DE60215620T2

DE60215620T2 - Zentrifugaltrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60215620T2
Application number: DE60215620T
Authority: DE
Inventors: Leonard Andrew Dorchester SAMWAYS
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2001-01-13
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: ATE343428T1; EP1368128B1; US6984200B2; US20040152578A1; WO2002055207A1; EP1368128A1; DE60215620D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung zum Trennen von teilchenförmigen bzw. Partikelverunreinigungen von Flüssigkeiten, wie beispielsweise Motorschmiermitteln, die durchgeleitet werden, um eine Reinigung zu bewirken, und betrifft insbesondere Rotormittel, die in derartigen Apparaten bzw. Vorrichtungen verwendet werden, um die tatsächliche Trennung und Zurückhaltung derartiger Kontaminationen bzw. Verunreinigungen durchzuführen.
Eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung ist gut bekannt zur Verwendung in den Schmierungssystemen von Fahrzeugverbrennungsmotoren als effiziente Mittel zum Entfernen sehr kleiner teilchenförmiger Verunreinigungen von dem konstant im Kreislauf geführten flüssigen Schmiermittel über eine lange Periode eines Betriebs, wobei derartige teilchenförmige Verunreinigungen vom Abrieb der metallischen Komponenten des Motors, einer Zersetzung des Schmiermittels und Produkten einer Verbrennung entstehen.
Eine derartige Zentrifugaltrennungsvorrichtung ist manchmal als der sedimentierende Festwandtyp bekannt, in welchem abgetrennte Feststoffe innerhalb der Rotormittel als ein Sediment gegen eine undurchlässige radial äußere Seitenwand davon zurückgehalten werden, und verschieden vom sogenannten filternden Typ mit perforierter Wand, in welchem die Feststoffe durch die Maschen einer perforierten radial äußeren Seitenwand gehalten werden, während Flüssigkeit dadurch durchtritt.
Insofern derartige Separatoren für ein Reinigen einer Flüssigkeit verantwortlich sind, welche in jedem Fall bei er höhtem Druck im Kreislauf geführt wird, hat sich die Technik auf ein Verwenden eines derartigen Schmiermitteldrucks konzentriert, um eine Rotation von Teilen zu bewirken, die verantwortlich sind, um zentrifugale Kräfte zu erzeugen bzw. zu generieren, und als solches beinhaltet sie Rotormittel, umfassend einen im wesentlichen geschlossenen Behälter oder Kanister, der zu einer Drehung um eine Rotationsachse in einem Gehäuse abgestützt bzw. getragen ist bzw. wird, und mit dem flüssigen Schmiermittel bei erhöhtem Druck an der Achse gespeist wird. Der Kanister wird mit der Flüssigkeit gefüllt und nimmt einen merklichen Innendruck an, bevor Flüssigkeit von der Basis (oder einer anderen Umfangswand) des Kanisters über tangential gerichtete Strahlreaktionsdüsen getrieben wird, wobei die Reaktion auf die Ausstoßung den Rotorkanister und die Flüssigkeit darin veranlaßt, bei hoher Geschwindigkeit bzw. Drehzahl um die Achse zu drehen, und dadurch die festen Partikel zwingt, von der Flüssigkeit zu wandern, die durch den Kanister durchtritt, und sich in einer zusammenhängenden Masse an den Umfangswänden anzuhäufen, die von der Rotationsachse beabstandet sind. Die Reaktionsdüsen, die im wesentlichen tangential in bezug auf die Rotationsachse wenigstens in einer Ebene senkrecht zur Achse gerichtet sind, definieren eine Reaktionsturbine.
Es wird anerkannt bzw. geschätzt werden, daß der Wirkungsgrad einer Trennung unter anderem abhängig ist von einer Schaffung der Bedingungen, in welchen jegliches, von einer Flüssigkeit mitgerissenes Teilchen radial zur nächsten Ablagerungsoberfläche wandern kann, und eine Funktion der Kraft, die auf ein derartiges Teilchen wirkt, und der Zeit ist, für welche es wirken kann. Das Erstere ist eine Funktion einer Rotationsrate bzw. -geschwindigkeit und eines Abstands von der Rotationsachse. Das Letztere ist eine Funktion der Zeit, die gebraucht wird, um die Flüssigkeit mitzunehmen, um durch den Rotorkanister hindurchzutreten (auch die Verweilzeit genannt), und der Nähe der Ablagerungsoberfläche, und kann hinsichtlich einer effektiven bzw. wirksamen Verweilzeit betrachtet werden, d.h. eines Beeinflussens des Beitrags der tatsächlichen Verweilzeit, indem die verunreinigte Flüssigkeit relativ zu einer geeigneten Ablagerungsoberfläche positioniert wird. Jedoch sind sowohl die Rotationsdrehzahl des Rotorkanisters und der enthaltenen Flüssigkeit als auch die Rate, bei welcher Flüssigkeit durchgeleitet und daraus ausgestoßen wird, abhängig vom Druckabfall zwischen den Kanisterinhalten und dem Gehäuse und von den Abmessungen der Düsen, innerhalb der Beschränkungen derartiger Düsenabmessungen, die ein ausreichendes Drehmoment von der Turbine bereitstellen, um einen Trägheits- und Reibungswiderstand gegenüber einem Beginn und einer Fortsetzung einer Drehung zu überwinden.
In einer Verbrennungskraftmaschine, wo Schmiermittel unter einem ursprünglichen (gepumpten) Druck in einem Bereich von ungefähr 2 bis 6 bar im Kreislauf geführt wird, der mit Betriebsbedingungen variiert, können ein Kanister von relativ mäßigem Durchmesser, beispielsweise 10 bis 15 cm, und Reaktionsturbinendüsen eine Rotationsdrehzahl im Bereich von 4000 bis 9000 U/min erzielen, was ausreichend ist, um die relativ dichten Verunreinigungen von Schmiermittelrückstand und Metallteilchen zu entfernen, die traditionell bzw. herkömmlicherweise als Hauptschaden für den Motor betrachtet werden.
Beispiele einer derartigen Reaktionsturbinenzentrifugaltrennung sind in GB 745377 , GB 2328891 , US 5575912 und US 5906733 gezeigt, und es kann gesehen werden, daß, wie Entwicklungen gemacht worden sind, um eine Wirksamkeit einer Trennung und einen Bereich einer Trennbarkeit zu erhöhen, der Grad an struktureller Komplexität auch zugenommen hat, nicht zuletzt beim Optimieren einer wirksamen Verweildauer und/oder einem Plazieren der Flüssigkeit, um Kräfte, die auf mitgerissene Verunreinigungen wirken, hinsichtlich der beschränkten verfügbaren Rotationskräfte zu maximieren.
Dies ist insbesondere wahr hinsichtlich der dualen bzw. doppelten Ziele eines Ableitens einer maximalen Rotationsenergie von der Flüssigkeit, die durch den Rotor durchtritt, während darin Bedingungen zur Verfügung gestellt werden, die für eine Zentrifugaltrennung von Verunreinigungspartikeln niedriger Dichte, wie beispielsweise Ruß, erforderlich und geeignet sind. Solche bzw. derartige Verunreinigungen werden nun als eine wichtige Ursache von Motorverschleiß gesehen, insbesondere in Kompressionszündungs- bzw. Dieselmotoren, und erfordern, daß das Schmiermittel mit größerer effektiver Verweilzeit bereitgestellt wird und/oder größeren Zentrifugalkräften als bisher unterworfen wird, ungeachtet dessen, daß ein Bereitstellen derartiger Bedingungen in diesen Anordnungen auch dazu tendiert, einem wirksamen Fluß von Flüssigkeit durch den Kanister entgegenzuwirken.
