EP1422389A2 - Zentrifugalölabscheider - Google Patents

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EP1422389A2
EP1422389A2 EP03103795A EP03103795A EP1422389A2 EP 1422389 A2 EP1422389 A2 EP 1422389A2 EP 03103795 A EP03103795 A EP 03103795A EP 03103795 A EP03103795 A EP 03103795A EP 1422389 A2 EP1422389 A2 EP 1422389A2
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EP
European Patent Office
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housing
drive shaft
centrifugal separator
blades
separator according
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Torsten Hilpert
Pius Trautmann
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Mann and Hummel GmbH
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Mann and Hummel GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0422—Separating oil and gas with a centrifuge device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/19—Crankcase ventilation

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal separator for separation of oil from a gas stream, especially for ventilation of the crankcase of an internal combustion engine in the Preamble of claim 1 specified genus.
  • a centrifugal separator is known from DE 198 03 872 A1, of a housing with baffles arranged in it Has flow diversion.
  • the centrifugal separator is firmly connected to and is driven by a drive shaft driven in rotation.
  • To get the cleaned gas from that too Separating the cleaning gas is the sealing of the rotating housing opposite adjacent, fixed Components necessary. However, the necessary sealing hides the risk of leakage.
  • the invention has for its object a centrifugal separator of the generic type to create the is simple and reliable.
  • the housing of the centrifugal separator is held against rotation.
  • Impeller arranged to rotate around the longitudinal axis of the drive shaft, the paddles having a centrifugal flow produce.
  • the gas outlet formed in the housing thus does not have to be compared to components that are moved relative to it be sealed.
  • the impeller rotates without contact the housing, so that relative movements and the associated Wear are avoided. At the same time it results a simple structure of the centrifugal separator.
  • the gas inlet on the circumference of the drive shaft is advantageous arranged between the housing and the drive shaft and surrounds the drive shaft completely.
  • the gas is admitted approximately parallel to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the longitudinal axis of the drive shaft extends the width of the housing in a region between the gas inlet and the outer periphery the blades decrease radially outwards.
  • the partition extends radially from the drive shaft outwards to the outer circumference of the blades. An increase the pressure built up on the circumference of the housing results, if on the side of the partition facing the gas outlet blades producing a centripetal flow are arranged are.
  • the drive shaft is in particular the camshaft or balance shaft of an internal combustion engine.
  • Advantageous is the housing on the cylinder head of an internal combustion engine formed.
  • centrifugal separator results itself when the drive shaft is axially spaced in the housing ends from a housing wall.
  • the one with the impeller The end of the drive shaft is thus self-supporting.
  • the gas outlet is expedient compared to the gas outlet facing blades offset radially inwards.
  • the Oil outlet is arranged in particular on the circumference of the housing.
  • the centrifugal separator 1 shown in the figure has a housing 2, which is arranged rotatably.
  • the housing is particularly on the cylinder head of an internal combustion engine formed.
  • the housing 2 is largely rotationally symmetrical to the longitudinal axis 4 of a drive shaft 3.
  • the housing 2 has a front wall 18 which in Bulged direction on the longitudinal axis 4 of the drive shaft 3 is.
  • the longitudinal axis 4 simultaneously represents the Axis of symmetry of the housing 2.
  • In the area of the drive shaft 3 has the front wall 18 of the housing 2 arranged concentrically to the longitudinal axis 4, in particular circular opening 17. Through opening 17 the drive shaft 3 protrudes into the housing 2.
  • an intermediate space is formed, which is circular between the outer circumference of the Drive shaft 3 and the opening 17 extends and the Gas inlet 5 forms.
  • An impeller 14 is rotatably fixed within the housing 2 the drive shaft 3 connected.
  • a partition 8 perpendicular to the longitudinal axis 4 of the drive shaft 3 radially extends outside.
  • the partition 8 is thus approximately disc-shaped educated.
  • On the gas inlet 5 facing Side 9 of the partition 8 has the impeller 14 blades 11 which are in particular approximately parallel to the longitudinal axis 4 extend radially outwards and the one centrifugal flow produce.
  • the blades 11 run parallel to the front wall 18 of the housing 2.
  • the partition 8 extends to about the outer circumference 13 of the blades 11.
  • an oil outlet 7 On the outer circumference 16 of the Housing 2 is an oil outlet 7 which is slit-shaped and parallel to the longitudinal axis 4 of the drive shaft 3 extends. Between the outer periphery 16 of the housing 2 and An annular space 24 is formed on the outer circumference 13 of the blades 11.
  • blades 12 are arranged on the impeller.
  • the shovels 12 extend in a narrow range from Outer circumference 13 of the blades 11 radially inwards.
  • the gas outlet 6 is radial to the longitudinal axis 4 within the Scoops 12 arranged and closes in particular in radial direction directly on the blades 12.
