WO2006119890A1 - Vorrichtung zum reinigen von gas beim entlüften eines kurbelgehäuses - Google Patents

Vorrichtung zum reinigen von gas beim entlüften eines kurbelgehäuses Download PDF

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WO2006119890A1
WO2006119890A1 PCT/EP2006/004098 EP2006004098W WO2006119890A1 WO 2006119890 A1 WO2006119890 A1 WO 2006119890A1 EP 2006004098 W EP2006004098 W EP 2006004098W WO 2006119890 A1 WO2006119890 A1 WO 2006119890A1
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WO
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drive
chamber
housing
rotor shaft
bearing
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PCT/EP2006/004098
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French (fr)
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Serge Kup
Ingvar HÄLLGREN
Mats-Örjan POGEN
Original Assignee
Alfa Laval Tumba Ab
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Publication date
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    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
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    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/005—Centrifugal separators or filters for fluid circulation systems, e.g. for lubricant oil circulation systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/06—Fluid drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B04B2005/125—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers the rotors comprising separating walls
    • 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
    • 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
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/19—Crankcase ventilation

Definitions

  • the present invention relates to a device for purifying gas in the venting of a crankcase, comprising a housing in which a Abscheiderkam- is provided mer, a rotor assembly with a rotatably mounted in the housing rotor shaft and a separator disposed in the centrifugal rotor and a fluidic Antriebsei device for driving the rotor world by means of a drive fluid, wherein the Antechnischsei device is arranged in a drive chamber which is separated by a housing partition wall of the separator chamber i5 and wherein the rotor shaft extends through an opening in the housing partition.
  • the separator plates are provided with mutually aligned openings.
  • the rotor shaft and thus the centrifugal rotor are driven via a turbine wheel, which is arranged in the drive chamber and is subjected to an oil jet in operation. Due to the rotational movement of the centrifugal rotor and introduced in the central region of the engine oil-gas mixture is set in rotation and conveyed radially outward. It flows through the conical outflow areas.
  • a sealing ring for a centrifugal separator is known from US 6,676,131. 0 This has advantages in terms of installation and a good fixation in a groove receiving the sealing ring.
  • the housing partition wall has a bearing bush in which a bearing, in particular a ball bearing, is received for supporting the rotor shaft.
  • the bearing bush is integrated in the housing partition.
  • the bearing bush may have a pipe socket which projects to the drive chamber.
  • This tube approach can be used advantageously for the realization of the labyrinth seal.
  • the labyrinth seal has a sealing disc with a circumferential axial groove and that a free end of the pipe socket in the axial groove, preferably non-contact engages.
  • the sealing disc is rotationally coupled to the rotor shaft.
  • the labyrinth seal is thus formed in this embodiment of the invention between the housing-fixed pipe socket and the rotating rotor shaft. The invention thus avoids sealing parts that rotate with one another in operation with a contact seal that is prone to wear.
  • the drive device has a drive wheel which can be driven fluidly, preferably a fluidically impinged turbine wheel, which is mounted in a rotationally fixed manner on the rotor shaft and coupled to the sealing disk.
  • a drive wheel which can be driven fluidly, preferably a fluidically impinged turbine wheel, which is mounted in a rotationally fixed manner on the rotor shaft and coupled to the sealing disk.
  • other types of drive devices such as running in an oil bath chain drive or the like.
  • the sealing washer between the drive wheel and bearing is arranged.
  • the sealing disc has a radial region of greater thickness, which contacts an inner ring of the bearing. As a result, the sealing disc can be used at the same time for bracing the bearing.
  • the invention further relates to a sealing arrangement in a device of the type described above, comprising a labyrinth seal which seals non-contact the separator chamber of the drive chamber.
  • FIG. 1 shows an axis-containing section of a device according to the invention
  • Fig. 2 is an enlarged view of the designated in Fig. 1 with II area and
  • FIG 3 shows a cross section through a sealing washer according to the invention.
  • a centrifugal separating device according to the invention is shown in a section containing the longitudinal axis A and generally designated 10.
  • the separating device 10 comprises a housing 12, which encloses a separator chamber 14.