Ein Erhalten einer größeren Rotationsrate von einer derartigen Reaktionsturbine macht ein Ausstoßen von Flüssigkeit bei einer größeren Rate notwendig, indem der Druck erhöht wird und/oder indem die Verweilzeit verkürzt wird oder indem das Volumen an enthaltener Flüssigkeit erhöht wird, während ein Versuchen, die die Verunreinigung mitreißende Flüssigkeit zu veranlassen, den Kanister bei einem größeren radialen Abstand von der Achse zu durchqueren, durch die Tatsache schwierig gemacht wird, daß der rotierende Flüssigkeitsinhalt des Kanisters einen radialen Druckgradienten erzeugt, um neu eingebrachte Flüssigkeit weg von dem radial äußeren Bereich einer maximalen Zentrifugalkraft zu halten (wenn nicht interne Strukturen bereitgestellt werden, die zur Komplexität beitragen und/oder Energie von der Drehung verbrauchen). Deshalb ist ein Optimieren eines derartigen Rotorkanisters nicht eine Angelegenheit eines einfachen Erhöhens der radialen Abmessungen des Kanisters, sondern eines Bewirken eines Kompromisses, der trotzdem ein Halten in dem Kanister bei einem hohen Druck eines relativ großen Volumens des flüssigen Schmiermittels beinhaltet, um ihm zu ermöglichen, eine bedeutsame wirksame bzw. effektive Verweilzeit aufzuweisen, während es einem gewundenen Pfad folgt, der ein austauschendes Potential und kinetische Energie involviert bzw. mit sich bringt, bis es mit ausreichend Energie zur Rotationserzeugung ausgestoßen wird.
US 6017300 erklärt insbesondere in gewissem Detail, daß für ein richtiges bzw. ordnungsgemäßen Trennen von sehr leichtgewichtigen Rußpartikeln bzw. -teilchen, die das flüssige Schmiermittel als Produkte einer Verbrennung verunreinigen können, die Teilchen höheren Zentrifugalkräften zu unterwerfen sind, als sie ohne weiteres von derartigen traditionellen Reaktionsturbinen-Antriebszentrifugal-Trennungsanordnungen verfügbar sind, zusammen mit einer längeren Verweilzeit, und schlägt vor, auf der komplexen Konusstapelanordnung von US 5575912 durch eine externe Impulsturbine aufzubauen, wobei die Letztere für einen Betrieb hoher Rotation sorgt und gesondert von der Flüssigkeit zur Reinigung im Behälter ist, wobei dies der verunreinigten Flüssigkeit erlaubt, eine längere Verweilzeit aufzuweisen.
Ein Abtrennen von Verunreinigungen niedriger Dichte von konstanten Strömen einer Flüssigkeit mit hohem Druck ist nicht die einzige Situation, für welche traditionelle Zentrifugalseparatordesigns nicht adäquat sind. Beispielsweise wird, wie in US 5906733 beschrieben, wo die Flüssigkeit, die zu reinigen ist, nur indirekt von einem Kreislauf, entweder bei niedrigem Druck oder intermittierend hohen Drucks abgeleitet wird, ein gesonderter Strom bzw. Fluß der Flüssigkeit hohen Drucks verwendet bzw. eingesetzt, um eine Drehung des Kanisters zu bewirken, während die Flüssigkeit, die zu reinigen ist, bei niedrigerem Druck und/oder niedriger Rate durchfließen kann, wobei der separate bzw. abgetrennte Flüssigkeitsstrom eine Rotation über direkte Reaktionsstrahldüsen in dem Behälter oder als eine Impulsturbine bewirkt, die externe Schaufeln verwendet, gegen welche Flüssigkeit von stationären Düsen gelenkt wird.
Insofern diese modifizierten Designs noch das Prinzip eines Definierens eines Rotorbehälters einsetzen, dessen radiale Abmessungen für Zentrifugalkräfte auf durch die Flüssigkeit mitgerissene Partikel optimiert werden und funktionieren, indem er mit der verunreinigten Flüssigkeit gefüllt wird und dann eine Rotation bei geeigneter Drehzahl bewirkt wird, zeigen sie noch merkliche Rotorbehälterträgheit und müssen, um Energie bereitzustellen, Reibungs- und andere Verluste überwinden, wobei sie eine langsame Antwort, insbesondere in Start-Stop-Situationen zur Verfügung stellen.
Es ist bekannt, eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung bereitzustellen, wobei rotierende Behälter, durch welche verunreinigte Flüssigkeiten durchgeleitet werden, um dichte feste Bestandteile abzutrennen und zurückzuhalten, ange ordnet sind, um nicht mit Flüssigkeit bei erhöhtem Druck gefüllt zu werden, wobei sie auf eine relativ dünne ringförmige Zone durch die Zentrifugalkräfte beschränkt ist, die aus einer Rotation entstehen.
Es ist aus US-A-3572582 bekannt, eine Zentrifugaltrennung von festen Verunreinigungen und Gasen aus Kraftstoff bereitzustellen, der an ein Flugzeugtriebwerk zuzuführen ist. Eine Anordnung wird beschrieben, in welcher ein Gehäuse ein Getriebe, das mit dem rotierenden Triebwerk des Flugzeugs gekoppelt ist, um einen Zentrifugenbehälter bei hoher Drehzahl zu rotieren, durch welchen flüssiger Kraftstoff gezwungen wird durchzutreten, und eine Pumpe zum Sammeln von Flüssigkeit aus dem Gehäuse und Bereitstellen eines Abgabedrucks enthält, um das Triebwerk zu speisen. Obwohl die Anordnung fähig ist, verschiedene Ausrichtungen bzw. Orientierungen und Stellungen mit dem Flugzeug anzunehmen, ist bzw. wird beabsichtigt, daß der Behälter überwiegend um eine im wesentlichen horizontale Rotationsachse mit der Pumpe unter ihm rotiert, um Flüssigkeit zu empfangen, die aus dem Behälter fließt. Der Behälter umfaßt ein offenendendes zylindrisches Schalenteil, das durch eine undurchlässige Seitenwand ausgebildet ist, innerhalb welcher eine ringförmige Trennungs- und Aufnahmezone ist, wobei die Dicke der Zone durch ein Wehr am offenen Ende des Behälters definiert ist, das einen Auslaßdurchtritt für die Flüssigkeit bereitstellt. Koaxial in Linie mit dem Trennungs- und Aufnahmeteil und rotierbar damit ist ein Einlaßbehälterteil, das eine zylindrische Wand aufweist, die zur Rotationsachse schaut bzw. gerichtet ist, und auf deren eines Ende die verunreinigte Flüssigkeit gesprüht bzw. gespritzt wird. Eine eingestellte bzw. nach innen gerichtete Lippe an dem einen Ende beschränkt die gesprühte bzw. gespritzte Flüssigkeit, sich als eine Haut auf der Wandfläche zu sammeln, die hier durch Zentrifugalkraft gehalten wird und Gasen erlaubt, sich radial nach innen abzutrennen und entlang eines Entlüftungsrohrs durch das Trennungs- und Aufnahmeteil durchzutreten. Die Zentrifugalkraft einer Rotation veranlaßt die Flüssigkeit, die zu der Wand zuzuführen ist sich auszubreiten, und am anderen Ende erstreckt sich ein Feld bzw. Array von Leitungen radial nach außen, um die Flüssigkeit zur Trennungs- und Aufnahmezone zuzuführen, wo die Zentrifugalkräfte einer Rotation dichtere Partikel von der Flüssigkeit abtrennen, der gestattet wird, über das Auslaßwehr in das Gehäuse zu passieren bzw. durchzutreten. Die zylindrische Wand des Trennungs- und Aufnahmeteils und das Wehr, das Verunreinigungen zurückhält, werden aus einer entfernbaren bzw. demontierbaren Auskleidung gebildet. Obwohl das Trennungs- und Aufnahmebehälterteil mit nur einer relativ dünnen ringförmigen Zone arbeitet, die durch Flüssigkeit darin besetzt bzw. eingenommen ist, und die Wand einem geringeren Druck unterworfen wird, als wenn gefüllt ist bzw. wird, ist dies eine mechanisch komplexe Einheit, welche, indem sie von der reichlichen Betriebsleistung von dem Fahrzeugtriebwerk Gebrauch macht, groß und kostspielig ist und nicht für andere Fahrzeugumgebungen geeignet ist, wo Kosten, Größe und Flexibilität einer Implementierung bestimmende Faktoren sind.
