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Die Erfindung bezieht sich auf Separatoren und insbesondere
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auf einen Strömungsmittel-Zentrifugalseparator.
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Es ist häufig erforderlich, die Komponenten eines Strömungsmittelstroms
zur Abgabe eines im wesentlichen nicht verschmutzten Strömungsmittels zur weiteren
Verwendung zu separieren, wie dies zum Beispiel bei der Wasserreinigung, der Reinigung
von öl zur Verwendung in einer Kolbenbrennkraftmaschine oder dergleichen der Fall
ist. Bei dem öl einer Brennkraftmaschine ist es üblich, das öl durch ein öl filter
zu leiten, in dem die Partikel aus dem öl gefiltert werden, so daß im wesentlichen
sauberes öl an die Maschinenkolben abgegeben wird. Diese Filter haben bestimmte
Nachteile, da sich die Filterelemen--te häufig zusetzen und die Abgabe des öls an
die Kolben behindern; es ist auch möglich, daß die Filter keine ausreichende Reinigung
des öls durchführen. Die ölfilter müssen daher häufig ersetzt werden, da jede Störung
der Reinheit des öls, das zu den Kolben gelangt, eine ernsthafte Beschädigung der
Maschine hervorrufen kann, so daß die Nachteile schadhafter Filter klar erkennbar
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsmittelseparator
zu schaffen, der eine sichere Abtrennung störender Partikel in einem Strömungsmittel
ermöglicht, der über eine längere Zeitdauer ohne Wartung betrieben werden kann und
dessen Reinigung in einfacher Weise möglich ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch
1 angegebenen Merkmalc. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Der Zentrifugalseparator der Erfindung ermöglicht eine
wirksame
Abtrennung unerwünschter Komponenten aus einem Strömungsmittelstrom. Obwohl sich
die hier erläuterte besondere Anwendung auf die Kolben einer sennkraftmaschine bezieht,
ist ersichtlich, daß der Separator im wesentlichen immer dann angewendet werden
kann, wenn ein Strömungsmittelstrom zu separierende Komponenten aufweist.
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Der Separator hat ein Gehäuse mit einer Zentrifugalanordnung darin,
die mit einer Energiequelle wie einem Elektromotor oder dergleichen antriebsmäßig
verbunden ist. Das Gehäuse weist eine lösbare Abdeckplatte auf, die eine Strömungsmittel-Einlaßeinrichtung
aufweist, um einen ölstrom von außerhalb des Gehäuses in eine innere Kammer einzuleiten,
die in der Zentrifugalanordnung nahe deren Drehachse vorgesehen ist. Mehrere aufeinanderfolgende
Strömungsmittelkammern sind in der Zentrifugalanordnung vorgesehen, und der ölstrom
wird aufgrund der Schwerkraft zunächst von der inneren zentralen Kammer zu der untersten
Kammer geleitet. Wenn sich die Zentrifugalanordnung in dem Gehäuse dreht, werden
die schwereren Komponenten des Strömungsmittelstroms radial nach außen gegen den
Innenumfang der Außenwand der Zentrifugalanordnung geschleudert, und wenn die unterste
Kammer ausreichend mit öl bzw. Strömungsmittel gefüllt ist, bewegen sich die leichteren
Komponenten des Strömungsmittelstroms nach oben in die nächstfolgende Kammer. Diese
Separierung schwereren Komponenten des Strömungsmittelstroms von den leichteren
Komponenten wird in jeder aufeinanderfolgenden Kammer wiederholt, worauf ein im
wesentlichen sauberes Strömungsmittel von der Zentrifugalanordnung in das sie umgebende
Gehäuse abgegeben wird. Im Gehäuse ist eine Auslaßeinrichtung vorgesehen, um das
gereinigte öl an die Maschinenkolben oder dergleichen in üblicher Weise abzugeben.
Der Separator ermöglicht eine wirksame Reinigung des ihn durchlaufenden Strömungsmittelstroms
bzw. eine Separierung der schwereren Komponenten von den leichteren des Stroms,
wobei die leichteren Komponenten
abgegeben und die schwereren in
der Zentrifugalanordnung aufgefangen werden. Selbstverständlich wird es erforderlich
sein, die Abdeckplatte von dem Gehäuse zu entfernen, um Zugang zu der Zentrifugalanordnung
zu erhalten und Rückstände bzw. die schwereren Strömungsmittelkomponenten zu entfernen,
jedoch kann der Separator während relativ langer Perioden wirksam benutzt werden,
bevor solch eine Reinigung notwendig wird. Der Separator ist einfach und wirksam
im Betrieb und wirtschaftlich und haltbar in der Konstruktion.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig.,1 bis 3 beispielsweise
erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt des Zentrifugalseparators,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, und Fig. 3 einen Schnitt längs
der Linie 3-3 in Fig. 1.