  • the housing 12 is designed to be open at the bottom and closed by a housing-side wall 16 at the bottom.
  • the housing is provided with an inlet nozzle 18, which defines an inlet 20 opening into the separator chamber 14.
  • the housing 12 further has an outlet, not shown.
  • the housing 12 holding webs 22 and 24 which receive a bearing cup 26 and hold in the housing 12.
  • the bearing cup 26 is stepped and includes apertures 28 such that the inlet 20 is fluidically connected to the separator chamber 14.
  • a ball bearing 30 is rotatably taken up with its outer ring.
  • the inner ring of the ball bearing 30 is pressed onto a rotor shaft 32.
  • the rotor shaft 32 is also mounted via a further ball bearing 34 in the housing partition 16.
  • the housing partition 16 has a central opening which is surrounded by an integrally formed tubular extension 36.
  • the ball bearing 34 is pressed with its outer ring in the inner peripheral surface of the pipe extension 36 and is held at the lower end by a diameter constriction on the neck 36.
  • the inner ring of the ball bearing 34 sits on the rotor shaft 32nd
  • a plurality of frustoconical Abscheiderbleche 38 are arranged at regular intervals and rotatably mounted on the rotor shaft 32.
  • the separator plates 38 also have openings 40 in their horizontally extending central area. The rotor shaft 32 and the separator plates 38 together form a centrifugal rotor 39.
  • a bottom part 42 is further arranged with a collecting channel 44 integrally formed therein.
  • the collecting channel 44 is bounded radially on the inside by a circumferential channel wall 46 formed on the funnel bottom 42.
  • an oil collecting basin 48 is formed between the bottom part 42 and the housing partition wall 16.
  • the collecting duct 44 is connected to the oil collecting basin 48 via bottom-side drainage slots 50, which are distributed uniformly in the circumferential direction.
  • a discharge opening 52 is provided for oil discharge.
  • a drive chamber 60 is arranged below the housing partition wall 16, which is only partially shown.
  • the rotor shaft 16 extends through the tube extension 36 in the drive chamber 60.
  • a drive wheel designed as a turbine wheel 64 is mounted rotationally fixed.
  • the turbine wheel 64 has at its upper end on turbine blades 66 which can be acted upon via a not shown in Rg. 1 and 2 nozzle with an oil jet, so that the turbine blades 66 on the oil striking the turbine wheel 64 and thus the rotor shaft 16 together with the attached Abscheiderbleche 38 in rotation about the axis A. Details of the arrangement in the region of the lower ball bearing 34 are also apparent from FIG.
  • a sealing washer 70 made of steel or another dimensionally stable material is used.
  • the sealing washer 70 is shown in a single part illustration in FIG. It has a central opening 72, which is bordered by a raised radial area 74.
  • the raised radial region 74 serves to rest on the inner ring of the ball bearing 36.
  • the underside of the sealing disc 70 is essentially planar.
  • the sealing disc 70 has a circumferential groove 76 whose width B exceeds the wall thickness b of the lower free end of the tube extension 36.
  • the lower free end of the pipe socket 36 protrudes contactlessly into the groove 76, so that a labyrinthine gap between the lower free end of the pipe socket 36 and the groove 76 is formed.
  • the gap width is, for example, in the range of 0.01 mm to 0.20 mm.
  • the turbine blades 66 of the turbine wheel 64 are irradiated with a fluid, preferably engine oil, under pressure, so that the turbine wheel 64 is rotated and drives the rotor shaft 32.
  • the separator plates 38 rotate with the rotor shaft 32. They set the air in the central region of the centrifugal rotor 39 consisting of the rotor shaft 32 and separator plates 38 to rotate, so that it flows outwards due to the centrifugal action. This results in a negative pressure in the central region and an intake effect (see arrow P), so that an oil-air mixture is sucked in via the inlet port 18 from a crankcase of an internal combustion engine.
  • the oil-air mixture contains oil particles that are to be separated from the air.
  • the oil-air mixture passes through the openings 28 to the separator plates 38 and is rotated there. Part of the oil-air mixture flows through the apertures 40 down, the other part of the oil-air mixture moves due to centrifugal force radially outward and impinges on the conical regions of Abscheiderbleche 38. In this case, the divide in the oil-air Mixed oil droplets from the air and stick to the separator plates.