Es ist auch aus US-A-1811157 bekannt, eine Zentrifugaltrennung von festen Verunreinigungen aus einem Schmieröl in einem Behälter bereitzustellen, der nur teilweise mit der Flüssigkeit gefüllt arbeitet. Zwei Platten, die sich transversal zu einer und rotierbar um eine vertikale Achse erstrecken, sind voneinander entlang der Achse beabstandet, um einen sich radial erstreckenden Durchtritt für Flüssig keit zu definieren. Die untere Platte ist nach oben an ihrem radial äußeren Rand gedreht, um eine Wand mit einer wiedereintretenden Lippe oder einem Wehr auszubilden und eine Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone zu definieren, die der nach oben gedrehten bzw. gewandten Wand benachbart ist, und die obere Platte ist an ihrem Zentrum offen, um verunreinigte Flüssigkeit über ein sich nach oben erstreckendes rohrförmiges Glied zu empfangen bzw. zu erhalten. Das rohrförmige Glied ist an seinem oberen Ende mit einer koaxialen Impulsturbine gekoppelt, die durch Schaufeln definiert ist, die angeordnet sind um, und beabstandet von der vertikalen Achse, so daß ein freier Strahl der verunreinigten Flüssigkeit, die zu den Schaufeln gerichtet ist, eine Rotation des Apparats bzw. der Vorrichtung bewirkt, und die verbrauchte Flüssigkeit entlang des rohrförmigen Glieds zur rotierenden unteren Platte fällt, woraufhin sie durch eine Zentrifugalkraft einer Drehung durch die Lücke bzw. den Spalt zwischen den beabstandeten Platten zu der nach oben gedrehten Wand geschleudert wird, wo dichtere Verunreinigungen von der Flüssigkeit abgetrennt werden, welche über die nach oben gedrehte Lippe fließt und ausgebracht wird. Da die Lippe der Flüssigkeit gestattet, rascher ausgetragen zu werden als eine Zufuhr, wird nur die Zone benachbart der nach oben gedrehten Wand mit Flüssigkeit gefüllt. Flüssigkeitsdrücke, die durch die Komponenten erfahren werden, sind niedriger als in gefüllten Behältern und entscheidend gibt es weniger Flüssigkeit, die durch die begrenzte Energie bzw. Leistung zu rotieren ist, die von der Flüssigkeit selbst verfügbar ist. Jedoch verwendet, während eine derartige Anordnung strukturell einfach ist und nicht eine gesonderte Quelle an Rotationsenergie erfordert, sie eine Rotationsanziehung auf die Flüssigkeit, die ihre Fähigkeit beeinträchtigt, in verschiedenen Stellungen zu funktionieren.
Dokumente des Standes der Technik von weiterer Bedeutung sind FR 1089071 , DE 19715661 , DE 966346 , GB 2098098 , GB 278161 und DE 616397 . All diese Dokumente beschreiben zylindrische Zentrifugalseparatoren, die adaptiert sind, teilchenförmiges Material von Öl in Verbrennungskraftmaschinen abzutrennen, und eine Vielfalt von verschiedenen Merkmalen bzw. Eigenschaften aufweisen. Somit:

– beschreibt FR 1089071 die Bereitstellung einer labyrinthartigen Anordnung, durch welche Öl fließt bzw. strömt und in welcher ein Reinigen davon auftritt,
– beschreibt DE 19715661 einen Rotor für einen Zentrifugalseparator, der aus Kunststoff hergestellt ist und verstärkende bzw. Verstärkungsrippen aufweist, welche einen Ölfluß erleichtern,
– beschreibt GB 2098098 eine Anordnung, wodurch die Rotationsachse der Zentrifuge zwei konzentrische Strömungs- bzw. Flußkanäle beinhaltet, wobei einer Fluid erlaubt, in den Separator einzutreten, und der andere dem gereinigten Fluid erlaubt, zum Motor zurückgeführt zu werden,
– zeigt GB 278161 einen Separator, der einen fixierten Rand bzw. Saum oder eine abhängige Unterteilungswand aufweist, gegen welche axial und zugeführtes Fluid zuerst radial ausgestoßen wird, bevor es über den unteren freien Rand des Saums in eine Abtrennungskammer durchgeleitet wird, in welcher ein Reinigen des Fluids auftritt; dieses Fluid entweicht dann durch einen Auslaßdurchtritt, der radial nahe sowohl zum geschlossenen Ende des Saums als auch der Rotationsachse des Separators angeordnet ist; zusätzlich beschreibt dieses Dokument, daß der Saum radial zu seinem freien Ende divergiert, über welches Fluid fließt bzw. strömt; und
– ist DE 616397 eine alternative labyrinth-artige Anordnung, wodurch Fluid unter Druck in den Separator an einer Stelle entfernt von der Rotationsachse beaufschlagt wird und unter Druck gezwungen wird, sich durch den labyrinth-artigen Durchgang zur Rotationsachse zu bewegen, an welcher ein geeigneter Durchgang dem gereinigten Fluid erlaubt, von der Vorrichtung entfernt zu werden.

Es ist ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, Zentrifugaltrennungsrotormittel für eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung bereitzustellen, die geeignet ist zum Abtrennen von teilchenförmigen Verunreinigungen niedriger Dichte aus einem im Kreislauf geführten bzw. zirkulierten Schmiermittel einer Verbrennungskraftmaschine, welche einen Nachteil von bekannten Details mildert. Es ist auch ein Ziel der Erfindung, eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die derartige Rotormittel beinhaltet. Es ist außerdem ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Methode bzw. ein Verfahren einer Zentrifugalabtrennung bereitzustellen, welche(s) Nachteile mildert, die mit bekannten Verfahren assoziiert bzw. verbunden sind.
Es folgt, daß jegliche Zentrifugaltrennungsvorrichtung, welche wirksam Verunreinigungen niedriger Dichte abtrennt, auch fähig ist, Verunreinigungen relativ hoher Dichte abzutrennen, die damit vermischt sind oder kombiniert werden, wobei der Apparat bzw. die Vorrichtung für eine Abtrennung von derartigen Verunreinigungen relativ hoher Dichte optimiert ist.
Gemäß Einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Zentrifugaltrennungsrotormittel wie in Anspruch 1 dargelegt.
Andere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2–8 hiervon dargelegt.
Bestimmte Merkmale der Erfindung werden nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Querschnittsaufriß durch eine erste Ausführungsform einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung, beinhaltend Impulsturbinenantriebsmittel als die Quelle von verunreinigter Flüssigkeit und Einlaßmittel in Form einer sich axial erstreckenden perforierten Unterteilungswand,
2 ist ein Querschnittsaufriß durch eine zweite Ausführungsform einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung, die eine Unterteilungswand einer verjüngten Form illustriert bzw. darstellt,
3 ist ein Querschnittsaufriß durch eine dritte Ausführungsform einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung, die Varianten von Komponenten illustriert,
4 ist ein Querschnittsaufriß durch ein Teil einer vierten Ausführungsform einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung, die eine Variante von Impulsturbinenantriebsmittel illustriert,
5 ist ein Querschnittsaufriß durch ein Teil einer fünften Ausführungsform einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung, die eine weitere Variante von Impulsturbinenantriebsmitteln illustriert, in welcher die verbrauchte Flüssigkeit nicht die Quelle der verunreinigten Flüssigkeit ist, die zu reinigen ist,
6 ist eine schematische Darstellung in einem Querschnittsaufriß eines Teils einer sechsten Ausführungsform eines Zentrifugalseparators in Übereinstimmung mit der Erfindung, die die Einbeziehung von weiteren eingebetteten Behältern in dem mit einer Wand versehenen Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmebehälter illustriert,
7 ist eine schematische Darstellung in einem Querschnittsaufriß eines Teils einer siebenten Ausführungsform eines Zentrifugalseparators, die eine Modifikation der Mehrbehälteranordnung von 11 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:
Bezugnehmend auf 1 umfaßt ein Zentrifugalseparator 110 ein Gehäuse 112, das durch eine Basis 114, die adaptiert ist, um am Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) befestigt zu werden, und eine abnehmbare bzw. demontierbare Abdeckung 116 definiert ist. Die Basis beinhaltet Einlaßleitungsmittel 118, durch welche verunreinigte bzw. kontaminierte Flüssigkeit bei erhöhtem Druck zugeführt wird, und Auslaßleitungsmittel 120 zur Drainage bzw. Ableitung von Flüssigkeit vom Gehäuse zur Motorölwanne.
Eine Spindel 122, die eine Längsachse 124 aufweist, ist an einem Ende davon 122₁ durch die Basis abgestützt und erstreckt sich durch das Gehäuse und ist an ihrem anderen Ende 122₂ mit der Abdeckung 116 in Eingriff.
