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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von festen und/oder flüssigen Verunreinigungen aus einem Gas bzw. aus einer Gasströmung. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Abscheideeinrichtung ausgestattete Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung sowie eine mit einer derartigen Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestattete Brennkraftmaschine.
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Bei einer als Kolbenmotor ausgestalteten Brennkraftmaschine treten Verbrennungsabgase aufgrund unvermeidbarer Leckagen zwischen Zylinder und Kolben in das Kurbelgehäuse ein, sogenanntes Blow-by-Gas. Zur Vermeidung eines überhöhten Druckanstiegs im Kurbelgehäuse wird zur Entlüftung des Kurbelgehäuses das Blow-by-Gas daraus abgeführt. Aus Umweltschutzgründen wird das Blow-by-Gas dabei mittels einer entsprechenden Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung nicht der Umgebung, sondern einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine zugeführt. Das Blow-by-Gas enthält Verunreinigungen in Form von Öl, vorzugsweise Ölnebel, sowie in Form von Russpartikeln, insbesondere in den Öltröpfchen. Zur Reduzierung des Ölverbrauchs wird dieses bei einer modernen Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung aus dem Blow-by-Gas abgeschieden, wozu eine Abscheideeinrichtung zum Einsatz kommen kann.
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Eine derartige Abscheideeinrichtung weist ein Gehäuse auf, das einen Gehäuseeinlass für das zu reinigende Gas, einen Gehäuseauslass für das gereinigte Gas und einen Sammelraum für aus dem Gas abgeschiedene Verunreinigungen aufweist. Im Gehäuse kann ein Kanal ausgebildet sein, der zu reinigendes Gas zu einem Kanalauslass führt, der eine Kanalauslassöffnung aufweist.
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Die Abscheideeinrichtung ist ferner mit dem eigentlichen Abscheider ausgestattet, der zum Abscheiden der Verunreinigungen aus dem Gas dient. In einem bevorzugten Fall kann dieser Abscheider als Impaktor ausgestattet sein, der stromab des Kanals und stromauf des Sammelraums im Gehäuse angeordnet ist. Ein derartiger Impaktor arbeitet mit einer abrupten Strömungsumlenkung an einer Prallwand, der das Gas problemlos folgen kann, während mitgeführte feste und flüssige Verunreinigungen auf die Prallwand auftreffen und dadurch abgebremst werden. Somit lassen sich die Verunreinigungen aus der Gasströmung abscheiden. Durch die starke Strömungsumlenkung kann in Verbindung mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten eine effiziente Abreinigung mit Hilfe eine derartigen Impaktors realisiert werden. Ein derartiger Impaktor zeichnet sich ferner durch einen extrem einfachen und somit preiswerten Aufbau aus. Die Prallwand, mit welcher der Impaktor zusammenwirkt, kann durch eine Wand des Gehäuses gebildet sein. Ebenso ist denkbar, den Impaktor selbst mit einer eigenen Prallwand auszustatten, beispielsweise mittels eines porösen oder faserförmigen Materials. Ferner besitzt der Impaktor eine Impaktoreintrittsöffnung für das Gas und mehrere Impaktoraustrittsöffnungen für das Gas, die das Gas bzw. die Gasströmung auf die Prallwand ausrichten.
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Eine derartige Abscheideeinrichtung kann als passiver Abscheider ausgestaltet sein, der keine Fördereinrichtung zum Antreiben des Gases aufweist. Bevorzugt kann die Abscheideeinrichtung dagegen als aktiver Abscheider ausgestaltet sein, der eine Fördereinrichtung zum Antreiben des Gases aufweist.
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Optional kann dabei innerhalb des Gehäuses ein ringförmiger Kanal ausgebildet sein, der einen mit dem Gehäuseeinlass fluidisch verbundenen Kanaleinlass mit einem mit dem Gehäuseauslass fluidisch verbundenen Kanalauslass fluidisch verbindet. Im Gehäuse kann ferner konzentrisch zum Kanal ein um eine Rotationsachse drehbar gelagertes Laufrad angeordnet sein, das mehrere Laufschaufeln trägt, die im Kanal angeordnet sind und bei Rotation des Laufrads in der Umfangsrichtung des Kanals umlaufen. Das Laufrad dient zum Antreiben des Gases. Bei rotierendem Laufrad fördern die Laufschaufeln das Gas vom Kanaleinlass zum Kanalauslass, wodurch am Kanaleinlass ein Unterdruck erzeugt wird, der sich bis zum Gehäuseeinlass fortpflanzt. Insoweit bilden Kanal und Laufrad gemeinsam eine Fördereinrichtung zum Antreiben des Gases.
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Alternativ zu einer solchen internen Fördereinrichtung ist ebenso denkbar, eine Abscheideeinrichtung mit einem passiven Abscheider und einer separaten oder externen Fördereinrichtung auszustatten, die stromauf des Abscheiders angeordnet ist.