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Der Zentrifugalseparator 10 weist ein stationäres Außengehäuse 12
mit einer Bodenplatte 14 und Seitenwänden 16 an deren Außenumfang auf. Eine zentrale
Vertiefung 18 ist in der Bodenplatte 14 zur Aufnahme einer Buchse 20 vorgesehen.
Das äußere Ende des Gehäuses i2 ist offen, und eine Motorbefestigungsplatte 22 ist
daran lösbar befestigt. Eine Dichtung 24, z.B. ein O-Ring oder dergleichen, ist
zwischen der Platte 22 und den Seitenwänden 16 angeordnet, um die Platte 22 lösbar
am Gehäuse 12 zu befestigen und einen Strömungsmittelaustritt dazwischen zu verhindern.
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Eine zentrale Bohrung 26 ist in der Platte 22 für einen später beschriebenen
Zweck vorgesehen. Ein nach oben ragender Vorsprung 28 ist an der Platte 22 in bekannter
Weise entweder einstückig mit dieser oder an dieser befestigt vorgesehen. Ein Kanal
30 verläuft in Längsrichtung durch den Vorsprung 28 und bildet einen Strömungsmitteleinlaß
in das Innere des Gehäuses 12; der Kanal 30 ist bei 32 erweitert und hat ein Innengewinde
zur Aufnahme eines Regelventils 34. Eine Hülse 36 verläuft radial außerhalb zum
Vorsprung 28 und ist mit einer Innenbohrung 38 versehen, die mit dem Kanal 30 in
Verbindung steht, um einen Strömungsmitteleinlaßkanal für den Separator 10 zu bilden.
Ein Ende einer Strömungsmittelleitung 40 ist mit dem äußeren Ende der Hülse 36 verbunden,
um einen Strömungsmittelstrom zu der Innenbohrung 38 zu leiten, wie später erläutert
wird.
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Eine Antriebstrommel 42 ist in dem Gehäuse 12 um ihre zentrale Achse
unabhängig vom Gehäuse 12 drehbar angeordnet. Die Trommel 42 hat eine im wesentlichen
kreisförmige Bodenplatte 44 mit einem Ring 46, der im wesentlichen senkrecht hierzu
um deren Außenumfang verläuft. Eine zentrale Achse 48 erstreckt sich von der Bodenplatte
44 axial nach außen und ist in der Vertiefung 18 zur drehbaren Lagerung der Trommel
42 im Gehäuse 12 aufgenommen.
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Eine zentrale Nabe 50 verläuft von der Bodenplatte 44
axial
nach innen und ist mit einer zentralen Bohrung 52 zur Aufnahme der Antriebswelle
54 einer Energiequelle wie eines Elektromotors 56 vorgesehen. Der Motor 56 kann
an der Befestigungsplatte 22 zum Beispiel durch Bolzen 57 befestigt sein. Der Querschnitt
des Außenumfanqs der Antriebswelle 54 kann zur Bildung einer Antriebsverbindung
entsprechend dem Querschnitt der Bohrung 52 ausgebildet sind; es ist auch möglich,
die Welle 54 in anderer Weise antriebsmäßig mit der Bohrung 52 zu verbinden, so
daß das Gehäuse 44 nach Einschalten des Motors 56 um seine zentrale Achse gedreht
werden kann.
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Eine mehrkammerige Separatoranordnung 58 ist in der Trommel 42 angeordnet
und weist eine erste Trennplatte 60 auf, an der sie von einer nach innen gerichteten
Ringschulter 62 am Innenunfang des Ringes 46 abgestützt wird; der Innenumfang der
Ringplatte 60 wird von einer nach außen gerichteten Ringschulter 64 am Außenumfang
der Nabe 50 abgestützt. Die Ringplatte 60 ist von der Bodenplatte 44 mit Abstand
angeordnet, so daß eine Strömungsmittelkammer G1 dazwischen gebildet wird. Ein nach
oben verlaufender kreisförmiger Flansch 66 ist an der Innenseite der Ringplatte
60 vorgesehen und hat einen geringen Abstand zu deren Außenumfang, wie Fig. 1 zeigt,
um den Außenumfang einer zweiten Ringplatte 68 abzustützen. Der Innenumfang der
Platte 68 greift dicht am Außenumfang einer Hülse 70 an, die konzentrisch um den
Außenumfang der Nabe 50 und zur Bildung einer zentralen Kammer 72 mit Abstand von
dieser angeordnet ist. Die Rinqplatte 68 isL von der Ringplatte 60 zur Bildung einer
Strömungsmittelkammer 74 dazwischen mit Abstand angeordnet. Der Außendurclimesser
der Itingplatte 68 ist vorzugsweise etwas gerirl»or als der der Rincplatte 60, und
ein nach oben verlaufender kreisförmiger Flansch 76 erstreckt sich von deren Innenseite
nach außen, um den Außenumfang einer d@itten Rincaplatte 78
abzustützen.