Montiert auf die Spindel zur Rotation um die Achse 124 innerhalb des Gehäuses sind Rotormittel 130, umfassend einen mit einer Wand versehenen Trennungs- und Aufnahmebehälter 132 (nachfolgend als "der Behälter" erwähnt bzw. bezeichnet), welcher eine undurchlässige radial äußere Seitenwand 134 aufweist, die sich um die und längs der Rotationsachse 124 zwischen Endwänden 136 und 138 erstreckt. Radial einwärts von der Seitenwand 134 ist eine ringförmige Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 140 (nachfolgend als "die Zone" erwähnt), wobei die radial innere Grenze der Zone, wie durch die unterbrochene bzw. strichlierte Linie 141 bezeichnet, durch Auslaßdurchtrittsmittel 142 in der Endwand 138 definiert ist, welche nach außen aus dem Behälter innerhalb des Gehäuses führt. Die Auslaßdurchtrittsmittel 142 können eine oder mehrere Öffnung(en) in der Form von sich am Umfang erstreckenden Schlitzen in der Endwand umfassen oder können eine ringförmige Lücke umfassen, die einen radialen Raum zwischen der Endwand 138 und Einlaßmitteln repräsentiert, die allgemein mit 150 angegeben und nachfolgend beschrieben sind, welche angeordnet sind, um verunreinigte Flüssigkeit von radial nach innen davon zur Zone 140 zu befördern.
Die Rotormittel sind in bezug auf die Spindel 122 über eine rohrförmige Achse 144 montiert, welche die Spindel umgibt, und sind durch axial beabstandete Rollenlager 146₁ , 146₂ oder äquivalente Lager niedriger Reibung montiert bzw. angeordnet und durch eine Mutter 148 festgehalten.
Die Einlaßmittel 150 umfassen Sammelmittel 151, die eine Unterteilungswand 152 aufweisen, die sich auch um die und längs der Rotationsachse 124 erstrecken, die radial zwischen der rohrförmigen Achse 144 und der Zone 140 angeordnet ist, vorzugsweise benachbart der letzteren und möglicherweise eine Grenze der Auslaßdurchtrittsmittel 142 de finierend. Die Unterteilungswand 152 ist in fixierter Beziehung zur rohrförmigen Achse montiert, an einer ihrer axialen äußersten Grenzen bzw. Enden durch eine sich radial erstreckende Wand 154 und an der anderen, optional bzw. fakultativ, durch klammernde Holme 156, aber trotzdem zur Drainage geöffnet und möglicherweise insgesamt nicht vorhanden. Die Wand 152 weist eine Einlaß- oder Sammelfläche 158 auf, die zur Rotationsachse schaut bzw. gerichtet ist und zwischen der Fläche und der Rohrachse 146 einen Einlaßbereich 160 definiert.
Transferdurchtrittsmittel, allgemein bei 162 angegeben bzw. bezeichnet, kommunizieren zwischen der Sammelfläche 158 und der Zone 140, die die Form einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 164 in der Unterteilungswand annehmen. Vorzugsweise sind die Öffnungen in der Dichte zum Ende der Unterteilungswand axial entfernt: von den Auslaßdurchtrittsmitteln konzentriert, aber sind an irgendeiner axialen Position gleichförmig am Umfang verteilt.
Mit der rohrförmigen Achse 144 bilden die Unterteilungswand 152 und die Endwand 154 das Hauptstrukturelement der Rotormittel, durch welche sie auf der Spindel und bezüglich des Gehäuses getragen wird.
Die radial äußere Wand 134 und Endwände 136 und 138, welche die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 140 und Auslaßdurchtrittsmittel 142 definieren, sind als ein gesondertes Trennungs- und Aufnahmemodul 132₁ ausgebildet, das angeordnet ist, um entfernbar in bezug auf die Einlaßmittel 150 durch Mittel montiert zu sein, die bei 135 angeordnet sind, umfassend eine radial überhängende Lippe 154₁ der Endwand 154, die mit dem radial inneren Rand 136₁ der End wand 136 in Eingriff bringbar ist. Das Modul 132₁ wird praktischerweise aus Kunststoffmaterial geformt und kann irgendwelche konventionelle verstärkende Merkmale bzw. Eigenschaften beinhalten, wie beispielsweise Umfangsrippen, um ihm zu ermöglichen, den Beanspruchungen einer Rotation hoher Drehzahl und den Kräften standzuhalten, die durch die Flüssigkeit und abgelagerte Verunreinigungen in der Zone 140 ausgeübt werden.
Die Einlaßmittel 150 sammeln auch kontaminierte bzw. verunreinigte Flüssigkeit, die auf der Sammelfläche zu reinigen ist, welche es durch Rotorantriebsmittel durchführen, die allgemein mit 170 bezeichnet sind. Die Antriebsmittel umfassen einen Fluidmotor in der Form einer Impulsturbine 172. Die Impulsturbine 172 umfaßt eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln 174, von denen jede eine konkave, löffelartige Form aufweisen kann, die auch als ein Peltonrad bekannt ist, die die Rotationsachse 124 umgebend angeordnet und bezüglich der Rotormittel fixiert sind. Die Schaufeln können individuell oder als eine Feld- bzw. Array-Subanordnung an einem Endbereich der Rohrachse 144 gesichert bzw. befestigt sein oder damit integral, wie gezeigt, ausgebildet sein.
Die Turbine 172 umfaßt auch eine Mehrzahl von Flüssigkeitsstrahldüsen 176, von denen sich jede von der Basis 114 erstreckt und mit der Hochdruck-Zufuhrleitung 118 gekoppelt ist, um einen Strahl 178 der verunreinigten Flüssigkeit bei einer bestimmten Löffelposition im wesentlichen tangential in bezug auf die Rotationsachse zu lenken, aber auch der Länge nach geneigt in bezug dazu, so daß Flüssigkeit, die abgelenkt wird durch oder auf andere Weise spritzt, nach einem Zusammenprall mit einer Schaufel veranlaßt wird, in den Einlaßbereich 160 einzutreten und auf die Sammelfläche 158 der Einlaßmittel aufzutreffen, wie dies durch strichlierte Grenzlinien 178' illustriert bzw. dargestellt ist bzw. wird.
Somit verwendet im Betrieb die verunreinigte Flüssigkeit, die zu der Anordnung zugeführt wird, am Anfang ihre Energie, um eine Hochgeschwindigkeitsrotation der Rotormittel zu bewirken, die die Sammelfläche 158 enthalten, so daß verbrauchte Turbinenflüssigkeit, welche auf die Sammelfläche auftrifft, in einen abdeckenden Film durch die Zentrifugalkräfte einer Rotation verteilt wird. Flüssigkeit des Films gelangt durch die Öffnungen 162 der Durchtrittsmittel und wird zu der radial äußeren Wand 134 geschleudert.
Die Turbinenmittel sind in Verbindung mit den Auslaßdurchtrittsmitteln angeordnet, um sicherzustellen, daß verunreinigte Flüssigkeit zur Sammelfläche 158 bei einer Rate bzw. Geschwindigkeit zugeführt wird, die geringer ist als jene, bei welcher sie durch die Auslaßdurchtrittsmittel 142 abfließen kann, so daß eine Schicht von Flüssigkeit und Verunreinigungen gegen die Außenwand 134 bis zu einer Dicke nicht größer als die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 140 gehalten werden kann, die durch die radiale Position der Auslaßdurchtrittsmittel definiert ist, und der Behälter ist ansonsten im wesentlichen leer. Insofern eine derartige Zone bei einem maximalen Abstand von der Rotationsachse ist, sind Zentrifugalkräfte bei einem Maximum und jegliche schwerere Verunreinigungen sind bzw. werden von der Flüssigkeit getrennt, um sich in einer Schicht gegen die Wand anzuhäufen, wobei die Flüssigkeit darüber liegt. Eine Abtrennung bzw. Trennung kann sich somit fort setzen, bis die Verunreinigungsablagerungen die Zone füllen und weitere Verunreinigungen direkt durch die Auslaßdurchtrittsmittel gewaschen werden.
Danach kann das Trennungs- und Verunreinigungsmodul 132₁ leicht von den Einlaßmitteln getrennt und gereinigt oder verworfen bzw. entsorgt werden, wobei es durch ein gereinigtes oder neues Modul ersetzt wird. Wie oben angegeben bzw. angedeutet, kann das Modul aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, welches ermöglicht, billig als ein "verbrauchbares Gut" hergestellt zu werden, welches leicht mit den darin gesammelten Verunreinigungen vernichtet werden kann und welches die Trägheit der Rotormittel im Betrieb verringert.