  • the shaft end 19 of the Drive shaft 3 has the rear wall 15 of the housing 2, in which is also the gas outlet, an axial Distance a.
  • the drive shaft 3 with the impeller 14 is thus Movable in the housing 2 without contact.
  • the distance d between the partition 8 and the rear wall 15 of the housing is constant, while the distance c between the partition 8 and the Front wall 18 of the housing 2 in a region of the partition 8 decreases radially outwards.
  • the distance c on the However, gas inlet 5 facing side is on each Place larger than the distance d on the gas outlet 6 facing page 10.
  • the drive shaft rotates 3 in the direction of arrow 20 about the longitudinal axis 4.
  • Gas to be cleaned flows approximately in the direction of arrow 21 axially into the housing 2 and into the region of the impeller 14 and is radially turned by the rotation of the impeller 14 accelerated outside.
  • pressure builds up in the gas. This will drain oil separated from the gas and flows through the oil outlet 7 in the direction arrow 22 out of the housing 2.
  • the cleaned gas flows on the gas outlet 6 facing side 10 of the Partition 8 and from there through the gas outlet 6 in the direction arrow 23 out of the housing 2.
  • Centrifugal separator 1 used as a pre-separator become.
  • the Centrifugal separator 1 used as a pre-separator become.
  • the Centrifugal separator 1 At higher speeds or by enlarging of the diameter of the impeller 14 and the housing 2 also suitable for use as a final separator.
  • About the Dimensioning and the adjustment of the speed can Centrifugal separator 1 to the required separation capacity be adjusted.

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Abstract

Ein Zentrifugalabscheider zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom, insbesondere bei der Entlüftung des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine besitzt ein Gehäuse (2), in dem Strömungsleitvorrichtungen angeordnet sind. Die Strömungsleitvorrichtungen sind mit einer Antriebswelle (3) verbunden. In das Gehäuse (2) mündet ein Gaseinlaß (5) und aus dem Gehäuse (2) führt ein Gasauslaß (6) sowie ein Ölauslaß (7). Eine einfach herstellbare und funktionssichere Anordnung ergibt sich, wenn das Gehäuse (2) drehfest gehalten ist und in dem Gehäuse (2) ein Laufrad (14) mit eine Zentrifugalströmung bewirkenden Schaufeln (11) um die Längsachse (4) der Antriebswelle (3) rotierend angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom, insbesondere zur Entlüftung des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Aus der DE 198 03 872 A1 ist ein Zentrifugalabscheider bekannt, der ein Gehäuse mit darin angeordneten Schikanen zur Strömungsumleitung aufweist. Der Zentrifugalabscheider ist fest mit einer Antriebswelle verbunden und wird von dieser rotierend angetrieben. Um das gereinigte Gas von dem zu reinigenden Gas zu trennen, ist die Abdichtung des rotierenden Gehäuses gegenüber angrenzenden, feststehenden Bauteilen notwendig. Die notwendige Abdichtung birgt jedoch die Gefahr von Leckagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zentrifugalabscheider der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der einfach und funktionssicher aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Zentrifugalabscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist vorgesehen, daß das Gehäuse des Zentrifugalabscheiders drehfest gehalten ist. In dem Gehäuse ist ein Laufrad um die Längsachse der Antriebswelle rotierend angeordnet, das Schaufeln aufweist, die eine Zentrifugalströmung erzeugen. Der im Gehäuse ausgebildete Gasauslaß muß somit nicht gegenüber relativ dazu bewegten Bauteilen abgedichtet werden. Das Laufrad rotiert berührungslos in dem Gehäuse, so daß Relativbewegungen und der damit verbundene Verschleiß vermieden sind. Gleichzeitig ergibt sich ein einfacher Aufbau des Zentrifugalabscheiders.