  • the separated oil is delivered by the centrifugal force on the Abscheiderblechen 38 radially outwardly and finally thrown off at the radially outer edge, as shown in Fig. 1 at 54.
  • an oil film 58 is formed which, due to gravity, flows downwards and collects in the collecting duct 44. From there, the separated oil can flow via the discharge slots 50 into the fluid collecting basin 48 and be led back into the oil circuit of the engine.
  • the purified air separated from the oil particles flows out of the separator chamber 14 via the outlet, not shown, and can be released to the atmosphere.
  • the sealing washer 70 is provided for the formation of the labyrinth seal. It has been found that the use according to the invention of the sealing disc 70 with the groove 76 and a contactless labyrinth seal resulting therefrom has considerable advantages over contacting seals, as shown, for example, in WO 2004/091799 A1. On the one hand, contact seals are subject to ever-increasing wear as the operating time increases, which can even lead to seal failure.
  • the labyrinth seal according to the invention works without contact and is therefore not subject to any friction-related wear. Furthermore, in certain operating situations, in particular in a high-performance operation of the internal combustion engine, proportionally high pressures or pressure peaks may occur in the separator chamber, which must be reduced in the short term. In this case, a pressure reduction via the drain slots 50 and the discharge opening 52 is to be avoided, because otherwise the oil drainage process would be interrupted and under certain circumstances too much oil would remain in the separator chamber 14. This would lead to a deterioration of the separator effect.
  • the invention now offers the advantage that a pressure reduction to the drive chamber 60 can take place via the labyrinth seal between the sealing washer 70 and the tube extension 36. Nevertheless, the labyrinth seal ensures a sufficiently good Sealing the separator chamber 14 from the drive chamber 60, so that in the drive chamber 60 existing oil droplets can not enter the separator chamber 14.

Landscapes

  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Reinigen von Gas beim Entlüften eines Kurbelgehäuses, umfassend ein Gehäuse (12), in dem eine Abscheiderkammer (14) vorgesehen ist, eine Rotoranordnung mit einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotorwelle (32) und einem in der Abscheiderkammer (14) angeordneten Zentrifugalrotor (39) und eine fluidische Antriebseinrichtung (64) zum Antreiben der Rotorwelle (32) mittels eines Antriebsfluids, wobei die Antriebseinrichtung (64) in einer Antriebskammer (60) angeordnet ist, die durch eine Gehäusetrennwand (16) von der Abscheiderkammer (14) getrennt ist, wobei sich die Rotorwelle (32) durch einen Durchbruch in der Gehäusetrennwand (16) hindurch erstreckt. Bei dieser Vorrichtung ist vorgesehen, dass im Bereich des Durchbruchs eine Labyrinthdichtung (70) zum Abdichten der Antriebskammer (60) von der Abscheiderkammer (14) vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung zum Reinigen von Gas beim Entlüften eines Kurbelgehäuses
5
Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Gas beim Entlüften eines Kurbelgehäuses, umfassend ein Gehäuse, in dem eine Abscheiderkam- lo mer vorgesehen ist, eine Rotoranordnung mit einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotorwelle und einem in der Abscheiderkammer angeordneten Zentrifugalrotor und eine fluidische Antriebsei nrichtung zum Antreiben der Rotorwelte mittels eines Antriebsfluids, wobei die Antriebsei nrichtung in einer Antriebskammer angeordnet ist, die durch eine Gehäusetrennwand von der Abscheiderkammer getrennt ist i5 und wobei sich die Rotorwelle durch einen Durchbruch in der Gehäusetrennwand hindurch erstreckt.