Unter Beibehaltung eines Verringerns der Trägheit der Rotormittel ist es ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß im Betrieb der Behälter der Rotormittel nicht mit der Flüssigkeit gefüllt ist bzw. wird, im Gegensatz zu den normalen Betriebsbedingungen von derartigen reinigenden Anordnungen, und rasch auf Betriebsgeschwindigkeit bzw. -drehzahl durch einen direkten Turbinenantrieb gebracht wird und ohne darauf zu warten, bis sich der Rotor mit Flüssigkeit füllt. Auch können, da in dieser Ausführungsform die rohrförmige Achse nicht mit Flüssigkeit bei erhöhtem Druck gefüllt ist, die Lager 146₁ und 146₂ hinsichtlich eines niedrigen Energieverlusts ohne Rücksicht auf eine Flüssigkeitsaufnahme gewählt werden.
Viele der individuellen Komponenten können eine alternative Form annehmen, und im allgemeinen können sie unabhängig voneinander variiert werden.
Nun bezugnehmend auf 2 zeigt diese in einem ähnlichen Querschnittsaufriß eine zweite Ausführungsform eines Zentrifugalseparators 210 gemäß der Erfindung. Identische Komponenten behalten die gleichen Bezugszeichen und entsprechen den Komponenten, die oben in bezug auf 1 beschrieben sind, aber verschiedene Komponenten weisen Bezugszeichen mit einer vorangehenden "2" auf.
Der Separator 210 umfaßt das oben erwähnte Gehäuse 112, das durch die Basis 114, die Abdeckung 116 und die Spindel 122 definiert ist. Aufgenommene bzw. untergebrachte Rotormittel 230 sind im wesentlichen die gleichen wie die Rotormittel 130, mit Ausnahme hinsichtlich der Einlaßmittel 250, welche Sammelmittel 251 beinhalten, die eine Unterteilungs- bzw. Trennungswand 252 einer geringfügig konischen Form aufweisen, die im Radius mit einem Abstand vom Ende 252₁ , bei welchem Flüssigkeit eingebracht wird, zum Ende 252₂ zunimmt, das an eine Wand 254 grenzt und einen ähnlich geformten Einlaßbereich 260 definiert. Auch umfassen anstelle der Öffnungsmittel in der Form eines Felds von Durchgangsöffnungen, die radial und axial davon verstreut sind, Öffnungsmittel 262 sich am Umfang erstreckende Schlitze 264, die nur in Richtung zum Ende eines maximalen Radius angeordnet sind.
Impulsturbinenantriebsmittel 172 sind wie oben beschrieben, und verunreinigte Flüssigkeit wird durch Düsen 176 in Richtung zu Impulsturbinenschaufeln 174 geleitet bzw. gelenkt, um eine Rotation der Rotormittel zu bewirken, und verbrauchte Flüssigkeit wird auf eine Sammelfläche 258 der Unterteilungswand gerichtet. Wie oben beschrieben, verbreiten bzw. verteilen die Zentrifugalkräfte einer Rotation die Flüssigkeit als einen Film über die Sammelfläche und hier unterstützt die Variation im Radius die Flüssigkeit, zum oberen Ende 252₂ zu wandern, woraufhin sie durch Schlitze 264 durchtritt und in Richtung zur Außenwand 134 des Moduls 132₁ geschleudert wird. Insofern die Flüssigkeit in die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 140 am Ende entfernt von den Auslaßdurchtrittsmitteln 142 eintritt, wird sie veranlaßt, in der Zone für die maximal mögliche Trennungszeit zu verweilen.
Andere Komponenten und strukturelle Beziehungen können verwendet werden und 3 zeigt einen Querschnittsaufriß einer dritten Ausführungsform eines Zentrifugalseparators 310, welche mögliche Varianten illustriert bzw. darstellt. Komponenten identisch zu jenen der ersten und zweiten Ausführungsform weisen die gleichen Bezugszeichen auf, während abweichende Komponenten Bezugszeichen mit einer vorangehenden "3" aufweisen.
Der Separator 310 umfaßt das oben erwähnte Gehäuse 112, das durch die Basis 114, die Abdeckungsmittel 116 und die Spindel 122 definiert ist, wobei die letztere die Rotationsachse 124 definiert. Untergebrachte Rotormittel 330 sind an der Spindel 122 durch eine rohrförmige Achse 344 montiert.
Die Rotormittel umfassen einen mit einer Wand versehenen Behälter 332, der nach außen durch eine undurchlässige äußere Seitenwand 334 begrenzt ist, die sich um die und längs der Rotationsachse zwischen Endwänden 336 und 338 erstreckt. Die Endwand 336 wird in bezug auf das Ende der Achsenmittel durch die Mutter 148 geklemmt, welche auch die rohrförmige Achse auf die Spindel verriegelt.
Die Endwand 338 enthält darin Auslaßdurchtrittsmittel 342, die radial nach innen von der Seitenwand 334 versetzt sind, um zwischen den Durchtrittsmitteln, wie der Seitenwand, eine Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 340 zu definieren, wie dies durch strichlierte Linien 341 angegeben ist. Radial nach innen bzw. einwärts von den Auslaßdurchtrittsmitteln versetzt und sich im wesentlichen parallel zur Außenwand 334 erstreckend ist eine optionale Innenwand 335, welche eine physisch begrenzte Trennungs- und Sammelkammer 340₁ von abgetrennten Verunreinigungen definiert, die geringfügig größer als die 340 ist.
Einlaßmittel 350 beinhalten Sammelmittel 351, die eine Unterteilungswand 352 aufweisen, welche die Rotationsachse 124 umgibt und sich axial zu dieser erstreckt, und die rohrförmige Achse 344, die in bezug auf die rohrförmige Achse durch Holme 353 angeordnet ist. Die Unterteilungswand ist verjüngt, wobei sie zunehmend im Radius als eine Funktion des Abstands vom Ende 352₁ , benachbart der Basis 114 zunimmt, und ist sonst offen an ihrem oberen Ende 352₂ , welches axial von der Endwand 336 beabstandet ist, um im wesentlichen nicht verstopfte ringförmige Übertragungs- bzw. Transferdurchtrittsmittel 362 zwischen der Sammelfläche 358 der Unterteilungswand und der Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 340 an der äußeren Wand 334 bereitzustellen.
Als eine Angelegenheit einer strukturellen Zweckdienlichkeit und um eine betriebliche Festigkeit daran zu verleihen, ist das obere Ende der inneren bzw. Innenkammerwand 335 geformt, um sich über dem oberen Ende 352₂ der Unterteilungswand 352 zu befinden.
Außerdem und eine weitere Variante illustrierend, nehmen Antriebsmittel 370 die Form einer Impulsturbine 372 an, die stationäre Flüssigkeitsstrahldüsen 376 und im allgemeinen flache Schaufeln 374 aufweist, die in bezug auf die rohrförmige Achse zwischen ihren Enden fixiert sind, so daß im wesentlichen alles der verbrauchten Turbinenantriebsflüssigkeit auf die Sammelfläche 358 der Unterteilungswand auftrifft.
Ein Betrieb ist im wesentlichen wie oben beschrieben, wobei verunreinigte Flüssigkeit bei erhöhtem Druck zur Versorgungsleitung 118 zugeführt wird, von wo sie durch die Düsen 376 in Richtung zu Turbinenschaufeln 374 gerichtet bzw. gelenkt wird, um Rotation zu bewirken; verbrauchte Flüssigkeit, die durch die Turbinenschaufeln abgelenkt ist, um auf die konische Sammelfläche 358 zu treffen, hier durch Zentrifugalkräfte eine Rotation gehalten wird und in Richtung zum oberen Ende 352₂ der Unterteilungswand wandert, bevor sie durch diese Zentrifugalkräfte durch den ringförmigen Spalt 362 in Richtung zur Außenwand 334 geschleudert wird, woraufhin sie weiter sich ausbreitet und im allgemeinen in Richtung zum Auslaßdurchtritt 342 strömt, wobei schwere Verunreinigungen von der Flüssigkeit getrennt werden und veranlaßt werden, sich anzuhäufen gegen die und gebunden zu werden an der Wand oder irgendwelche vorher getrennte Verunreinigungen.
Wenn die Zone 340 durch die getrennten Verunreinigungen gefüllt ist, wird das Trennungs- und Aufnahmemodul 332₁ leicht von den Rotormitteln entfernt, indem die Mutter 148 gelöst wird, und mit einem leeren ersetzt. Die optionale Innenwand 335 verhindert wirkungsvoll jegliches unabsichtliches Verlagern bzw. Entfernen der abgelagerten Verun reinigungen von der Außenseitenwand 334, und wie oben beschrieben kann das Trennungs- und Aufnahmemodul 332₁ als ein verwerfbarer bzw. entsorgbarer Kunststofformkörper ausgebildet sein.