Der Innenumfang der Platte 78 greift dicht am Außenumfang der Hülse 70 an, und die
Platte 78 ist von der Platte 68 zur Bildung einer Strömungsmittelkammer 80 dazwischen
mit Abstand angeordnet. Der Außendurchmesser der Platte 78 ist vorzugsweise kleiner
als der Außendurchmesser der Platte 68, und eine weitere Ringplatte 82 ähnlich den
Platten 68 und 78 ist in gleicher Weise mit Abstand über der Platte 78 zur Bildung
einer weiteren Strömungsmittelkammer 84 dazwischen angeordnet. Eine weitere Ringplatte
86 ähnlich den Platten 82, 78 und 68 ist in gleicher Weise mit Abstand zur Platte
82 angeordnet, um dazwischen eine Strömungsmittelkammer 88 zu bilden.
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Die Hülse 70 ist entweder einstückig mit dem Innenumfang einer Abdeckplatte
90 ausgebildet oder an diesem befestigt.
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Die Platte 90 hat einen im wesentlichen zylindrischen Außenumfang
mit einem Durchmesser, der etwas geringer als der Innendurchmesser des Ringes 46
ist, um leicht in diesen eingesetzt werden zu können. Eine Dichtung wie ein O-Ring
92 ist zwischen dem Außenumfang der Abdeckplatte 90 und dem Innenumfang der Hülse
46 angeordnet, um die Abdeckplatte lösbar festzuhalten und einen Strömungsmittelaustritt
zu verhindern. Der Innenumfang des zylindrischen Teils der Abdeckplatte 90 hat einen
stufenförmigen Querschnitt komplementär zur Form des Außenumfangs der übereinandergestapelten
Platten 68, 78, 82 und 86 und liegt am Außenumfang jeder Platte an, um die Platten
in der gestapelten Lage festzuhalten, wie Fig. 1 zeigt. Die entrale Bohrung 94 ist
am oberen Ende der Abdeckplatte 90 vorgesehen und verläuft konzentrisch zur Nabe
50, um eine Verbindung zwischen der Kammer 72 und dem Äußeren der Trommel 42 herzustellen.
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Außerdem verläuft eine Leitung 96 vom Kanal 30 in die Kammer 72, um
die Leitung 40 mit der Kammer 72 für einen später erläuterten Zweck zu verbinden.
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Die unterste Platte 60 ist mit in Umfangsrichtung verteil-
ten
öffnungen 98 versehen, die im wesentlichen mit der Kammer 72 fluchten, um die Kammern
72 und 61 zu verbinden. Die Platte 60 ist außerdem mit außerhalb der öffnungen 98
angeordneten öffnungen 100 versehen, um die Kammern 61 und 74 zu verbinden. Die
Platte 68 ist mit in Umfangsrichtung verteilten und zu den öffnungen 100 versetzten
öffnungen 102 zur Verbindung der Kammern 74 und 80 versehen. Die Platte 78 ist in
ähnlicher Weise mit in Umfangsrichtung verteilten und zu den Öffnungen 102 versetzten
Öffnungen 104 zur Verbindung der Kammern 80 und 84 versehen. Die Platte 82 ist mit
in Umfangsrichtung verteilten und zu den öffnungen 104 versetzten öffnungen 108
zur Verbindung der Kammern 84 und 88 versehen. Die oberste Platte 88 ist mit in
Umfangsrichtung verteilten und zu den öffnungen 106 versetzten öffnungen 108 zur
Verbindung der Kammer 88 mit einer oberen Kammer 110 versehen, die zwischen der
Platte 86 und dem Innenumfang de-r Abdeckplatte 90 gebildet ist. Die Abdeckplatte
90 ist außerdem mit außerhalb der Hülse 70 liegenden öffnungen 11-2 versehen, um
die Kammer 110 und das-Äußere der Trommel 42 zu verbinden.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist die gesamte Trommel 42 von dem Gehäuse 12 und
der Motorbefestigungsplatte 22 umschlossen, und eine Strömungsmittelkammer 114 umgibt
die Trommel 42 vollständig. Die öffnungen 112 verlaufen zur Kammer 114, und eine
Auslaßöffnung 116¢ist in der Bodenplatte 14 zur Aufnahme eines Anschlußstutzens
118 vorgesehen, der eine Brennstoffleitung 120 mit der Auslaßöffnung 116 verbindet,
so daß öl zu den nicht gezeigten Kolben einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine
in übL1(w11cr Weise und für den üblichen-Zweck abgegeben werden kann.