Vorteilhaft ist der Gaseinlaß am Umfang der Antriebswelle zwischen Gehäuse und Antriebswelle angeordnet und umgibt die Antriebswelle vollständig. Der Gaseinlaß erfolgt dabei etwa parallel zur Längsachse der Antriebswelle. Der am Umfang der Antriebswelle ausgebildete Gaseinlaß ist einfach herstellbar und ermöglicht eine gleichmäßige Einströmung des zu reinigenden Gases. Vorteilhaft sind Gaseinlaß und Gasauslaß auf gegenüberliegenden Seiten einer sich senkrecht zur Längsachse der Antriebswelle erstreckenden Trennwand angeordnet, wobei auf der dem Gaseinlaß zugewandten Seite der Trennwand Schaufeln angeordnet sind. Durch die Trennwand wird eine direkte Verbindung zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß vermieden. Die auf der dem Gaseinlaß zugewandten Seite der Trennwand angeordneten Schaufeln beschleunigen die Strömung radial nach außen. Hierdurch können Öltröpfchen in Richtung auf den Außenumfang des Gehäuses beschleunigt und dort aus dem Gasstrom abgeschieden werden. Eine zusätzliche Beschleunigung des Gasstroms und ein damit verbundener Druckaufbau am Gehäuseumfang kann erreicht werden, wenn die sich in Richtung der Längsachse der Antriebswelle erstreckende Breite des Gehäuses in einem Bereich zwischen Gaseinlaß und dem Außenumfang der Schaufeln radial nach außen abnimmt. Vorteilhaft erstreckt sich die Trennwand von der Antriebswelle radial nach außen bis zum Außenumfang der Schaufeln. Eine Erhöhung des am Umfang des Gehäuses aufgebauten Drucks ergibt sich, wenn auf der dem Gasauslaß zugewandten Seite der Trennwand eine Zentripetalströmung erzeugende Schaufeln angeordnet sind. Die Antriebswelle ist insbesondere die Nockenwelle oder Ausgleichswelle einer Brennkraftmaschine. Vorteilhaft ist das Gehäuse am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeformt.
Eine einfache Ausbildung des Zentrifugalabscheiders ergibt sich, wenn die Antriebswelle im Gehäuse in axialem Abstand von einer Gehäusewand endet. Das das Laufrad aufweisende Ende der Antriebswelle ist somit freitragend ausgebildet. Zweckmäßig ist der Gasauslaß gegenüber den dem Gasauslaß zugewandten Schaufeln radial nach innen versetzt. Der Ölauslaß ist insbesondere am Umfang des Gehäuses angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen Zentrifugalabscheider.
Der in der Figur dargestellte Zentrifugalabscheider 1 besitzt ein Gehäuse 2, das drehfest angeordnet ist. Das Gehäuse ist insbesondere am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeformt. Das Gehäuse 2 ist weitgehend rotationssymmetrisch zur Längsachse 4 einer Antriebswelle 3 ausgebildet. Das Gehäuse 2 besitzt eine Vorderwand 18, die in Richtung auf die Längsachse 4 der Antriebswelle 3 aufgewölbt ist. Die Längsachse 4 stellt gleichzeitig die Symmetrieachse des Gehäuses 2 dar. Im Bereich der Antriebswelle 3 besitzt die Vorderwand 18 des Gehäuses 2 eine konzentrisch zur Längsachse 4 angeordnete, insbesondere kreisförmig ausgebildete Öffnung 17. Durch die Öffnung 17 ragt die Antriebswelle 3 in das Gehäuse 2. Zwischen der Antriebswelle 3 und dem Gehäuse 2 ist ein Zwischenraum gebildet, der sich kreisförmig zwischen dem Außenumfang der Antriebswelle 3 und der Öffnung 17 erstreckt und der den Gaseinlaß 5 bildet.
Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Laufrad 14 drehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden. Im Bereich des Wellenendes 19 ist am Laufrad 14 eine Trennwand 8 ausgebildet, die sich senkrecht zur Längsachse 4 der Antriebswelle 3 radial nach außen erstreckt. Die Trennwand 8 ist somit etwa scheibenförmig ausgebildet. Auf der dem Gaseinlaß 5 zugewandten Seite 9 der Trennwand 8 weist das Laufrad 14 Schaufeln 11 auf, die sich insbesondere etwa parallel zur Längsachse 4 radial nach außen erstrecken und die eine Zentrifugalströmung erzeugen. Auf der der Vorderwand 18 zugewandten Seite verlaufen die Schaufeln 11 parallel zur Vorderwand 18 des Gehäuses 2. Die Trennwand 8 erstreckt sich bis etwa an den Außenumfang 13 der Schaufeln 11. Am Außenumfang 16 des Gehäuses 2 ist ein Ölauslaß 7 angeordnet, der sich schlitzförmig und parallel zur Längsachse 4 der Antriebswelle 3 erstreckt. Zwischen dem Außenumfang 16 des Gehäuses 2 und dem Außenumfang 13 der Schaufeln 11 ist ein Ringraum 24 gebildet.