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Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Abscheideeinrichtung, unabhängig davon, ob eine Fördereinrichtung vorhanden ist, ob sie gegebenenfalls intern oder extern vorgesehen ist, stromauf des eigentlichen Abscheiders, vorzugsweise des Impaktors, bereits innerhalb des Kanals eine gewisse Abscheidungswirkung auftritt, so dass sich abgeschiedene Verunreinigungen an einer den Kanal begrenzenden Kanalwand niederschlagen. Die abgeschiedenen Verunreinigungen können sich im Kanal sammeln und aufgrund der darin herrschenden Strömung in Richtung Kanalauslass fließen. So gelangen die bereits abgeschiedenen Verunreinigungen in den Impaktor.
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Wenn die innerhalb des Kanals abgeschiedenen flüssigen Verunreinigungen in den Impaktor einfließen, können sie zu dem Kompaktoraustrittsöffnungen gelangen und diese zusetzen oder durch den Gasdruck durch die Austrittsöffnungen ausgetrieben werden, was ebenfalls die Effizienz des Impaktors beeinträchtigen kann.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abscheideeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art bzw. für eine damit ausgestattete Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung bzw. für eine damit ausgestattete Brennkraftmaschine eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass eine Beeinträchtigung des Impaktors durch innerhalb des Kanals abgeschiedene Verunreinigungen reduziert ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Gehäuse im Bereich des Kanalauslasses so auszugestalten, dass darin während des Betriebs der Abscheideeinrichtung eine Strömungsumlenkung von etwa 90° erfolgt. Wenn die Kanalauslassöffnung einen axialen Austritt der Strömung ermöglicht, tritt die Strömung radial in den Kanalauslass ein. Vorzugsweise ist der Kanalsaulass zylindrisch ausgestaltet und besitzt an einem axialen Ende die Kanalauslassöffnung, während die Zuströmung durch den Zylindermantel radial erfolgt. Ferner wird vorgeschlagen, den Impaktor so im Gehäuse anzuordnen, dass die Topföffnung parallel zur Längsmittelachse des Impaktorkörpers an die Kanalauslassöffnung anschließt. Die Gefahr, dass sich die Impaktoraustrittsöffnungen zusetzen kann dadurch reduziert werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Kanal das zu reinigende Gas dem Kanalauslass quer zur Längsmittelachse des Impaktorkörpers zuführt. Auch diese Maßnahme reduziert die Gefahr des Zusetzens der Impaktoraustrittsöffnungen.
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Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei welcher der Kanal ringförmig ausgestaltet ist und innerhalb des Gehäuses einen Kanaleinlass, der mit dem Gehäuseeinlass fluidisch verbunden ist, mit dem Kanalauslass fluidisch verbindet, wobei im Gehäuse ein Laufrad konzentrisch zum Kanal um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, das mehrere im Kanal angeordnete Laufschaufeln aufweist. Mit anderen Worten, die Abscheideeinrichtung ist in diesem Fall mit einer Fördereinrichtung zum Antreiben des Gases ausgestattet. Außerdem kann die Kanalauslassöffnung des Kanalauslasses parallel zur Rotationsachse offen sein. In diesem Fall kann der Impaktor vorteilhaft so im Gehäuse angeordnet werden, dass die Topföffnung parallel zur Rotationsachse an die Kanalauslassöffnung anschließt. Auf diese Weise kann der Impaktor quasi parallel zur Rotationsachse des Laufrads ausgerichtet im Gehäuse angeordnet und an den Kanalauslass angeschlossen werden. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Bauform die Gefahr einer Beeinträchtigung des Impaktors durch Verunreinigungen, die bereits innerhalb des Kanals abgeschieden werden, reduziert ist.
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Im Einzelnen schlägt die Erfindung für diese Ausführungsform vor, den Kanalauslass mit einer Kanalauslassöffnung auszustatten, die parallel zur Rotationsachse offen ist. Im Extremfall liegt die Kanalauslassöffnung in einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Ebene. Der Impaktor ist nun mit einem topfförmigen Impaktorkörper ausgestattet, der einen Topfinnenraum, eine den Topfinnenraum einfassende und diesen bezüglich einer Axialrichtung des Impaktorkörpers radial begrenzenden Topfwand, einen den Topfinnenraum bezüglich der Axialrichtung des Impaktorkörpers axial begrenzenden Topfboden und eine dem Topfboden bezüglich der Axialrichtung des Impaktorkörpers axial gegenüberliegende Topföffnung aufweist. Die Axialrichtung des Impaktorkörpers wird dabei durch die Längsmittelachse des Impaktorkörpers definiert. Die Impaktoraustrittsöffnungen sind nun in der Topfwand ausgebildet, so dass sich die Impaktoraustrittsöffnungen radial zur Axialrichtung des Impaktorkörpers erstrecken. Ferner ist die Impaktoreintrittsöffnung durch die Topföffnung gebildet. Schließlich ist der Impaktor im Gehäuse so angeordnet, dass die Topföffnung parallel zur Rotationsachse an die Kanalauslassöffnung anschließt.