Stand der Technik
2o Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt das Dokument WO 2004/091799 Al eine entsprechende Vorrichtung, mit der Ölpartikel eines von einem Verbrennungsmotor kommenden Öl-Luft-Gemischs mittels eines Zentrifugalrotors abgeschieden werden. Der Zentrifugalrotor weist eine Gruppe von stapelartig angeordneten, kegelstumpfförmig ausgebildeten Abscheiderblechen auf,
25 die in regelmäßigen Abständen auf der Rotorwelle angeordnet und drehfest mit dieser gekoppelt sind. In ihrem zentralen Bereich sind die Abscheiderbleche mit zueinander fluchtenden Durchbrüchen versehen. Zwischen den Abscheiderblechen bilden sich konisch verlaufende Ausströmbereiche aus, die in einen radial äußeren Bereich der Abscheiderkammer münden. Die Rotorwelle und damit der Zentrifugalrotor wer- 0 den über ein Turbinenrad angetrieben, das in der Antriebskammer angeordnet ist und dort im Betriebsfall mit einem Ölstrahl beaufschlagt wird. Aufgrund der Drehbewegung des Zentrifugalrotors wird auch das in dessen zentralen Bereich vom Verbrennungsmotor eingeleitete Öl-Gas-Gemisch in Rotation versetzt und nach radial außen gefördert. Es strömt durch die konisch verlaufenden Ausströmbereiche. Dabei 5 scheiden sich in dem Öl-Gas-Gemisch enthaltene Ölpartikel an den Abscheiderblechen ab. Ferner wird durch den im zentralen Bereich des Zentrifugalrotors entstehenden Unterdruck weiteres Öl-Gas-Gemisch vom Verbrennungsmotor angesaugt. Das an den Abscheiderblechen abgeschiedene Öl wird wegen deren Drehbewegung und den daraus resultierenden Zentrifugalkräften ebenfalls nach radial außen gefördert und schließlich von dem radial äußeren Rand der Abscheiderbleche an die die Abscheiderkammer begrenzende Gehäusewand geschleudert. Von dieser fließt das 5 abgeschiedene Öl schwerkraftbedingt nach unten in einen Sammelkanal und wird über eine Austrittsöffnung wieder dem Ölkreislauf des Verbrennungsmotors zugeführt.
Im vorstehenden Stand der Technik ist das Erfordernis erläutert, dass die Abschei- lo derkammer von der Antriebskammer möglichst dicht abgetrennt werden muss. Insbesondere soll vermieden werden, dass beim Antreiben des Turbinenrads in der ^- Antriebskammer entstehende Öltröpfchen in die Abscheiderkammer eintreten und dort die bereits von den Ölpartikeln befreite Luft wieder kontaminieren. Hierzu ist vorgesehen, ein Lager, das in der Gehäusetrennwand aufgenommen ist und das die i5 Rotorwelle drehbar lagert, durch eine kontaktierende Scheibendichtung möglichst fluid- und gasdicht zu gestalten. Allerdings hat sich gezeigt, dass die die Scheibendichtung mit zunehmender Betriebsdauer einem gewissen Verschleiß unterliegt und dadurch ihre Dichtwirkung nachlässt. Darüber hinaus sieht dieser Stand der Technik vor, dass zwischen der Abscheiderkammer und der Antriebskammer eine Ölsammel-
20 kammer vorgesehen ist. Allerdings kann es in bestimmten Betriebssituationen zu einem starken Druckanstieg in der Abscheiderkammer kommen, wobei der Druck aufgrund der zwischengeschalteten Ölsammelkammer und der kontaktierenden Dichtungsscheibe nicht zur Antriebskammer hin abgebaut werden kann. Als Folge davon weicht Öl-Gas-Gemisch über die Austrittsöffnung aus der Abscheiderkammer in die 5 Ölsammelkammer, so dass vorübergehend kein abgeschiedenes Öl mehr aus der
Abscheiderkammer abfließen kann. Dadurch wird die Funktionsweise der Vorrichtung beeinträchtigt.
Ein Dichtungsring für eine Zentrifugaltrennvorrichtung ist aus US 6,676,131 bekannt. 0 Dieser besitzt Vorteile hinsichtlich der Montage und einer guten Fixierung in einer den Dichtungsring aufnehmenden Nut.