Auf der dem Gasauslaß 6 zugewandten Seite 10 der Trennwand 8 sind am Laufrad 14 Schaufeln 12 angeordnet. Die Schaufeln 12 erstrecken sich dabei in einem schmalen Bereich vom Außenumfang 13 der Schaufeln 11 radial nach innen. Der Gasauslaß 6 ist radial zur Längsachse 4 innerhalb der Schaufeln 12 angeordnet und schließt insbesondere in radialer Richtung direkt an die Schaufeln 12 an. Gegenüber der Längsachse 3 der Antriebswelle 4 ist der Gasauslaß 6 somit axial versetzt angeordnet. Das Wellenende 19 der Antriebswelle 3 besitzt zur Rückwand 15 des Gehäuses 2, in der auch der Gasauslaß ausgebildet ist, einen axialen Abstand a. Die Antriebswelle 3 mit dem Laufrad 14 ist somit im Gehäuse 2 berührungslos beweglich. Die Breite b des Gehäuses 2, die parallel zur Längsachse 4 der Antriebswelle 3 gemessen ist, nimmt in einem Bereich zwischen dem Gaseinlaß 5 und dem Außenumfang 13 der Schaufeln 11 radial nach außen hin ab. Der Abstand d zwischen der Trennwand 8 und der Rückwand 15 des Gehäuses ist dabei konstant, während der Abstand c zwischen der Trennwand 8 und der Vorderwand 18 des Gehäuses 2 in einem Bereich der Trennwand 8 radial nach außen abnimmt. Der Abstand c auf der dem Gaseinlaß 5 zugewandten Seite ist dabei jedoch an jeder Stelle größer als der Abstand d auf der dem Gasauslaß 6 zugewandten Seite 10.
Im Betrieb des Zentrifugalabscheiders 1 rotiert die Antriebswelle 3 in Richtung des Pfeils 20 um die Längsachse 4. Zu reinigendes Gas strömt etwa in Richtung des Pfeils 21 axial in das Gehäuse 2 und in den Bereich des Laufrads 14 ein und wird durch die Rotation des Laufrads 14 radial nach außen beschleunigt. Im Ringraum 24 zwischen dem Außenumfang 13 der Schaufeln 11 und dem Außenumfang 16 des Gehäuses 2 findet ein Druckaufbau im Gas statt. Dadurch wird Öl aus dem Gas abgetrennt und fließt durch den Ölauslaß 7 in Richtung des Pfeils 22 aus dem Gehäuse 2. Das gereinigte Gas strömt auf die dem Gasauslaß 6 zugewandte Seite 10 der Trennwand 8 und von dort durch den Gasauslaß 6 in Richtung des Pfeils 23 aus dem Gehäuse 2.
Bei geringen Drehzahlen der Antriebswelle 3 kann der Zentrifugalabscheider 1 als Vorabscheider eingesetzt werden. Bei größeren Drehzahlen oder durch die Vergrößerung des Durchmessers des Laufrads 14 und des Gehäuses 2 ist auch ein Einsatz als Endabscheider zweckmäßig. Über die Dimensionierung und die Anpassung der Drehzahl kann der Zentrifugalabscheider 1 so an die benötigte Abscheideleistung angepaßt werden.

Claims (11)

  1. Zentrifugalabscheider zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom, insbesondere bei der Entlüftung des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2), in dem Strömungsleitvorrichtungen angeordnet sind, die mit einer Antriebswelle (3) verbunden sind, wobei in das Gehäuse ein Gaseinlaß (5) mündet und aus dem Gehäuse (2) ein Gasauslaß (6) sowie ein Ölauslaß (7) führt,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) drehfest gehalten und in dem Gehäuse (2) ein Laufrad (14) mit eine Zentrifugalströmung bewirkenden Schaufeln (11) um die Längsachse (4) der Antriebswelle (3) rotierend angeordnet ist.
  2. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß (5) am Umfang der Antriebswelle (3) zwischen Gehäuse (2) und Antriebswelle (3) angeordnet ist und die Antriebswelle vollständig umgibt.
  3. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß (5) und der Gasauslaß (6) auf gegenüberliegenden Seiten (9, 10) einer sich senkrecht zur Längsachse (4) der Antriebswelle (3) erstreckenden Trennwand (8) angeordnet sind, wobei auf der dem Gaseinlaß (5) zugewandten Seite (9) der Trennwand (8) Schaufeln (11) angeordnet sind.
  4. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Richtung der Längsachse (4) der Antriebswelle (3) erstreckende Breite (b) des Gehäuses (2) in einem Bereich zwischen Gaseinlaß (5) und dem Außenumfang (13) der Schaufeln (11) radial nach außen abnimmt.
  5. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) sich von der Antriebswelle (3) radial nach außen bis zum Außenumfang (13) der Schaufeln (11) erstreckt.
  6. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Gasauslaß (6) zugewandten Seite (10) der Trennwand eine Zentripetalströmung erzeugende Schaufeln (12) angeordnet sind.
  7. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) die Nockenwelle oder die Ausgleichswelle einer Brennkraftmaschine ist.
  8. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeformt ist.
  9. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) im Gehäuse (2) in axialem Abstand (a) vor einer Gehäusewand (15) endet.
  10. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (6) gegenüber den dem Gasauslaß (6) zugewandten Schaufeln (12) radial nach innen versetzt ist.
  11. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ölauslaß (7) am Umfang (16) des Gehäuses (2) angeordnet ist.
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