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Die radialen Impaktoraustrittsöffnungen besitzen im Vergleich zur Impaktoreintrittsöffnung einen deutlich verkleinerten durchströmbaren Querschnitt. Vorzugsweise ist außerdem der gesamte Strömungsquerschnitt aller Impaktoraustrittsöffnungen kleiner als der Durchströmungsquerschnitt der Impaktoreintrittsöffnung, wodurch die Gasströmung in den Impaktoraustrittsöffnungen beschleunigt wird, was die Effizienz des Impaktors hinsichtlich der Reinigungswirkung erhöht.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Impaktor so im Gehäuse angeordnet ist, dass sich die Längsmittelachse des Impaktorkörpers im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse erstreckt. Bei einer bevorzugten Einbaulage der Abscheideeinrichtung erstreckt sich die Rotationsachse im Wesentlichen vertikal, also weitgehend parallel zur Gravitationsrichtung.
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Vorteilhaft kann der Topfboden eine Drainageöffnung aufweisen. Während die Impaktoraustrittsöffnungen in der Topfwand radial ausgerichtet sind, ist die Drainageöffnung im Topfboden zweckmäßig axial ausgerichtet, bezogen auf die Axialrichtung des Impaktorkörpers. Verunreinigungen, die bereits im Kanal anfallen und in den Impaktorinnenraum eintreten, können am Topfboden durch die Drainageöffnung abfließen. Die Drainageöffnung ist dabei vorzugsweise permanent offen, also ungesteuert. Insbesondere ist somit kein Ventil zum druckabhängigen Steuern der Drainageöffnung vorgesehen. Die Drainageöffnung unterscheidet sich zweckmäßig von den Impaktoraustrittsöffnungen durch einen größeren durchströmbaren Querschnitt. Beispielsweise ist der durchströmbare Querschnitt der Drainageöffnung mindestens doppelt so groß wie der durchströmbare Querschnitt einer Impaktoraustrittsöffnung. Auf diese Weise kann die Gefahr eines Zusetzens der Drainageöffnung durch die abgeschiedenen Verunreinigungen reduziert werden.
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Der Topfboden ist abgesehen von der gegebenenfalls vorhandenen Drainageöffnung vollständig geschlossen. Ferner ist der Topfboden zweckmäßig fest mit der Topfwand verbunden. Somit kann der Impaktor insgesamt ungesteuert ausgestaltet sein, so dass er insbesondere kein Steuerventil aufweist, beispielsweise um bedarfsabhängig eine zusätzliche Impaktoraustrittsöffnung freizugeben. Da auf ein derartiges Steuerventil beim ungesteuerten Impaktor verzichtet werden kann, zeichnet sich der hier verwendete Impaktor durch einen extrem einfachen Aufbau aus, so dass er preiswert herstellbar ist. Insbesondere kann der Impaktorkörper als einteiliges Spritzformteil aus Kunststoff hergestellt sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Topfboden zum Topfinnenraum hin konkav sein, wobei dann die Drainageöffnung zentral an der tiefsten Stelle des konkaven Topfbodens angeordnet ist. Der Topfboden kann dabei kegelförmig oder gewölbt sein.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Impaktorkörper eine Drainagekontur zum Führen von aus dem Gas abgeschiedenen Verunreinigungen aufweist, die sich an einer dem Topfinnenraum zugewandten Innenseite der Topfwand von der Topföffnung zum Topfboden erstreckt. Die Drainagekontur führt die Verunreinigungen von der Topföffnung entlang der Topfwand zum Topfboden. Dabei ist die Drainagekontur zweckmäßig so an der Topfwand positioniert, dass sie außerhalb der Impaktoraustrittsöffnungen verläuft und so die Verunreinigungen an den Impaktoraustrittsöffnungen vorbei vom Topfeinlass entlang der Topfwand zum Topfboden führt. Auf diese Weise kann eine nachteilige Wechselwirkung der in den Impaktor eintretenden Verunreinigungen mit den Impaktoraustrittsöffnungen reduziert werden.
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Zweckmäßig erstreckt sich die Drainagekontur geradlinig und vorzugsweise parallel zur Axialrichtung des Impaktorkörpers, also axial.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann sich die Drainagekontur von der Topföffnung bis zu einem die Kanalauslassöffnung einfassenden Öffnungsrand erstrecken. Somit übernimmt die Drainagekontur die Führung der Verunreinigungen bereits am Übergang zwischen Kanal und Impaktor.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Impaktorkörper im Bereich der Topföffnung einen außen umlaufenden Topfkragen aufweisen, der den Öffnungsrand der Kanalauslassöffnung radial überlappt. Die Drainagekontur kann sich nun von der Topföffnung entlang dieses Topfrands bis zum Öffnungsrand der Kanalauslassöffnung erstrecken. Hierdurch wird erreicht, dass die Verunreinigungen am Übergang zwischen Kanal und Impaktor bereits vor dem Impaktorinnenraum an der Drainagekontur gesammelt werden, so dass die gesamten Verunreinigungen weitgehend entlang der Drainagekontur geführt in den Topfinnenraum eintreten und zum Topfboden gelangen.