Eine weitere Trenn Vorrichtung ist aus US 2004/0107681 Al bekannt. Auch bei diesem Stand der Technik wird der Zentrifugalrotor über ein Turbinenrad mit einem 5 Ölstrahl angetrieben. Das Turbinenrad ist jedoch unmittelbar in der Abscheiderkammer vorgesehen, so dass die beim Auftreffen des Ölstrahls auf das Turbinenrad entstehenden Öltröpfchen das zu reinigende Öl-Gas-Gemisch zusätzlich verunreinigen. Schließlich zeigt das Dokument EP 0 933 507 Bl eine Trenvorrichtung, bei der der Zentrifugalrotor über einen Kettentrieb angetrieben wird.
Aufgabe und erfindungsgemäße Lösung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, die bei einfachem und kostengünstigem Aufbau eine hinreichend fluiddichte Abdichtung zwischen Abscheiderkammer und Antriebskammer bereitstellt, jedoch einen Druckausgleich zwischen diesen Kammern ermöglicht.
___; Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art gelöst, bei der im Bereich des Durchbruchs in der Gehäusetrennwand eine Labyrinthdichtung zum Abdichten der Antriebskammer von der Abscheiderkammer vorgesehen ist.
Es wurde nämlich erkannt, dass eine berührungslose Labyrinthdichtung ausreicht, um die in der Antriebskammer entstehenden Öltröpfchen an einem Eindringen in die Abscheiderkammer zu hindern. Der Einsatz einer berührungslosen Labyrinthdichtung hat jedoch gegenüber der im Stand der Technik gemäß WO 2004/091799 Al be- schriebenen Lösung den Vorteil, dass in Betriebszuständen hohen Drucks in der Abscheiderkammer ein Druckausgleich zwischen Antriebskammer und Abscheiderkammer durch den Spalt der Labyrinthdichtung erfolgen kann. So kommt es nicht zu einem unerwünschten „Blockieren" der Öl-Austrittsöffnung, so dass weiterhin auch während des Druckausgleichs Öl aus der Abscheiderkammer abströmen kann. In der Folge lässt sich ein zuverlässigerer Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik erreichen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gehäusetrennwand eine Lagerbuchse aufweist, in der ein Lager, insbesondere ein Ku- gellager, zum Lagern der Rotorwelle aufgenommen ist. In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass die Lagerbuchse in der Gehäusetrennwand integriert ist. Vorzugsweise kann die Lagerbuchse einen Rohransatz aufweisen, der zur Antriebskammer vorsteht. Dieser Rohransatz kann in vorteilhafter Weise zur Realisierung der Labyrinthdichtung genutzt werden. So sieht eine Weiterbildung der Erfin- düng vor, dass die Labyrinthdichtung eine Dichtscheibe mit einer umlaufenden Axialnut aufweist und dass ein freies Ende des Rohransatzes in die Axialnut, vorzugsweise berührungsfrei, eingreift. Ferner kann bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Dichtscheibe mit der Rotorwelle drehgekoppelt ist. Die Labyrinthdichtung ist somit bei dieser Ausführungsform der Erfindung zwischen dem gehäusefesten Rohransatz und der sich drehenden Rotorwelle ausgebildet. Die Erfindung vermeidet also eine Abdichtung von sich im Betrieb zueinander drehenden Teilen mit einer für Verschleiß anfälligen Berührungsdichtung.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Antriebseinrichtung ein fluidisch antreibbares Antriebsrad, vorzugsweise ein fluidisch beaufschlagtes Turbinenrad, aufweist, das drehfest auf der Rotorwelle angebracht und mit der Dichtscheibe gekoppelt ist. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, auch andersartige Antriebsvorrichtungen zu verwenden, beispielsweise einen in einem Ölbad laufenden Kettentrieb oder dergleichen.
Bei Verwendung eines Antriebsrads sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Dichtscheibe zwischen Antriebsrad und Lager angeordnet ist. Bei dieser konstruktiven Ausführungsform der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Dichtscheibe einen Radialbereich größerer Dicke aufweist, der einen Innenring des Lagers kontaktiert. Dadurch lässt sich die Dichtscheibe zugleich zum Verspannen des Lagers einsetzen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Dichtungsanordnung bei einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, umfassend eine Labyrinthdichtung, die berührungslos die Abscheiderkammer von der Antriebskammer abdichtet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 einen achsenthaltenden Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 mit II bezeichneten Bereichs und
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungsscheibe.
Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Zentrifugal-Trennvorrichtung in einem die Längsachse A enthaltenden Schnitt gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Trennvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 12, das eine Abscheiderkammer 14 um- schließt. Das Gehäuse 12 ist nach unten offen ausgebildet und durch eine bodensei- tige Gehäusetrennwand 16 verschlossen. Im oberen Bereich ist das Gehäuse mit einem Einlassstutzen 18 versehen, der einen in die Abscheiderkammer 14 einmündenden Einlass 20 definiert. In seinem unteren Bereich besitzt das Gehäuse 12 ferner einen nicht gezeigten Auslass. Nahe dem Einlass 20 weist das Gehäuse 12 Haltestege 22 und 24 auf, die einen Lagertopf 26 aufnehmen und in dem Gehäuse 12 halten. Der Lagertopf 26 ist gestuft ausgebildet und umfasst Durchbrϋche 28, so dass der die Einlass 20 mit der Abscheiderkammer 14 fluidisch verbunden ist.
In dem Lagertopf 26 ist ein Kugellager 30 mit seinem Außenring drehfest aufge- nommen. Der Innenring des Kugellagers 30 ist auf eine Rotorwelle 32 aufgepresst. Die Rotorwelle 32 ist ferner über ein weiteres Kugellager 34 in der Gehäusetrennwand 16 gelagert. Hierzu weist die Gehäusetrennwand 16 einen zentralen Durchbruch auf, der von einem integral ausgebildeten rohrförmigen Ansatz 36 umgeben ist. Das Kugellager 34 ist mit seinem Außenring in die Innenumfangsfläche des Rohr- ansatzes 36 eingepresst und wird am unteren Ende durch eine Durchmesserverengung an dem Ansatz 36 gehalten. Der Innenring des Kugellagers 34 sitzt hingegen auf der Rotorwelle 32.
Zwischen den beiden Kugellagern 30 und 34 sind auf der Rotorwelle 32 mehrere kegelstumpfförmige Abscheiderbleche 38 in regelmäßigen Abständen angeordnet und drehfest angebracht. Auch die Abscheiderbleche 38 weisen in ihrem horizontal verlaufenden zentralen Bereich jeweils Durchbrüche 40 auf. Die Rotorwelle 32 und die Abscheiderbleche 38 bilden zusammen einen Zentrifugalrotor 39.
In dem Gehäuse 12 ist ferner ein Bodenteil 42 mit einem darin integral ausgebildeten Sammelkanal 44 angeordnet. Der Sammelkanal 44 wird radial innenseitig von einer an dem Trichterboden 42 angeformten umlaufenden Kanalwand 46 begrenzt. Zwischen dem Bodenteil 42 und der Gehäusetrennwand 16 bildet sich so ein Ölsammel- becken 48 aus. Der Sammelkanal 44 ist über in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte bodenseitige Ablaufschlitze 50 mit dem Ölsammelbecken 48 verbunden. In dem Ölsammelbecken 48 ist eine Abströmöffnung 52 zur Ölableitung vorgesehen. Unterhalb der Gehäusetrennwand 16 ist eine Antriebskammer 60 angeordnet, die nur teilweise gezeigt ist. Die Rotorwelle 16 erstreckt sich durch den Rohransatz 36 in die Antriebskammer 60. An ihrem freien Ende 62 ist ein als Turbinenrad 64 ausgebildetes Antriebsrad drehfest angebracht. Das Turbinenrad 64 weist an seinem oberen Ende Turbinenschaufeln 66 auf, die über eine in Rg. 1 und 2 nicht gezeigte Düse mit einem Ölstrahl beaufschlagt werden können, so dass das auf die Turbinenschaufeln 66 treffende Öl das Turbinenrad 64 und damit die Rotorwelle 16 samt der daran angebrachten Abscheiderbleche 38 in Drehung um die Achse A versetzt. Einzelheiten der Anordnung im Bereich des unteren Kugellagers 34 gehen auch aus Fig. 2 hervor.