In allen der oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Antriebsmittel für die Rotormittel eine Impulsturbine, die Schaufeln aufweist, die an einer röhrenförmigen Achse fixiert sind, die eine stationäre Spindel umgibt und mit Flüssigkeit durch stationäre Zufuhrdüsen gespeist wird.
Indem weitere strukturelle Varianten betrachtet werden, können derartige Impulsturbinenschaufel (entweder flach oder löffelförmig) anderswo montiert werden, vorausgesetzt, daß die verbrauchte Flüssigkeit direkt oder indirekt auf die Sammelfläche der Unterteilungswand auftrifft. Bezugnehmend auf 4, in welcher in einer Querschnittsansicht ein Teil einer vierten Ausführungsform der Trennungsvorrichtung 410 illustriert ist, ist diese die gleiche wie die dritte Ausführungsform, mit Ausnahme der Antriebsmittel 470 in der Form von irgendeinem Feld bzw. Array von löffelförmigen Turbinenschaufeln 474, die direkt auf einer Sammelfläche 458 der Unterteilungswand montiert sind.
Nun auf 5 bezugnehmend, zeigt diese in einem Querschnittsaufriß ein Teil einer fünften Ausführungsform einer Zentrifugaltrennungsanordnung 510, die im allgemeinen ähnlich der Trennungsanordnung 210 hinsichtlich der Einlaßmittel und Impulsturbine ist, aber wobei die Flüssigkeit, die zu reinigen ist, gänzlich oder teilweise auf die Sammelfläche 258 der Unterteilungswand 252 über die Zufuhrdüsenmittel 576₁ gerichtet wird und wobei die Turbine, die isoliert davon oder in Verbindung damit betrieben wird, durch Düsenmittel 576₂ gespeist wird, um eine Rotation der Rotormittel bei einer geeigneten hohen Rate bzw. Geschwindigkeit zu bewirken. Sie illustriert auch die Möglichkeit eines Zuführens von verunreinigter Flüssigkeit zu der Zufuhrdüse 576₁ völlig unabhängig von der Zufuhr zu Düsenmitteln 567₂ , obwohl sie selbstverständlich eine gemeinsame Zufuhr aufweisen können, wie dies oben beschrieben ist. Es kann vorteilhaft sein, derartige gesonderte bzw. diskrete Zufuhren aufzuweisen, wenn beispielsweise die Flüssigkeit, die zu reinigen ist, schwer verunreinigt ist und ungeeignet ist, um durch einen relativ kleinen Düsenstrahl durchzutreten und die Turbine anzutreiben, und/oder bei einem niedrigen oder variablen Druck oder intermittierend verfügbar ist, wie beispielsweise in den Umständen, die in der oben erwähnten US 5906733 diskutiert werden.
Es wird anerkannt bzw. geschätzt werden, daß, obwohl alle der oben beschriebenen Ausführungsformen die Auslaßdurchtrittsmittel gezeigt haben, die an der unteren Wand des Rotorbehälters in bezug auf eine vertikale Rotationsachse definiert sind, dies nicht eine funktionelle Notwendigkeit ist. Die Auslaßdurchtrittsmittel können in der oberen Endwand oder radial äußeren Wand oder irgendeiner Kombination davon definiert sein, mit der Maßgabe, daß die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone richtig bzw. geeignet definiert ist und Flüssigkeit, die den Behälter über die Auslaßdurchtrittsmittel verläßt, nicht die Rotation stört bzw. beeinträchtigt. In diesem Kontext bzw. Zusammenhang sollte die undurchlässige Natur bzw. Beschaffenheit der radial äußeren Wand als exklusiv für derartige Auslaßdurchtrittsmittel verwendet werden. Ebenso kann es abhängig von den Antriebsmitteln möglich sein, mit der Rotationsachse bei einer nicht vertikalen Ausrichtung zu arbeiten.
Außerdem kann, obwohl alle der obigen Ausführungsformen mit einer stationären Spindel beschrieben worden sind, eine derartige rotierbar in bezug auf das Gehäuse zu einer Drehung um die Achse 124 montiert sein, wobei eine gesonderte rohrförmige Achse 124 dann unnötig ist. Außerdem können Spindelmittel ein Paar von axial beabstandeten Stumpfachsen an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses umfassen und getragen werden durch oder sich erstrecken in die Rotormittel.
Es wird anerkannt werden, daß Auslaßdurchtrittsmittel an einem derartigen "oberen Ende" des Trennungs- und Aufnahmebehälters in irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen oder tatsächlich an beiden Enden angeordnet sein bzw. werden können.
Alle der oben beschriebenen Ausführungsformen haben Antriebsmittel in der Form von Impuls- oder Reaktionsturbinen verwendet, welche durch die verunreinigte Flüssigkeit mit Energie, entweder gesondert von oder als einem Vorläufer versorgt werden, um einer Verunreinigungstrennung zu unterliegen, wobei diese eine der meisten zweckdienlichen Leistungs- bzw. Energiequellen ist, die für eine derartige Anordnung innerhalb einer funktionierenden Verbrennungskraftmaschine verfügbar ist. Es wird erkannt werden, daß es zahlreiche andere Formen von Turbinen oder Nicht-Turbinen-Motoren gibt, die durch flüssige oder gasförmige Fluide angetrieben werden, die für eine Anordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung adaptiert werden könnten. Auch müssen, insofern diese Anordnung fähig ist, ausgelegt bzw. konstruiert zu sein, um eine Zentrifugalreinigung von verunreinigter Flüssigkeit getrennt vom An treiben der Rotormittel zu bewirken, die Antriebsmittel nicht durch die verunreinigte Flüssigkeit, noch tatsächlich eine Flüssigkeit oder irgendeinem anderen Fluid überhaupt mit Energie versorgt werden. Beispielsweise könnten die Rotormittel durch Elektromotormittel oder eine mechanische Kopplung mit einem Motor angetrieben werden, dessen Schmiermittel gereinigt wird und hohe Rotationsgeschwindigkeiten bzw. -drehzahlen durch ein Getriebe erreichen.
Andere strukturelle Variationen sind möglich. Beispielsweise können die Einlaßmittel axial vom Trennungs- und Aufnahmebehälter versetzt sein, insbesondere wo die Einlaßmittel eine ankommende Flüssigkeit axial zu einem Transferdurchtritt lenken und der Transferdurchtritt die gleiche axiale Position auf wenigstens einem Ende des Behälters teilt.
Obwohl für optimale Bedingungen von minimaler Trägheit und Abtrennungsradius der Trennungs- und Aufnahmebehälter ein wenig mehr als eine radial undurchlässige Wand bei einem maximalen Abstand umfaßt, wird anerkannt bzw. geschätzt werden, daß, wenn erwartet wird, daß nur ein kleiner Anteil der teilchenförmigen Verunreinigungen von einer derartig niedrigen Dichte sind, um diese Bedingungen zu erfordern, es dann machbar sein kann, koaxial innerhalb des Behälters, radial zwischen der äußeren Wand und der Rotationsachse, einen oder mehrere eingebettete(n) weitere(n) Behälter einzuschließen, der bzw. die im wesentlichen die gleiche Struktur hinsichtlich von Auslaßdurchtrittsmitteln aufweist (aufweisen), die eine Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone benachbart einer undurchlässigen radialen äußeren Wand definieren, wobei aber jede durch derartige Auslaß durchtrittsmittel die Flüssigkeit für den nächsten äußeren Behälter bereitstellt.
Nun auf 6 bezugnehmend, zeigt diese eine schematische Darstellung in einem Querschnittsaufriß eines Teils einer sechsten Ausführungsform einer Zentrifugaltrennungsvorrichtung 1110 in Übereinstimmung mit der Erfindung, und basierend auf der Ausführungsform 210, auf welche bezug genommen wird hinsichtlich der Teile, die nicht gezeigt sind bzw. werden. Die Figur zeigt einen Abschnitt der (statischen) Abdeckung 116, die die Rotormittel 1130 um- bzw. einschließt.
Die Rotormittel umfassen Einlaßmittel 1150 in der Form einer verjüngten Unterteilungswand 1152, die eine radial nach innen schauende bzw. gerichtete Sammelfläche 1158 aufweist, und angrenzend an das Ende davon Transferdurchtrittsmittel 1162, ebenso wie einen Trennungs- und Aufnahmebehälter 1132, der daran montiert bzw. angeordnet ist durch sich radial erstreckende Abstandhalterholme (nicht gezeigt) für eine Rotation damit. Der Behälter 1132 umfaßt eine sich axial erstreckende undurchlässige Wand 1134 und an jedem Ende davon rudimentäre Endwände 1136 und 1138, welche sowohl axial als auch radial gerichtet sind, um Flüssigkeit zu sammeln, die sich in einer radialen Richtung annähert, und um die radiale Grenze einer Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone 1140 zu definieren, d.h. die radiale Grenze der Auslaßdurchtrittsmittel 1142.