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Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der die Topfwand wenigstens zwei in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Wandabschnitte aufweist, nämlich wenigstens einen durch die Impaktoraustrittsöffnungen perforierten Wandabschnitt und wenigstens einen unperforierten Wandabschnitt. Der jeweilige perforierte Wandabschnitt kann sich beispielsweise über 30° in der Umfangsrichtung des Impaktorkörpers erstrecken. Vorzugsweise erstreckt sich der unperforierte Wandabschnitt über mindestens 45° oder über etwa 90° in der Umfangsrichtung des Impaktorkörpers. Bei dieser Ausführungsform sind die Impaktoraustrittsöffnungen ausschließlich in dem wenigstens einen perforierten Wandabschnitt vorgesehen, während die Drainagekontur ausschließlich in einem solchen unperforierten Wandabschnitt vorgesehen ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Drainagekontur die abgeschiedenen Verunreinigungen weitgehend ohne Wechselwirkung mit den Impaktoraustrittsöffnungen zum Topfboden führen kann.
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Bei einer anderen Weiterbildung kann die Drainagekontur in einem dem Kanal zugewandten Umfangsabschnitt der Topfwand angeordnet sein. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die vom Kanal kommenden Verunreinigungen bereits am Übergang zum Impaktor auf die Drainagekontur treffen, was deren Effizienz erhöht.
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Eine andere Weiterbildung schlägt vor, dass die Drainagekontur durch eine von der Innenseite der Topfwand radial nach innen abstehende Erhebung gebildet ist, zum Beispiel in Form eines Drainagestegs oder einer Drainagerippe. Alternativ kann die Drainagekontur auch durch eine an der Innenseite der Topfwand vorgesehene Vertiefung gebildet sein, zum Beispiel in Form einer Drainagerinne oder Drainagenut.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Impaktorkörper im Bereich der Topföffnung einen außen umlaufenden, radial abstehenden Topfkragen aufweisen, der einen axial abstehenden, umlaufenden Bund besitzt. Das Gehäuse kann im Bereich der Kanalauslassöffnung an einer dem Impaktor zugewandten Seite einen axial abstehenden, umlaufenden Steg aufweisen, der von einem die Kanalauslassöffnung einfassenden Öffnungsrand radial beabstandet ist. Das bedeutet, dass der umlaufende Steg konzentrisch zum Öffnungsrand umläuft. Der Bund des Topfkragens fasst den Steg radial außen ein. Vorzugsweise stehen der Bund und der Steg radial miteinander in Kontakt, wodurch der Impaktorkörper im Bereich der Topföffnung relativ zur Kanalauslassöffnung zentriert ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Impaktorkörper mittels mehrerer Positionierelemente, die insbesondere integral am Gehäuse ausgeformt sein können, relativ zur Kanalauslassöffnung zentriert und positioniert sein. Zweckmäßig wirken die Positionierelemente dabei im Bereich des Topfbodens mit dem Impaktorkörper zusammen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann zumindest eines dieser Positionierelemente außerdem zur Drehlagenfixierung des Impaktorkörpers relativ zur Kanalauslassöffnung mit dem Impaktorkörper zusammenwirken. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der Positionierelemente eine radial offene Nut aufweist, in die eine am Impaktorkörper radial abstehende Feder radial eingreift, so dass die Drehlage des Impaktorkörpers relativ zur Kanalauslassöffnung fixiert ist. Zweckmäßig kann die jeweilige Feder in einem unperforierten Wandabschnitt der vorstehend beschriebenen Art angeordnet sein. Insbesondere können die vorstehend genannte Drainagekontur und die Feder radial zueinander fluchten.
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Beispielsweise kann die Topfwand zwei diametral gegenüberliegende perforierte Wandabschnitte und zwei diametral gegenüberliegende unperforierte Wandabschnitte aufweisen.
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Die Abscheideeinrichtung ist zweckmäßig außerdem mit einem Antrieb ausgestattet, der antriebsmäßig mit dem Laufrad verbunden ist und zum Antreiben des Laufrads dient. Beispielsweise umfasst der Antrieb einen Elektromotor.
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Eine erfindungsgemäße Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ist mit einer Abscheideeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet und weist eine Saugleitung auf, die an den Gehäuseeinlass angeschlossen ist und die mit einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine fluidisch verbindbar ist. Im Betrieb der Abscheideeinrichtung, also bei rotierendem Laufrad wird am Kanaleinlass und somit am Gehäuseeinlass ein Unterdruck erzeugt, der über die Saugleitung zum Absaugen der Blow-by-Gase genutzt werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet, wobei die Saugleitung fluidisch mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden ist. Dabei ist klar, dass die Saugleitung nicht unmittelbar an das Kurbelgehäuse angeschlossen sein muss. Üblicherweise wird die Saugleitung an eine Zylinderkopfhaube angeschlossen, wobei innerhalb des Motorblocks eine fluidische Verbindung zwischen einem Innenraum der Zylinderkopfhaube und dem Kurbelgehäuse geschaffen wird.
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Die Anordnung von Kanal und Laufrad ist zweckmäßig als Seitenkanalverdichter ausgestaltet, der sich dadurch charakterisiert, dass der Kanal einen ringförmig umlaufenden Kernbereich, in dem die Laufschaufeln rotieren, sowie axial daran anschließend beidseitig sowie radial Seitenbereiche aufweist, die sich jeweils nur in einem Förderabschnitt befinden, der sich in der Umfangsrichtung und im Drehsinn des Laufrads vom Kanaleinlass bis zum Kanalauslass entlang des Kanals erstreckt. Im Unterschied dazu fehlen diese Seitenbereiche in einem Totabschnitt des Kanals, der sich in der Umfangsrichtung in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanalauslass zum Kanaleinlass erstreckt, so dass in diesem Totabschnitt nur der Kernbereich des Kanals vorliegt.