In Fig. 1 und 2 erkennt man ferner, dass in dem Turbinenrad 64 an seinem oberen Ende eine Vertiefung 68 vorgesehen ist, in die eine Dichtscheibe 70 aus Stahl oder einem anderen formstabilen Material eingesetzt ist. Die Dichtscheibe 70 ist in einer Einzelteildarstellung in Fig. 3 gezeigt. Sie weist einen zentralen Durchbruch 72 auf, der von einem erhabenen Radialbereich 74 eingefasst ist. Der erhabene Radialbereich 74 dient zur Anlage an dem Innenring des Kugellagers 36. Die Unterseite der Dichtscheibe 70 ist im Wesentlichen eben ausgebildet. Ferner weist die Dichtscheibe 70 eine umlaufende Nut 76 auf, deren Breite B die Wandstärke b des unteren freien Endes des Rohransatzes 36 übersteigt. Im montierten Zustand ragt das untere freie Ende des Rohransatzes 36 berührungslos in die Nut 76 hinein, so dass sich ein labyrinthartiger Spalt zwischen dem unteren freien Endes des Rohransatzes 36 und der Nut 76 ausbildet. Die Spaltbreite liegt beispielsweise im Bereich von 0,01 mm bis 0,20 mm.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erläutert. Wie bereits angedeutet werden die Turbinenschaufeln 66 des Turbinenrads 64 mit einem Fluid, vorzugsweise Motoröl, unter Druck angestrahlt, so dass das Turbinenrad 64 in Drehung versetzt wird und die Rotorwelle 32 antreibt. Mit der Rotorwelle 32 drehen sich die Abscheiderbleche 38. Sie versetzen die im zentralen Bereich des aus Rotorwelle 32 und Abscheiderbleche 38 bestehenden Zentrifugalrotors 39 befindliche Luft in Drehbewegung, so dass diese aufgrund der Zentrifugalwirkung nach außen strömt. Dadurch ergibt sich ein Unterdruck im zentralen Bereich und eine Ansaugwirkung (siehe Pfeil P), so dass ein Öl-Luft-Gemisch über den Einlassstutzen 18 aus einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors angesaugt wird. Das Öl- Luft-Gemisch enthält Ölpartikel, die von der Luft abgeschieden werden sollen. Das Öl-Luft-Gemisch tritt durch die Durchbrüche 28 zu den Abscheiderblechen 38 und wird dort in Drehbewegung versetzt. Ein Teil des Öl-Luft-Gemisches strömt durch die Durchbrüche 40 nach unten, der andere Teil des Öl-Luft-Gemisches bewegt sich zentrifugalkraftbedingt nach radial auswärts und trifft auf die konischen Bereiche der Abscheiderbleche 38. Dabei scheiden sich die in dem Öl-Luft-Gemisch enthaltenen Öltröpfchen von der Luft ab und bleiben an den Abscheiderblechen haften. Das abgeschiedene Öl wird durch die Zentrifugalkraft auf den Abscheiderblechen 38 nach radial auswärts gefördert und schließlich an deren radial äußerem Rand abgeschleudert, wie in Fig. 1 bei 54 gezeigt. An der Gehäuseseitenwand 56 bildet sich ein Ölfilm 58, der schwerkraftbedingt nach unten fließt und sich im Sammelkanal 44 sammelt. Von dort kann das abgeschiedene Öl über die Ablaufschlitze 50 in das Fluidsammel- becken 48 abfließen und zurück in den Ölkreislauf des Motors geführt werden. Die von den Ölpartikeln getrennte gereinigte Luft strömt über den nicht gezeigten Aus- lass aus der Abscheiderkammer 14 und kann an die Atmosphäre abgegeben werden.
