by-Gase tragen üblicherweise einen Ölnebel mit sich, der aus der Gasströmung abschieden werden muss, bevor das Blow-by-Gas in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden kann. Bekannte Flüssigkeitsabscheideeinrichtungen benötigen einen Differenzdruck, um die Flüssigkeit bzw. den Flüssigkeitsnebel aus der Gasströmung abscheiden zu können. Insbesondere bei der Entlüftung von Kurbelgehäusen von aufgeladenen Brennkraftmaschinen steht jedoch unter Umständen der nötige Differenzdruck nicht zur Verfügung, so dass es aus diesem Grund bekannt ist, eine zusätzliche Pumpvorrichtung vorzusehen, welche die Blow-by-Gase zusätzlich antreibt.
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Die zusätzliche Pumpvorrichtung macht allerdings die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung sehr aufwendig und erhöht den Platzbedarf.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform einer Flüssigkeitsabscheideeinrichtung bereitzustellen, die sich insbesondere durch eine kompakte Bauform und durch einen geringen erforderlich Differenzdruck auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Flüssigkeitsabscheidewirkung, die ein Verdichterrad einer Pumpvorrichtung an sich aufweist, zu verbessern, indem an dem Verdichterrad poröses Material und/oder Filtermaterial angeordnet wird, welches die abzuscheidende Flüssigkeit aufnehmen kann. Das poröse Material und/oder Filtermaterial ist dabei an mindestens einem der Flügel angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen Flüssigkeitsablauf aufweist, durch welchen Flüssigkeit aus dem Gehäuse ablaufen kann. Da die Flügel des Verdichterrads zum Antreiben der Gasströmung ausgebildet sind, ist die Wechselwirkung der Flügel mit der Gasströmung besonders hoch. Folglich findet ein Großteil der Flüssigkeitsabscheidung an den Flügeln statt. Daher ist die Anordnung des porösen Materials und/oder Filtermaterial an den Flügeln besonders effektiv zur Verbesserung der Flüssigkeitsabscheidung. Durch den Flüssigkeitsablauf kann die an dem Verdichterrad abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Gehäuse ablaufen.
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In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter porösem Material insbesondere offenporiger Schaum, gesinterte Materialen, wie gesinterte Keramik, gesintertes Glas oder gesintertes Metall, Waben, Polymere, verstanden. Andere nicht explizit aufgeführte Materialien, die Poren aufweisen sind ebenfalls poröse Materialien.
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In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter Fasermaterial insbesondere Gewebe, Vlies, Papier, insbesondere Filterpapier und Glaswolle verstanden. Andere nicht explizit aufgeführte Materialien, die Fasern aufweisen sind ebenfalls Fasermaterialien.
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Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial mindestens eine Abscheideoberfläche bildet, die zur Aufnahme von Flüssigkeitströpfchen ausgebildet ist. Dadurch, dass das poröse Material Poren aufweist, kann das poröse Material Flüssigkeit, insbesondere die Flüssigkeitströpfchen, aufnehmen und somit der Gasströmung entziehen. Eine Oberfläche des porösen Materials, welche mit der Gasströmung in Kontakt kommt, bewirkt also eine Flüssigkeitsabscheidung und ist somit eine Abscheideoberfläche. Eine entsprechende Wirkung kann mit Fasermaterial erzielt werden. Darüber kann sich auf den Flügeln kein Flüssigkeitsfilm bilden, da die Flüssigkeit in dem Material aufgenommen wird. Somit wird die Behinderung der Gasströmung verringert.