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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,
- 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, die eine Abscheideeinrichtung aufweist,
- 2 eine Schnittansicht der Abscheideeinrichtung,
- 3 eine isometrische Schnittansicht der Abscheideeinrichtung im Bereich eines Impaktors,
- 4 eine andere isometrische Schnittansicht der Abscheideeinrichtung im Bereich des Impaktors.
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Entsprechend 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 in üblicher Weise einen Motorblock 2, der zumindest einen Zylinder 3 enthält, in dem ein Kolben 4 hubverstellbar angeordnet ist. Der jeweilige Kolben 4 ist über eine Pleuelstange 5 mit einer Kurbelwelle 6 antriebsverbunden, die in einem Kurbelgehäuse 7 des Motorblocks 2 bzw. der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist. Das Kurbelgehäuse 7 weist an seiner Unterseite in üblicher Weise eine Ölwanne 8 auf, in der sich ein Ölsumpf 9 befindet. Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Frischluftanlage 10 zum Zuführen von Frischluft zu den Zylindern 3 sowie eine Abgasanlage 11 zum Abführen von Verbrennungsabgasen aus den Zylindern 3 auf. Üblicherweise weist die Brennkraftmaschine 1 mehrere Zylinder 3 auf. Im Beispiel ist die Brennkraftmaschine 1 als aufgeladene Brennkraftmaschine ausgestaltet, die eine Ladeeinrichtung, beispielsweise in Form eines Abgasturboladers 12, aufweist. Der Abgasturbolader 12 weist in üblicher Weise eine in der Abgasanlage 11 angeordnete Turbine 13 und einen in der Frischluftanlage 10 angeordneten Verdichter 14 auf, die innerhalb des Turboladers 12 antriebsmäßig miteinander verbunden sind.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 15 ausgestattet, um Blow-by-Gas, das während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 vom jeweiligen Zylinder 3 am jeweiligen Kolben 4 vorbei in das Kurbelgehäuse 7 gelangt, abzuführen und zum Beispiel der Frischluftanlage 10 zuzuführen. Ferner sollen dabei im Blow-by-Gas mitgeführte Verunreinigungen, vor allem das darin mitgeführte Öl abgeschieden und der Ölwanne 8 bzw. dem Ölsumpf 9 rückgeführt werden. Hierzu ist die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 15 mit einer Abscheideeinrichtung 16 ausgestattet, deren Gehäuse 17 einen Gehäuseeinlass 18 für zu reinigendes Gas, einen Gehäuseauslass 19 für gereinigtes Gas und außerdem einen Rückführanschluss 20 für abgeschiedene Verunreinigungen aufweist. Eine Saugleitung 21 ist an den Gehäuseeinlass 18 angeschlossen und fluidisch mit dem Kurbelgehäuse 7 verbunden. Im Beispiel der 1 ist die Saugleitung 21 vereinfacht dargestellt mit dem Kurbelgehäuse 7 direkt verbunden. Üblicherweise ist die Saugleitung 21 einlassseitig jedoch an eine Zylinderkopfhaube angeschlossen, wobei dann innerhalb des Motorblocks 2 eine fluidische Verbindung zwischen Kurbelgehäuse 7 und einem von der Zylinderkopfhaube umschlossenen Innenraum vorhanden ist. Eine Druckleitung 22 verbindet den Gehäuseauslass 19 mit der Frischluftanlage 10, zweckmäßig vor bzw. stromauf des Verdichters 14. Schließlich ist eine Rücklaufleitung 23 vorgesehen, um den Rücklaufanschluss 20 mit der Ölwanne 8 zu verbinden. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 bzw. im Betrieb der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 15 wird Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 7 durch die Saugleitung 21 angesaugt. In der Abscheideeinrichtung 16 erfolgt die Abscheidung von im Gas mitgeführten Verunreinigungen. Über die Druckleitung 22 wird das gereinigte Gas der Ansauganlage 10 zugeführt. Die abgeschiedenen Verunreinigungen, vorwiegend Öl, werden über die Rückführleitung 23 dem Ölsumpf 9 rückgeführt.
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Gemäß 2 weist die Abscheideeinrichtung 16 in ihrem Gehäuse 17 einen Sammelraum 24 für aus dem Gas abgeschiedene Verunreinigungen auf. An diesen Sammelraum 24 ist einerseits der Gehäuseauslass 19 und andererseits der Rückführanschluss 20 fluidisch angeschlossen. Der Rückführanschluss 20 ist hier mit Hilfe eines Steuerventils 25 gesteuert.