Im Betrieb ist es unbedingt zu vermeiden, dass größere Mengen an Öl, das beim Antreiben des Turbinenrads 64 in der Antriebskammer verspritzt wird, in den Bereich des Sammelbeckens 48 oder bis in den Bereich der Abscheiderkammer 14 eintritt. Dadurch würde die Funktionsweise der Vorrichtung 10 stark beeinträchtigt werden. Zu diesem Zweck ist die Dichtscheibe 70 zur Ausbildung der Labyrinthdichtung vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße Einsatz der Dichtscheibe 70 mit der Nut 76 und eine daraus resultierende berührungslose Labyrinthdichtung erhebliche Vorteile gegenüber kontaktierenden Dichtungen aufweist, wie beispielsweise in der WO 2004/091799 Al gezeigt. Zum einen unterliegen kontaktierende Dichtungen mit zunehmender Betriebsdauer immer größer werdendem Verschleiß, was sogar zu einem Versagen der Dichtung führen kann. Hingegen funktioniert die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung kontaktfrei und unterliegt daher auch keinerlei reibungsbedingtem Verschleiß. Ferner kann es in bestimmten Betriebssituationen, insbesondere bei einem Hochleistungsbetrieb des Verbrennungsmotors, zu verhält- nismäßig hohen Drücken oder Druckspitzen in der Abscheiderkammer kommen, die kurzfristig abgebaut werden müssen. Dabei ist ein Druckabbau über die Ablaufschlitze 50 und die Abströmöffnung 52 zu vermeiden, weil andernfalls der Ölablaufvorgang unterbrochen werden und unter Umständen zu viel Öl in der Abscheiderkammer 14 verbleiben würde. Dies hätte eine Verschlechterung der Abscheiderwirkung zur FoI- ge. Die Erfindung bietet nun den Vorteil, dass ein Druckabbau zur Antriebskammer 60 hin über die Labyrinthdichtung zwischen der Dichtscheibe 70 und dem Rohransatz 36 erfolgen kann. Dennoch sorgt die Labyrinthdichtung für eine hinreichend gute Abdichtung der Abscheiderkammer 14 von der Antriebskammer 60, so dass in der Antriebskammer 60 vorhandene Öltröpfchen nicht in die Abscheiderkammer 14 eintreten können.

Claims

Patentansprüche
5 1. Vorrichtung (10) zum Reinigen von Gas beim Entlüften eines Kurbelgehäuses, umfassend ein Gehäuse (12), in dem eine Abscheiderkammer (14) vorgesehen ist, eine Rotoranordnung mit einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotorwelle (32) und einem in der Abscheiderkammer (14) angeordneten Zentrifugalrotor lo (39) und eine fluidische Antriebseinrichtung (64) zum Antreiben der Rotorwelle (32) mittels eines Antriebsfluids, wobei die Antriebseinrichtung (64) in einer Antriebskammer (60) angeordnet ist, die durch eine Gehäusetrennwand (16) von der Abscheiderkammer (14) getrennt ist, i5 wobei sich die Rotorwelle (32) durch einen Durchbruch in der Gehäusetrennwand (16) hindurch erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Durchbruchs eine Labyrinthdichtung (70) zum Abdichten der Antriebskammer (60) von der Abscheiderkammer (14) vorgesehen ist.
20
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusetrennwand (16) eine Lagerbuchse (36) aufweist, in der ein Lager (36), insbesondere ein Kugellager, zum Lagern der Rotorwelle (32) aufgenommen ist.
25
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (36) in der Gehäusetrennwand (16) integriert ist.
0 4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse einen Rohransatz (36) aufweist, der zur Antriebskammer (60) vorsteht.
5. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung eine Dichtscheibe (70) mit einer umlaufenden Axialnut (76) aufweist und dass ein freies Ende des Rohransatzes (36) in die Axialnut (76), vorzugsweise berührungsfrei, eingreift.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (70) mit der Rotorwelle (32) drehgekoppelt ist.
5
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung ein fluidisch antreibbares Antriebsrad (64), vorzugsweise ein fluidisch beaufschlagtes Turbinenrad, aufweist, das drehfest auf der Rotorwelle angebracht und mit der Dichtscheibe (70) gekoppelt ist.
10
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (70) zwischen Antriebsrad (64) und Lager (36) angeordnet ist.
i5 9. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (70) einen Radialbereich (74) größerer Dicke aufweist, der einen Innenring des Lagers (36) kontaktiert.
10. Dichtungsanordnung bei einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden 20 Ansprüche, umfassend eine Labyrinthdichtung, die berührungslos die Abscheiderkammer (14) von der Antriebskammer (60) abdichtet.
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