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Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass die mindestens eine Abscheideoberfläche an einem der Flügel gebildet ist. Da die Flügel eine starke Wechselwirkung mit der Gasströmung aufweisen, ist die Anordnung der Abscheideoberfläche an den Flügeln besonders günstig für die Flüssigkeitsabscheidung aus der Gasströmung.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass an jedem der Flügel poröses Material und/oder Fasermaterial angeordnet ist. Somit kann die Flüssigkeitsabscheidung an jedem der Flügel verbessert werden, so dass insgesamt eine verbesserte Flüssigkeitsabscheidewirkung erzielt werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial jeweils an einer Vorderseite der Flügel angeordnet, die in einer Rotationsrichtung des Verdichterrads vorne liegt. Die Vorderseite der Flügel drückt bzw. schiebt die Gasströmung an. Dadurch erfährt die Gasströmung an der Vorderseite der Flügel eine stärkere Beschleunigung als an der Rückseite der Flügel, wodurch die trägheitsbasierte Abscheidung der Flüssigkeitstropfen aus der Gasströmung an der Vorderseite der Flügel stärker ausgeprägt ist als an der Rückseite. Daher bewirkt die Anordnung des porösen Materials und/oder Fasermaterial an der Vorderseite der Flügel eine stärkere Verbesserung der Abscheidewirkung.
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Eine günstige Variante sieht vor, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial sowohl an der Vorderseite als auch an einer Rückseite der Flügel angeordnet ist. Dadurch kann auch die Abscheidung der Flüssigkeit an der Rückseite der Flügel verbessert werden. Somit ist insgesamt eine noch bessere Flüssigkeitsabscheidung erzielbar.
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Eine besonders günstige Variante sieht vor, dass die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung derart ausgebildet ist, dass Flüssigkeit, die sich an dem Verdichterrad niederschlägt, radial nach außen gefördert wird und sich an radial außen liegenden Enden der Flügel von dem Verdichterrad löst. Wenn sich beispielsweise die Flügel des Verdichterrads radial nach außen erstrecken, wird die Flüssigkeit, welche sich an den Flügeln abgeschieden hat, aufgrund der Zentrifugalkräfte radial nach außen transportiert. Wenn die Flüssigkeit an den radial außenliegenden Enden der Flügel angekommen ist, wird sich die Flüssigkeit von den Flügeln lösen. Dadurch kann die Flüssigkeit von dem Verdichterrad weggeführt werden.
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Eine weitere besonders günstige Variante sieht vor, dass die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung derart ausgebildet ist, dass Flüssigkeit, die sich an dem Verdichterrad niederschlägt, in das poröse Material und/oder Fasermaterial aufgenommen wird und im porösem Material und/oder Fasermaterial radial nach außen gefördert wird und sich an radial außen liegenden Enden der Flügel von dem Verdichterrad löst. Dadurch kann die Bildung eines Flüssigkeitsfilms an der Oberfläche der Flügel verhindert oder zumindest reduziert werden, wodurch sowohl die Abscheidung verbessert wird als auch die Behinderung der Gasströmung reduziert wird.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sich Flüssigkeit, die sich von dem Verdichterrad gelöst hat, an eine Gehäusewand befördert wird und von der Gehäusewand zu dem Flüssigkeitsablauf geleitet wird. Aufgrund der Tangentialgeschwindigkeit welche die Flüssigkeitströpfchen aufweisen, wenn sie sich vom Verdichterrad lösen, fliegen die Flüssigkeitströpfchen gegen die Gehäusewand. An der Gehäusewand können die Flüssigkeitströpfchen ablaufen und zu dem Flüssigkeitsablauf fließen. Dadurch kann die Flüssigkeit, welche sich am Verdichterrad abgeschieden hat aus dem Gehäuse der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung befördert werden.
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Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Gehäusewand das Verdichterrad radial umgibt. Dadurch kann die Gehäusewand besonders günstig die Flüssigkeitströpfchen auffangen, welche sich von dem Verdichterrad gelöst haben.
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Eine günstige Lösung sieht vor, dass der Flüssigkeitsablauf in Schwerkraftrichtung unterhalb des Verdichterrads angeordnet ist. Dadurch kann die Flüssigkeit, welche von der Gehäusewand aufgefangen wurde, durch die Schwerkraft angetrieben zu dem Flüssigkeitsablauf geleitet werden. Somit wird keine zusätzliche Fördereinrichtung benötigt, um die Flüssigkeit aus dem Gehäuse der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung zu befördern. Die Schwerkraftrichtung bezieht sich auf die spätere Einbaulage der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass das Gehäuse und das Verdichterrad derart ausgebildet sind, dass ein Seitenkanalverdichter gebildet ist. Ein Seitenkanalverdichter kann eine hohe Druckdifferenz erzeugen.