Auch montiert an den und koaxial zu den Einlaßmitteln gibt es eine Vielzahl, hier zwei, von weiteren Trennungs- und Aufnahmebehältern 1132_A und 1132_B radial nach innen bzw. einwärts des Behälters 1132. Die weiteren Behälter sind im wesentlichen identisch mit dem Behälter 1132, indem sie rudimentäre Endwände 1136_A , 1138_A , 1136_B und 1138_B aufweisen, die Auslaßdurchtrittsmittel 1142_A , 1142_B und dadurch Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezonen 1140_A und 1140_B definieren, wobei sie aber auch zunehmend kürzer in einer axialen Länge in Richtung zu den Einlaßmitteln sind, so daß Flüssigkeit, die die Auslaßdurchtrittsmittel verläßt, jeweils radial nach außen in Richtung zu und gesammelt durch den nächsten Behälter geschleudert wird. Wie gesehen werden kann, ist der Transferdurchtritt 1162 der Einlaßmittel im wesentlichen mit den Mittelpunkten der umgebenden Behälter ausgerichtet.
Ein Betrieb wird nun entsprechend dem oben beschriebenen gesehen, wobei jeder Behälter oder weitere Behälter eine relativ dünne ringförmige Haut von Flüssigkeit und Verunreinigungen enthält, die davon getrennt sind, die Dichten entsprechend dem Abstand von der Achse aufweisen, wobei zunehmend reinere Flüssigkeit mit Verunreinigungen niedrigerer Dichte schließlich am äußersten Behälter 1132 ankommt. Insofern jeder der weiteren Behälter aus Kunststoffmaterialien niedriger Dichte hergestellt sein kann, können das Gewicht, und somit die Trägheit der Mehrfach-Behälterrotormittel noch signifikant bzw. merklich geringer sein als ein einzelner Behälter, der vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Es gibt strukturelle Variationen bzw. Abwandlungen, die hinsichtlich der Größe und Anordnungen solcher weiterer Behälter möglich sind, und 7 illustriert einige dieser in einer Verbundkonstruktion einer derartigen schematischen Teilansicht einer Trennungsvorrichtung 1210. Bezugnehmend auf die Figur sind die äußere Abdeckung 116 und die Einlaß mittel 1250 im wesentlichen wie oben beschrieben. Rotormittel umfassen einen äußersten Trennungs- und Aufnahmebehälter 1232 und koaxial darin eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten weiteren Behältern 1232₁ , wo i hier A bis E ist.
Betrachtend bzw. berücksichtigend die weiteren Behälter 1232_E und 1232_D , die den Abschnitt I ausbilden, sind diese (und möglicherweise alle Behälter) von gleichförmiger Länge, wobei die Auslaßdurchtrittsmittel 1242_E und 1242_D an einem Ende nur von jedem definiert sind, wobei sich das Ende für aufeinanderfolgende Behälter abwechselt bzw. ändert, so daß die Flüssigkeit einem mäandrierenden Pfad entlang der vollen Länge von jedem folgt.
Betrachtend die weiteren Behälter 1232_D , 1232_C und 1232_B , die einen Abschnitt II ausbilden, sind diese (und möglicherweise alle Behälter) zunehmend kürzer mit einem Abstand von der Rotationsachse, ebenso wie sie axial angeordnet sind, um einen mäandrierenden Pfad für die Flüssigkeit zu bewirken. Eine derartige Anordnung hat die funktionelle Wirkung, die Trägheit der Rotormittel zu minimieren und eine verjüngtere, stromlinienförmige Form für die Abdeckung zu erlauben.
Indem die weiteren Behälter 1232_A und Behälter 1232 beachtet bzw. betrachtet werden, die einen Abschnitt III ausbilden, weisen diese (und möglicherweise alle Behälter) an dem Ende, wo Flüssigkeit von den Auslaßdurchtrittsmitteln 1242_A des vorangehenden weiteren Behälters erhalten wird, eine Endwand 1236 auf, welche als ein Splitter bzw. eine Unterteilungseinrichtung geformt ist, um nur einen Anteil der Flüssigkeit in den Behälter abzulenken.
Es wird anerkannt werden, daß, wo ein oder mehrere weitere(r) Behälter verwendet wird bzw. werden, der bzw. die innerhalb des äußeren Behälters eingebettet ist bzw. sind, die äußeren Seitenwände sich nicht parallel zu jener des äußeren Behälters erstrecken müssen. Gleichfalls können, obwohl jedes Auslaßdurchtrittsmittel und weitere Auslaßdurchtrittsmittel in einer Endwand jedes Behälters oder weiteren Behälters gezeigt worden sind, in einer geeignet geformten Seitenwand vorgesehen bzw. bereitgestellt werden.
Es ist ein fundamentales Merkmal aller der oben beschriebenen Ausführungsformen, daß der Trennungs- und Aufnahmebehälter, der definiert ist, durch die radial einwärts von der undurchlässigen radial äußeren Seitenwand ist bzw. liegt, nicht mit Flüssigkeit gefüllt wird und eine relativ dünne Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone angrenzend an die Wand aufweist und als solche eine Struktur bereitstellt, wobei die radiale Position der äußeren Wand nicht ein bestimmender Faktor in der Masse der Flüssigkeit ist, die enthalten ist und rotiert wird, und frei von Fließverhalten eines Zentrifugaldruckgradienten einer derartigen Flüssigkeit ist.
Diese Betriebsprinzipien ermöglichen somit vollständig neue Konstruktionen von Rotormitteln für diesen Typ von Motorschmiermittel-Reinigungsanordnung, welche leicht innerhalb "des wirklichen Raumes" ersetzt bzw. substituiert wird, der auf einem derartigen Motor zum Reinigen durch die traditionellen bzw. herkömmlichen Anordnungen verfügbar ist.
Jedoch wird erkannt bzw. geschätzt werden, daß es Umstände gibt, in welchen ein mit einer Wand versehener Trennungs- und Verunreinigungsbehälter, wie er durch einen mit Flüssigkeit gefüllten Kanister definiert ist, trotz der oben skizzierten bzw. angeführten Konflikte hinsichtlich Durchmesser und Trennungskraft, dennoch dimensionsmäßig bzw. hinsichtlich Abmessungen zum Entfernen aller Verunreinigungen mit Ausnahme jener niedrigster Dichte, wie beispielsweise Ruß, optimiert ist, und eine Anpassung bereitstellt, welche auf einer derartigen Optimierung aufbaut, um den Bereich einer Teilchen- bzw. Partikeltrennung zu vergrößern, während ein Vermeiden des Konflikts wünschenswert und innerhalb des Gebiets bzw. Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung ist.
Ein im wesentlichen nicht gefüllter, mit einer Wand versehener Trennungs- und Aufnahmebehälter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann auch radial außerhalb von, und günstiger Weise ein Teil eines derartigen geschlossenen Trennungskanisters zu einer Rotation damit umgebend definiert sein, wobei Mittel von Zentrifugaltrennungskräften bei maximalem Radius und maximaler effektiver Verweilzeit infolge der flachen bzw. seichten Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone bereitgestellt werden, während das Volumen an darin enthaltener Flüssigkeit, und somit die Trägheit des angetriebenen Haupttrennungsbehälters merklich erhöht wird.
Ausgedrückt in Übereinstimmung mit den positionellen Zusammenhängen, die vorher beschrieben sind, kann angenommen werden, daß der weitere Trennungs- und Aufnahmebehälter, der Kanister angeordnet ist, der Auslaßdurchtrittsmittel und Einlaßdurchtrittsmittel aufweist, die betätigbar sind, um zu versuchen, Flüssigkeit zum Behälter bei einer größeren Rate zu fördern, als sie durchtreten kann, indem sie eine größere Strömungs- bzw. Flußkapazität aufweist als die Auslaßdurchtrittsmittel, um Flüssigkeit zum Behälter zu befördern und ihn im Betrieb gefüllt aufrecht zu erhalten, und wobei sich eine undurchlässige radial äußere Seitenwand um und entlang der Rotationsachse erstreckt und eine ringförmige Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone bildet, die sich radial nach innen von der Seitenwand erstreckt.