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Der Separator 10 kann an der gewünschten Stelle zum Gebrauch in irgendeiner
geeigneten -Weise angeordnet werden, wobei das Gehäuse 12 bezüglich der leitungen
40 und 120 stationär gehalten wird. Das Strömungsmittel wie zu den
Kolben
strömendes Maschinenöl kann in die Kammer 72 über die Kanäle 38 und 30 und die Leitung
96 abgegeben werden.
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Das Regulierventil 34 kann in üblicher Weise zur Regulierung des ölstroms
durch die Kanäle und in die Kammer 72 eingestellt werden. Nach Einschalten des Motors
56 wird die Trommel 42 im Gehäuse 12 aufgrund der Verbindung zwischen der Antriebswelle
54 und der Bohrung 52 um ihre zentrale Achse gedreht. Der Motor 56 kann an eine
Energiequelle wie dem elektrischen System der Brennkraftmaschine angeschlossen sein.
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Das Strömungsmittel in der Kammer 72 fällt aufgrund der Schwerkraft
in die Kammer 61 und die Zentrifugalkräfte, die aufgrund der Drehung der Trommel
42 auf das Strömungsmittel in der Kammer 61 wirken, lassen die schweren Partikel
sich radial nach außen gegen den Innenumfang der Seitenwände 16 bewegen. Das Strömungsmittel
wird auch in der Kammer 61 umgewirbelt, und wenn der Strömungsmittelpegel in der
Kammer ansteigt, werden die leichteren Komponenten des Strömungsmittelstroms nach
oben durch die öffnungen 102 in die nächstfolgende Kammer 74 gedrückt.
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Das Strömungsmittel in der Kammer 74 erfährt die gleiche Behandlung
wie das in der Kammer 61 und steigt in die nächstfolgende Kammer 84 durch die öffnungen
104. Da sich das Strömungsmittel weiter durch die Separatoranordnung 58 bewegt,
wird das öl im wesentlichen sauber und partikelfrei von der Trommel 42 durch die
öffnungen 112 der Abdeckplatte 90 abgegeben. Das gereinigte öl wird in die Kammer
114 und von dieser durch die Auslaßöffnung 116 zu den Maschinenkolben abgegeben.
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Wenn das Innere des Separators 10 gereinigt werden muß, kann der Motor
56 in üblicher Weise abgeschaltet und die Befestigungsplatte 22 dadurch entfernt
werden! daß ein ausreichender manueller Druck ausgeübt wird, um die Reibungsverbindung
zwischen dem O-Ring 24 und den Seiten-
wände-n 16 zu überwinden
und damit Zugang zum Inneren des Gehäuses zu erhalten. Die Trommel 42 kann ggf.
aus dem Gehäuse 12 zum leichteren Zugang entfernt werden. Auch die Abdeckplatte
90 kann durch Ausüben einer ausreichenden manuellen Kraft zur Uberwindung der Verbindung
zwischen der Hülse 46 und der Platte 90 entfernt werden. Die Platten können aus
der gestapelten Lage entfernt werden, so daß die Reinigung des gesamten Inneren
der Trommel 42 erleichtert wird.
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Die Platten können wieder in ihre relativen gestapelten Lagen gebracht
werden, und auch die Platte 90 kann wieder eingesetzt werden, worauf die Trommel
42 wieder in das Innere des Gehäuses eingebracht und die Befestigungsplatte 22 wieder
auf das Gehäuse aufgesetzt werden kann. Die Arbeitsweise des Separators 10 kann
dann wieder in der zuvor erläuterten Weise aufgenommen werden.
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Aus der vorherigen Beschreibung ergibt sich somit, daß der Zentrifugalseparator
aus dem stationären Außengehäuse und der inneren Trommel besteht. Die Trommel ist
mit mehreren Strömungsmittelkammern versehen, um aufeinanderfolgend den Strömungsmittelstrom
aufzunehmen und zu zentrifugieren. Die aufeinanderfolgende Strömungsmittelbehandlung
beim Durchgang des Strömungsmittels durch die Kammern führt zu einer wirksamcn Separierung.
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