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Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass das Gehäuse und das Verdichterrad derart ausgebildet sind, dass ein Radialverdichter gebildet ist. Ein Radialverdichter ist eine sehr einfach aufgebaute und effektive Pumpvorrichtung.
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Eine besonders vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung einen Einlass für die Gasströmung und einen Auslass für die Gasströmung aufweist. Insbesondere sind der Einlass für die Gasströmung und der Auslass für die Gasströmung von dem Flüssigkeitsablauf verschieden. Dadurch kann die aus der Gasströmung abgeschieden Flüssigkeit getrennt von der Gasströmung aus dem Gehäuse der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung geleitet werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch eine Flüssigkeitsabscheideeinrichtung,
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2 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A aus 1 durch die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung,
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3 Darstellung eines Flügels eines Verdichterrads, wobei eine Seite des Flügels poröses Material und/oder Fasermaterial aufweist,
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4 eine Darstellung eines Flügels eines Verdichterrads, wobei der Flügel an beiden Seiten poröses Material und/oder Fasermaterial aufweist, und
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5 eine Schnittdarstellung durch eine Flüssigkeitsabscheideeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Eine in 1 dargestellte Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 10 wird zur Abscheidung von Flüssigkeit, insbesondere Öl, aus einer Gasströmung 11, wie beispielsweise Blow-By-Gas aus einem Kurbelgehäuse, verwendet. Die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 10 weist ein Gehäuse 12 auf, mit einem Einlass 14 und einem Auslass 16. In dem Gehäuse 12 ist ein Verdichterrad 18 um eine Drehachse 19 drehbar angeordnet. Dazu weist das Gehäuse 12 eine Lagereinrichtung 21 auf, in welcher eine Welle 23 des Verdichterrads 18 gelagert ist. Das Verdichterrad 18 weist ferner radial außenliegende Flügel 20 auf, mit welchen die Gasströmung 11 angetrieben wird.
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Das Gehäuse 12 und das Verdichterrad 18 bilden vorzugsweise einen Seitenkanalverdichter. Das heißt die Flügel 20 des Verdichterrads 18 liegen in einem Förderraum 22, der sich von dem Einlass 14 bis zu dem Auslass 16 erstreckt und einen Querschnitt aufweist, der größer ist als die Flügel 20. Dadurch sind neben Flügeln Seitenkanäle 24 gebildet, in welchen die zu pumpende Gasströmung 11 zusätzlich rotiert, und dadurch eine erhöhte Druckdifferenz erzielt werden kann.
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Da die Flügel 20 das zu pumpende Gas oder die Gasströmung 11 antreiben, findet an den Flügeln 20 eine trägheitsbasierte Flüssigkeitsabscheidung statt. Die Gasströmung 11 wird durch die Flügel 20 beschleunigt. Aufgrund der höheren Dichte der Flüssigkeitströpfchen in der Gasströmung 11 werden die Flüssigkeitströpfchen zum Rand der Gasströmung 11, also zu den Flügeln 20 hin getrieben. Wenn die Flüssigkeitströpfchen die Flügel 20 berühren haften sie an den Flügeln 20 an, so dass sie aus der Gasströmung 11 abgeschieden werden.
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Um die Abscheidung der Flüssigkeit aus der Gasströmung 11 zu verbessern weisen die Flügel 20 poröses Material und/oder Fasermaterial 26 auf. Das poröse Material und/oder Fasermaterial 26 weist insbesondere Poren auf, welche die Flüssigkeit aufnehmen können. Dadurch kann die Flüssigkeit in das poröse Material und/oder Fasermaterial 26 geleitet werden, wodurch die Aufnahme weiterer Flüssigkeitströpfchen ermöglicht wird.
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Als poröses Material 26 können insbesondere offenporiger Schaum, gesinterte Materialen, wie gesinterte Keramik, gesintertes Glas oder gesintertes Metall, Waben, Polymere verwendet werden. Als Fasermaterial 26 können insbesondere Gewebe, Vlies, Papier, insbesondere Filterpapier und Glaswolle verwendet werden.