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Im Gehäuse 17 ist außerdem ein ringförmiger Kanal 26 ausgebildet, der einen Kanaleinlass 27 fluidisch mit einem Kanalauslass 28 verbindet. Der Kanaleinlass 27 ist fluidisch mit dem Gehäuseeinlass 18 verbunden. Im gezeigten Beispiel der 2 ist der Kanaleinlass 27 durch den Gehäuseeinlass 18 gebildet. Der Kanaleinlass 27 erstreckt sich somit vom Gehäuseeinlass 18 bis zum Kanal 26. Ferner ist der Kanalauslass 28 fluidisch mit dem Gehäuseauslass 19 verbunden, dabei befindet sich bezüglich einer in 2 durch Pfeile dargestellten Gasströmung 29 der Kanalauslass 28 stromauf des Sammelraums 24, während der Gehäuseauslass 19 stromab des Sammelraums 24 angeordnet ist. Konzentrisch zum Kanal 26 ist im Gehäuse 17 außerdem ein Laufrad 30 vorgesehen, das um eine Rotationsachse 31 drehbar gelagert ist und das mehrere Laufschaufeln 32 aufweist, die im Kanal 26 angeordnet sind. Zum Antreiben des Laufrads 30 ist hier außerdem ein Antrieb 33 vorgesehen, der im Beispiel mit einem Elektromotor ausgestattet ist. Eine Antriebswelle 34 des elektromotorischen Antriebs 33 ist im Beispiel unmittelbar drehfest mit dem Laufrad 30 verbunden. Bei rotierendem Laufrad 30 bewegen sich die Laufschaufeln 32 in der Umfangsrichtung im Kanal 26.
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Im Gehäuse 17 ist außerdem stromab des Kanals 26 und stromauf des Sammelraums 24 ein Impaktor 35 angeordnet, der eine Impaktoreintrittsöffnung 36 und mehrere Impaktoraustrittsöffnungen 37 aufweist. Gemäß den 2 bis 4 weist der Kanalauslass 28 eine Kanalauslassöffnung 38 auf, die parallel zur Rotationsachse 31 offen ist. In der Folge kann das Gas mit einem parallel zur Rotationsachse 31 orientierten Geschwindigkeitsvektor durch die Kanalauslassöffnung 38 strömen. Bei den hier gezeigten Beispielen ist die Kanalauslassöffnung 38 räumlich so zur Rotationsachse 31 angeordnet, dass sie im Betrieb weitgehend parallel zur Rotationsachse 31 durchströmt wird. Ferner ist bei den hier gezeigten Beispielen die Kanalauslassöffnung 38 so ausgerichtet, dass sie in einer in 2 angedeuteten Ebene 39 liegt, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse 31 erstreckt.
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Gemäß den 3 und 4 weist der Impaktor 35 einen topfförmigen Impaktorkörper 40 auf, der eine Längsmittelachse 41 besitzt. Der Impaktorkörper 40 weist einen Topfinnenraum 42, eine den Topfinnenraum 42 einfassende und radial begrenzende Topfwand 43, einen den Topfinnenraum 42 axial begrenzenden Topfboden 44 und eine dem Topfboden 44 axial gegenüberliegende Topföffnung 45 auf. Im Zusammenhang mit dem Impaktor 35 beziehen sich die Begriffe „axial“ und „radial“ sowie „Umfangsrichtung“ auf die Axialrichtung des Impaktorkörpers 40, die durch dessen Längsmittelachse 41 definiert ist. Die Axialrichtung des Impaktorkörpers 40 verläuft parallel zur Längsmittelachse 41 des Impaktorkörpers 40. Die zugehörige Radialrichtung verläuft quer zur Axialrichtung. Die Umfangsrichtung rotiert um die Längsmittelachse 41 um.
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Die vorstehend genannten Impaktoraustrittsöffnungen 37 sind nun in der Topfwand 43 ausgebildet. Die Impaktoraustrittsöffnungen 37 durchdringen die Topfwand 43 radial. Bei den hier gezeigten Beispielen der 3 und 4 ist außerdem vorgesehen, dass der Impaktorkörper 40 radial außen für jede Impaktoraustrittsöffnung 37 ein Austrittsrohr 46 besitzt, das die jeweilige Impaktoraustrittsöffnung 37 radial verlängert, um eine konzentrierte, ausgerichtete Austrittsströmung mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Insofern können die Impaktoraustrittsöffnungen 37 auch als Austrittsdüsen bezeichnet werden. Die Impaktoraustrittsöffnungen 37 sind dabei auf eine Prallwand (nur in 3 angedeutet und dort mit 48 bezeichnet) ausgerichtet, an der die Strömungsumlenkung und die Hauptabscheidewirkung des Impaktors 40 erfolgt. Diese Prallwand kann grundsätzlich durch einen Wandabschnitt 47 des Gehäuses 17 gebildet sein, der den Impaktoraustrittsöffnungen 37 gegenüberliegt. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der ein in 3 mit unterbrochener Linie bereichsweise angedeuteter separater Körper eine solche Prallwand 48 bildet. Beispielsweise ist die Prallwand 48 als zylindrische Hülse konfiguriert, welche die ebenfalls zylindrische Topfwand 43 umhüllt. Außen an der Topfwand 43 sind radial abstehende Distanzelemente 49 vorgesehen, die einen radialen Abstand der Prallwand 48 gegenüber der Topfwand 43 einstellen. Die Prallwand 48 kann aus einem porösen oder faserhaltigen Werkstoff, beispielsweise aus einem Vliesmaterial bestehen.