Der Kanister bzw. Behälter kann einfach zwischen der Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone und der Rotationsachse ähnlich zu jenen sitzen, die in der sechsten und siebenten Ausführungsform beschriebenen sind, die in 6, 7 abgedeckt sind, indem Fluidrotormittel bereitgestellt sind für, und physisch zu einer Rotation des äußeren Behälters gekoppelt sind, wobei aber die radial äußere Seitenwand angeordnet ist, um sich entlang der Achse zu erstrecken und auf welcher Verunreinigungen abgelagert werden, welche an verschiedenen (dichteren) Teilen der verunreinigten Flüssigkeit arbeitet, die zur Trennungsvorrichtung zugeführt wird.

Claims

Zentrifugaltrennungsrotormittel (230, 330, 1130, 1230) für eine Zentrifugaltrennungsvorrichtung der Art zum Trennen von festen Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit und umfassend ein Gehäuse (112) zum Festlegen bzw. Montieren der Rotormittel zur Rotation um eine Rotationsachse (124) durch Antriebsmittel (170, 370), wobei die Rotormittel einen mit einer Wand versehenen Trennungs- und Aufnahmekessel bzw. -behälter (132, 332, 1132, 1232) umfassen, der eine dichte bzw. undurchlässige radial äußere Seitenwand (134, 334, 1134, 1234) aufweist, die sich um die und entlang der Rotationsachse erstreckt, um radial nach innen von der Seitenwand eine ringförmige Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone (140, 340, 1140) auszubilden, wobei Auslaßdurchtrittsmittel (142, 342, 1142, 1242) nach außen aus dem Behälter führen und mit dem Behälter assoziiert sind, Einlaßmittel (250, 350, 1150, 1250), die betätigbar sind, um Flüssigkeit, die zu reinigen ist, zu der Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone mit bzw. bei einer Geschwindigkeit bzw. Rate geringer als jene zu fördern, mit welcher die Flüssigkeit durch die Auslaßdurchtrittsanordnung durchgeführt werden kann, wobei die Einlaßmittel umfassen Flüssigkeitssammelmittel (251, 351), die einen Einlaßbereich (260, 360) um die Rotationsachse radial nach innen von den Auslaßdurchtrittsmitteln definieren, und Transferpassage- bzw. -durchtrittsmittel (262, 362, 1162, 1262), die zwischen dem Einlaßbereich und der Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone (140, 240) des Behälters kommunizieren, der axial von den Auslaßdurchtrittsmitteln beabstandet ist, wobei die Flüssigkeitssammelmittel eine Trenn- bzw. Unterteilungswand (252, 352, 1152, 1252) umfassen, die sich um die und entlang der Rotationsachse (124) erstrecken und wenigstens teilweise benachbart zu einem Ende davon die Transferdurchtrittsmittel definieren, die eine Flüssigkeitssammelfläche (258, 358, 1158) aufweisen, die zu der Rotationsachse schaut bzw. gerichtet ist, die angeordnet ist, um Flüssigkeit aufzunehmen, die in den Einlaßbereich eingebracht ist, und betätigbar sind, um die Flüssigkeit radial in Antwort auf die Zentrifugalkraft abzustützen, die durch Rotation ausgeübt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Wand (134, 234, 334) und Endwände (136, 138; 336, 338;) gemeinsam die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone definieren, und als ein gesondertes Trennungs- und Aufnahmemodul (132₁ , 332₁ ) ausgebildet sind, das angeordnet ist, um entfernbar in bezug auf die Einlaßmittel festgelegt zu sein, während die Einlaßmittel an ihrem Ort beigehalten sind, wobei die Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone somit notwendigerweise vollständig außerhalb der Unterteilungswand definiert ist.
Zentrifugaltrennungsrotormittel nach Anspruch 1, wobei die Unterteilungswandsammelfläche sich in radialem Abstand von der Rotationsachse als eine Funktion eines axialen Abstands von den Auslaßdurchtrittsmitteln und den Transferdurchtrittsmitteln vergrößert und die Transferdurchtrittsmittel (262, 362) an einer Position des maximalen Abstands begrenzt oder konzentriert sind.
Zentrifugaltrennungsrotormittel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rotormittel wenigstens teilweise eine Impulsturbine (172; 372) umfassen, die Schaufelmittel (174; 374) aufweist, die an den Rotormitteln festgelegt sind, die die Rotationsachse umgeben, die angeordnet sind, um durch einen oder mehrere Strom (Ströme) von verunreinigter Flüssigkeit getroffen zu werden, die zu reinigen ist, die von stationären Zufuhrdüsenmitteln (176, 376) gerichtet ist, und verbrauchte Flüssigkeit auf die Sammelfläche richten.
Zentrifugaltrennungsrotormittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotormittel wenigstens teilweise Antriebsmittel umfassen, die durch Fluidmotormittel gebildet sind, umfassend eine Reaktionsturbine, die eine Mehrzahl von Strahlreaktionsdüsen aufweist, die durch die Rotormittel getragen sind.
Zentrifugaltrennungsrotormittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für eine Trennungsvorrichtung, die ein Gehäuse (112) zum Festlegen bzw. Montieren der Rotormittel zur Rotation um eine Rotationsachse (124) durch Antriebsmittel (170, 270, 370) aufweist, wobei die Rotormittel wenigstens ein Teil der Einlaßmittel und Lagermittel (146) beinhalten, die angeordnet sind, um sie in bezug auf das separate Gehäuse zur Rotation zu montieren.
Zentrifugaltrennungsrotormittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor angeordnet ist, um zur Rotation um die Rotationsachse (124) montiert zu sein, die sich im wesentlichen vertikal erstreckt, und die Transferdurchtrittsmittel (262, 362, 1162, 1262) über dem Flüssigkeitseintragsteil des Einlaßbereichs, so daß die verunreinigte Flüssigkeit, die zu der Sammelfläche eingebracht ist, durch eine Rotation der Sammelfläche veranlaßt ist, die Fläche zu den Transferdurchtrittsmitteln hoch zu steigen.
Zentrifugaltrennungsrotormittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sammelfläche der Unterteilungswand (258, 358, 1158) angeordnet ist, um von der Rotationsachse glatt als eine Funktion des Abstands entlang der Rotationsachse zu divergieren.
Zentrifugaltrennungsrotormittel (1130; 1230) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchen der Trennungs- und Aufnahmebehälter (1132; 1232) damit assoziiert und radial nach innen von der Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone eingebettet wenigstens einen weiteren Trennungs- und Aufnahmebehälter (1132_A ; 1232_A ) aufweist, der eine undurchlässige radial äußere Seitenwand (1134_A ; 1234_A ), eine ringförmige Verunreinigungstrennungs- und -aufnahmezone (1140_A ; 1240_A ), die radial einwärts von der Seitenwand durch Auslaßdurchtrittsmittel (1142_A ; 1242_A ) begrenzt ist, und assoziierte Einlaßmittel (1150; 1250) aufweist, die angeordnet sind, um Flüssigkeit zu der Zone bei einer Geschwindigkeit bzw. Rate kleiner als jene zu fördern, als sie fähig ist, davon durch die Auslaßdurchtrittsmittel zu drainagieren, die derart angeordnet sind, daß die Auslaßdurchtrittsmittel von jedem umgebenen Behälter es Flüssigkeit ermöglichen, daß sie radial durch Zentrifugalkräfte zu dem nächsten umgebenden Behälter gefördert ist bzw. wird.
Zentrifugaltrennungsrotormittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mit einer Wand versehene Trennungs- und Aufnahmebehälter wenigstens teilweise aus Kunststoffmaterial geformt ist.
Zentrifugaltrennungsvorrichtung (210, 310, 1110, 1210) zum Trennen von festen Verunreinigungen von einer Flüssigkeit, umfassend ein Gehäuse, in welches sich Einlaßleitungsmittel erstrecken, um verunreinigte Flüssigkeit dazu bei erhöhtem Druck zuzuführen, und Auslaßleitungsmittel zur Drainage bzw. zum Abzug von gereinigter Flüssigkeit davon, und enthaltend Zentrifugaltrennungsrotormittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in dem Gehäuse zur Rotation um eine Rotationsachse festgelegt bzw. montiert sind, die sich durch das Gehäuse erstreckt, und Antriebsmittel, die betätigbar bzw. betreibbar sind, um die Rotormittel um die Rotationsachse zu drehen.