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Das poröse Material und/oder Fasermaterial 26 ist vorzugsweise an einer Vorderseite 28 der Flügel 20 angeordnet. Die Vorderseite 28 liegt in einer Rotationsrichtung 30 des Verdichterrads 18 vorne, so dass die Vorderseite 28 die Gasströmung 11 wegschiebt. Somit ist auch die Vorderseite 28 die Seite, an der die meisten Flüssigkeitströpfchen sich abscheiden werden.
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Das poröse Material und/oder Fasermaterial 26 bildet, wie beispielsweise in 3 dargestellt, eine Abscheideoberfläche 32 an den Flügeln 20. Die Abscheideoberfläche 32 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Abscheidewirkung an der Abscheideoberfläche 32 besser ist als an einer glatten und massiven Oberfläche.
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Wie beispielsweise in 4 dargestellt kann auch vorgesehen sein, dass auch eine Rückseite 34 der Flügel mit dem porösen Material und/oder Fasermaterial 26 versehen ist. Dadurch ist auch an der Rückseite 34 eine Abscheideoberfläche 32 gebildet.
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Im Betrieb der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 10 rotiert das Verdichterrad 18. Durch die Geschwindigkeit der Flügel 20 scheidet sich Flüssigkeit an den Flügeln 20, insbesondere an den Abscheideoberflächen 32 ab. Aufgrund der Zentrifugalkräfte wird die Flüssigkeit an den Flügeln 20 radial nach außen transportiert.
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Insbesondere wird die Flüssigkeit innerhalb des porösen Materials und/oder Fasermaterials 26 radial nach außen transportiert. An radial außenliegenden Enden 36 der Flügel 20 lösen sich Flüssigkeitstropfen 38 von den Flügeln 20. Aufgrund der Tangentialgeschwindigkeit, die die Flüssigkeitstropfen 38 aufweisen, treffen die Flüssigkeitstropfen 38 gegen das Gehäuse 12. Insbesondere treffen die Flüssigkeitstropfen 38 gegen eine Gehäusewand 40, die das Verdichterrad 18 radial umgibt.
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An einer in Schwerkraftrichtung, bezogen auf die spätere Einbaulage, unten liegenden Wand 42 des Gehäuses, die den Förderraum 22 begrenzt, ist ein Flüssigkeitsablauf 44 vorgesehen, durch welchen Flüssigkeit aus dem Förderraum 22, insbesondere aus dem Gehäuse 12, abfließen kann. Dadurch kann die Flüssigkeit, welche insbesondere an den Flügeln 20 abgeschieden wurde, aus dem Gehäuse 12 der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 10 abgeleitet werden.
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Der Flüssigkeitsablauf 44 unterscheidet sich von dem Einlass 14 für die Gasströmung 11 und von dem Auslass 16 für die Gasströmung 11. Dadurch kann die abgeschiedene Flüssigkeit optimal von der Gasströmung 11 getrennt werden.
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Die Flüssigkeitstropfen 38, welche sich von dem Flügel 20 lösen und auf die radial außenliegende Gehäusewand 40 treffen, laufen angetrieben durch die Schwerkraft nach unten und sammeln sich in dem Flüssigkeitsablauf 44, so dass die Flüssigkeit aus dem Gehäuse 12 ablaufen kann.
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Eine in 5 dargestellte zweite Ausführungsform der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 10 unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 10 dadurch, dass das Gehäuse 12 und das Verdichterrad 18 einen Radialverdichter anstatt eines Seitenkanalverdichters bilden. Insbesondere ist der Einlass 14 für die Gasströmung 11 koaxial zu dem Verdichterrad 18 geführt, während der Auslass 16 in einen Bereich radial außen angeordnet ist. Des Weiteren liegen die Flügel 20 nicht radial außen an dem Verdichterrad 18, sondern erstrecken sich an einer Seite des Verdichterrads 18 von einem Einströmbereich des Verdichterrads 18 radial nach außen.
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Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 10 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform der Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 10 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