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Die Impaktoreinlassöffnung 36 wird beim hier vorgestellten Impaktor 35 durch die Topföffnung 45 gebildet. Ferner ist der Impaktor 35 hier so im Gehäuse 17 angeordnet, dass die Topföffnung 45 parallel zur Rotationsachse 31 an die Kanalauslassöffnung 38 anschließt. Ferner ist der Impaktor 35 hier im Gehäuse 17 so angeordnet, dass sich die Längsmittelachse 41 des Impaktorkörpers 40 weitgehend parallel zur Rotationsachse 31 erstreckt. Es ist klar, dass Abweichungen zur exakten parallelen Ausrichtung zwischen der Längsmittelachse 41 und der Rotationsachse 31 tolerierbar sind, solange sie sich in einem Winkelbereich von ± 30°, vorzugsweise ± 15° und noch mal vorzugsweise ± 5° befinden.
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Während in 2 ein Beispiel für einen mit Hilfe eines Steuerventils 50 gesteuerten Impaktor 35 wiedergegeben ist, zeigen die 3 und 4 jeweils ein Beispiel für einen ungesteuerten Impaktor 35, der kein derartiges Steuerventil 50 aufweist. Während in den Beispielen der 3 und 4 der Topfboden 44 fest mit der Topfwand 43 verbunden ist, bildet bei dem Beispiel der 2 der Topfboden 44 einen Bestandteil eines Ventilglieds des Steuerventils 50 und ist axial relativ zur Topfwand 43 verstellbar. Bevorzugt sind die in den 3 und 4 gezeigten ungesteuerten Ausführungsformen.
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Gemäß den 3 und 4 besitzt der Topfboden 44 eine Drainageöffnung 51, durch die in den Topfinnenraum 42 gelangende Verunreinigungen aus dem Impaktorkörper 40 austreten und letztlich in den Sammelraum 24 gelangen können. Zweckmäßig besitzt die Drainageöffnung 51 einen größeren, vorzugsweise mindestens doppelt so großen Öffnungsquerschnitt wie die Impaktoraustrittsöffnungen 37. Ferner ist die Drainageöffnung 51 im Beispiel zentral im Topfboden 44 angeordnet, so dass sich die Längsmittelachse 41 durch die Drainageöffnung 51 hindurch erstreckt. Ferner ist der Topfboden 44 hier zweckmäßig zum Topfinnenraum 42 konkav ausgestaltet beispielsweise durch eine konische oder kegelförmige oder sphärisch gewölbte Geometrie.
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Von besonderer Bedeutung ist eine Ausführungsform, bei der gemäß 4 eine Drainagekontur 52 am Impaktorkörper 40 ausgebildet ist. Die Drainagekontur 52 dient zum gezielten Führen von aus dem Gas abgeschiedenen Verunreinigungen entlang der Topfwand 43 von der Topföffnung 45 zum Topfboden 44. Dementsprechend erstreckt sich die Drainagekontur 52 an einer dem Topfinnenraum 42 zugewandten Innenseite 53 der Topfwand 43 von der Topföffnung 45 bis zum Topfboden 44. Im Beispiel ist die Drainagekontur 52 geradlinig ausgestaltet und parallel zur Axialrichtung des Impaktorkörpers 40 ausgerichtet.
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Die Drainagekontur 52 erstreckt sich vorzugsweise von der Topföffnung 45 bis zu einem Öffnungsrand 54, der die Kanalauslassöffnung 38 einfasst. Zweckmäßig ist am Impaktorkörper 40 außerdem ein Topfkragen 55 ausgebildet, der sich im Bereich der Topföffnung 45 befindet und dabei außen umläuft. Im gezeigten Einbauzustand überlappt dieser Topfkragen 55 die Kanalauslassöffnung 38 radial. Somit kann sich die Drainagekontur 52 von der Topföffnung 45 entlang dieses Topfrands 55 bis zum Öffnungsrand 54 der Kanalauslassöffnung 38 erstrecken.
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Bei den hier gezeigten Beispielen der 3 und 4 weist die Topfwand 43 wenigstens zwei in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Wandabschnitte, nämlich zumindest einen durch die Impaktoraustrittsöffnungen 37 perforierten Wandabschnitt 56 und wenigstens einen unperforierten Wandabschnitt 57 auf. Bei den hier gezeigten Beispielen sind genau vier Wandabschnitte, nämlich jeweils genau zwei perforierte Wandabschnitte 56 und jeweils zwei unperforierte Wandabschnitte 57 ausgebildet. Dabei liegen sich die beiden perforierten Wandabschnitte 56 diametral gegenüber, während sich die beiden unperforierten Wandabschnitte 57 um 90° versetzt zu den perforierten Wandabschnitten 56 ebenfalls diametral gegenüberliegen.
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Die Impaktoraustrittsöffnungen 37 sind nun ausschließlich in den perforierten Wandabschnitten 56 ausgebildet, so dass die unperforierten Wandabschnitte 57 keine einzige Impaktoraustrittsöffnung 37 enthalten. Dafür ist die Drainagekontur 52 ausschließlich in einem der unperforierten Wandabschnitte 57 angeordnet. Ferner ist im Beispiel der 4 die Drainagekontur 52 in einem dem Kanal 26 zugewandten Umfangsabschnitt der Topfwand 43 angeordnet.
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Im Beispiel der 4 ist die Drainagekontur 52 durch eine von der Innenseite 53 der Topfwand 43 radial nach innen abstehende Erhebung gebildet, nämlich durch eine Drainagerippe bzw. durch einen Drainagesteg. Alternativ ist es ebenso möglich, die Drainagekontur 52 durch eine an der Innenseite 53 der Topfwand 43 vorgesehene Vertiefung auszubilden. Die Drainagekontur 52 bildet dann eine Drainagerinne oder Drainagenut.
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Gemäß den 3 und 4 weist der am Impaktorkörper 40 im Bereich der Topföffnung 45 außen umlaufende, radial abstehende Topfkragen 55 radial außen einen axial abstehenden, umlaufenden Bund 58 auf, der einen ringförmig umlaufenden Steg 59 radial außen einfasst. Dieser Steg 59 ist am Gehäuse 17 im Bereich der Kanalauslassöffnung 38 an einer dem Impaktor 35 zugewandten Seite 60 ausgebildet und steht davon axial ab und läuft um die Kanalauslassöffnung 38 konzentrisch um. Dabei ist der Steg 59 radial vom Öffnungsrand 54 beabstandet. Der Impaktorkörper 40 ist durch das Zusammenwirken von Bund 58 und Steg 59 im Bereich der Topföffnung 45 relativ zur Kanalauslassöffnung 38 positioniert.
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Gemäß den 3 und 4 sind am Gehäuse 17 mehrere Positionierelemente 61 integral ausgeformt, mit deren Hilfe der Impaktorkörper 40 im Bereich des Topfbodens 44 relativ zur Kanalauslassöffnung 38 zentriert und positioniert ist. Zumindest eines dieser Positionierelemente 61 dient gleichzeitig zur Drehlagenfixierung des Impaktorkörpers 40 relativ zum Gehäuse 17 und somit relativ zur Kanalauslassöffnung 38 bzw. relativ zum Kanal 26. Realisiert wird diese Drehlagenfixierung bei den hier gezeigten Beispielen dadurch, dass das jeweilige Positionierelement 61 eine radial offene Nut 62 aufweist, in die eine am Impaktorkörper 40 ausgebildete, radial abstehende Feder 63 radial eingreift. Hierdurch wird eine Nut-Feder-Verbindung geschaffen, die quer zu ihrer Längsrichtung eine formschlüssige Fixierung der Feder 63 in der Nut 62 erzeugt. Da die Längsrichtung dieser Nut-Feder-Verbindung im Beispiel axial zum Impaktorkörper 40 ausgerichtet ist, liegt quer dazu, also hier in Umfangsrichtung des Impaktorkörpers 40 die gewünschte formschlüssige Fixierung und somit die Drehlagenfixierung des Impaktorkörpers 40 vor. Die jeweilige Feder 63 beginnt hier am Topfboden 44 und erstreckt sich bis zur Topföffnung 45 bzw. bis zum Topfkragen 55. Hierdurch kann die radial abstehende Feder 63 über die gesamte axiale Höhe der Topfwand 43 außerdem zur radialen Abstützung der vorstehend genannten Prallwand 48 genutzt werden, so dass die Feder 63 insoweit dieselbe Funktion erfüllt wie die vorstehend genannten Distanzelemente 49. Die Feder 63 ist hierbei in einem Umfangsabschnitt des Impaktorkörpers 40 ausgebildet, der durch einen der beiden unperforierten Wandabschnitte 57 gebildet ist.
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Im Betrieb der Abscheideeinrichtung 16 kann bereits innerhalb des Kanals 26 eine gewisse Abscheidung der im Gas mitgeführten Verunreinigungen erfolgen. Hierbei handelt es sich vorwiegend um flüssige Verunreinigungen, die sich dann an einer den Kanal 26 begrenzenden Kanalwand sammeln und daran entlang in Richtung zum Kanalauslass 28 strömen. Am Übergang vom Kanalauslass 38 zum Impaktor 35 treffen die Verunreinigungen auf die Drainagekontur 52, welche die Verunreinigungen dann geführt zunächst zur Topföffnung 45 und dann entlang der Topfwand 43 bis zum Topfboden 44 führt. Dort können sich die Verunreinigungen sammeln und durch die Drainageöffnung 51 abfließen, ohne die Impaktoraustrittsöffnungen 37 zu beeinträchtigen.
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Der Kanal 26 und das Laufrad 30 mit dem zugehörigen Antrieb 33 bilden eine interne Fördereinrichtung zum Antreiben des Gases bzw. zum Erzeugen der Gasströmung 29, die im Gehäuse 17 der Fördereinrichtung 16 ausgebildet ist. Alternativ dazu kann auch eine externe Fördereinrichtung zur Anwendung kommen, bei der die Fördereinrichtung außerhalb des Gehäuses 17 angeordnet ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann die Abscheideeinrichtung 16 auch ohne eine solche interne oder externe Fördereinrichtung auskommen. Alle übrigen Merkmale des Impaktors 35 bleiben dabei im Wesentlichen unverändert.
