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Dokumentenidentifikation DE10122994C2 07.08.2003
Titel Zyklonabscheider mit Verwendung der Einlassöffnung als Ablauföffnung
Anmelder Montaplast GmbH, 51597 Morsbach, DE
Erfinder Schwarzer, Norbert, 53804 Much, DE
Vertreter Patentanwälte Lippert, Stachow, Schmidt & Partner, 51427 Bergisch Gladbach
DE-Anmeldedatum 11.05.2001
DE-Aktenzeichen 10122994
Offenlegungstag 21.11.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse B04C 5/14
IPC-Nebenklasse B04C 5/02   F01M 13/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zyklonabscheider werden beispielsweise im Bereich der Kurbelgehäuseentlüftung für Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt, um das aus dem Kurbelgehäuse abgesaugte Aerosol von dem in diesem enthaltenen Öl zu trennen. Der Ölkreislauf im Motor stellt ein geschlossenes System dar, wobei die Ölwanne unterhalb des Motorblocks mit der darin befindlichen Kurbelwelle das aus dem Motor ablaufende Öl aufnimmt. Verbrennungsgase strömen aus dem Motor an den Kolbenringen vorbei und erzeugen im Kurbelwellengehäuse einen Überdruck. Der Gesetzgeber fordert die Aufrechterhaltung eines Unterdrucks im Kurbelgehäuse, um ein Austreten der Aerosole zu verhindern. Zum Absaugen des Überdrucks verbindet eine Unterdruckleitung das Kurbelgehäuse mit der Einlassöffnung des Zyklons, mit dem das Öl aus dem Aerosol abgeschieden wird.

Das Gehäuse des Zyklons ist üblicherweise als längserstreckender Rotationskörper ausgebildet, der sich in Einbaulage nach unten konisch verjüngt. Das Aerosol wird tangential zum Gehäuse am - in Einbaulage - oberen Ende des Zyklons in das Gehäuseinnere eingeleitet und strömt rotierend nach unten und scheidet den abzutrennenden Stoff an der Innenwand des Gehäuses ab. Im unteren Bereich des Gehäuses ist der Zyklon von der Geometrie so ausgelegt, dass der von dem Stoff getrennte, eine Rotationsströmung ausführende Luftstrom in einen - in Einbaulage - vertikal verlaufenden Kamin umgelenkt wird, der mit der Auslassöffnung verbunden ist. Der abgetrennte Stoff, vorzugsweise ein Öl-Kraftstoffgemisch, läuft aufgrund der Schwerkraft zur Ablauföffnung, die am unteren Ende des Gehäuses angeordnet ist.

Ein Zyklonabscheider ist üblicherweise im Motorraum als getrenntes Bauteil neben dem Motorblock angeordnet und über mit den entsprechenden Öffnungen des Zyklons verbundene Einlass-, Auslass- und Ablaufleitungen, die medien- und temperaturresistent sind, mit den anderen Aggregaten des Motors verbunden. Ein bekannter Zyklon weist demnach drei Schnittstellen auf.

Das durch den Zyklon abgeschiedene Öl wird über die Ablaufleitung in das Kurbelgehäuse zurückgeführt. Zur Aufrechterhaltung der für den Betrieb des Zyklons erforderlichen Strömungsrichtung muss die Ölrückführung von dem Zyklon in das Kurbelgehäuse so erfolgen, dass keine Luft aus dem Kurbelgehäuse in den Zyklon strömen kann, die eine Umkehrung der Strömungsrichtung in dem Zyklon hervorrufen und eine Funktionsstörung bewirken würde. Dieses wird üblicherweise dadurch bewerkstelligt, dass die Ablaufleitung, die auch als Ölrücklauf bezeichnet wird, aus dem Zyklon unterhalb des Ölniveaus der Ölwanne in die Ölwanne eintritt, so dass der Ölpegel innerhalb der Ablaufleitung das Einströmen von Luft unterbindet.

Derartige Zyklonabscheider sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 43 44 507 A1 und DE 31 28 470 C2 bekannt.

Nachteilig an bekannten Zyklonabscheidern ist, dass diese bei kalten Temperaturen einfrieren. Teilweise wurden Lösungen angedacht, die Zyklonabscheider in der Nähe des Motors anzuordnen, um dessen Strahlungswärme zur Vermeidung des Einfrierens zu nutzen. Die zu und von dem Zyklon abführenden Leitungen sind jedoch üblicherweise in dem beengten Bauraum des Motors schwer führbar.

Wünschenswert wäre die Anordnung eines Zyklonabscheiders unmittelbar im Ventildeckel des Verbrennungsmotors. Für Zyklonabscheider, die im Zylinderkopf eingebaut werden, können aus baulichen Gegebenheiten die Rückführungen in das Kurbelgehäuse schwer vorgesehen werden, da die Rückführung der externen Leitungen aus dem Ventildeckel in das Ventilgehäuse teuer oder zum späteren Zeitpunkt der Entwicklung bautechnisch nicht mehr realisierbar ist. Beispielsweise würden die Durchgänge für die Rückführungsleitung im Ventildeckel das Strömungs- und Kühlungsverhalten des Ventildeckels negativ beeinflussen.

Aus der DE 35 09 439 C2 ist eine Vorrichtung zur Abscheidung von Öl aus Kurbelgehäusegas bekannt, die in den Zylinderkopfdeckel integriert ist. Jedoch handelt es sich dort nicht um einen Zyklonabscheider, sondern um einen Abscheider mittels Ablenkplatten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Zyklon so auszubilden, dass dieser in den Motorblock, vorzugsweise in den Ventildeckel einer Verbrennungskraftmaschine einbaubar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Einlassöffnung als Ablauföffnung verwendet wird und dass die Einlass- und Ablaufleitung in einer Leitung kombiniert ist und dass die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung nach dem Gegenstromverfahren arbeitet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zyklonen, die nach dem Top-Down-Prinzip arbeiten (Einlassöffnung in Einbaulage oben, Eintrittsöffnung des vertikalen Kamins in Einbaulage unten), arbeitet der erfindungsgemäße Zyklon nunmehr nach dem Down-Up-Prinzip (Einlassöffnung in Einbaulage unten und Eintrittsöffnung des vertikalen Kamins in Einbaulage oben). Auf diese Weise wird keine getrennte Ablauföffnung in dem Gehäuse des Zyklons benötigt und die Einlassöffnung ist gleichzeitig als Ablauf für das abgeschiedene Öl verwendbar.

Die Einlassöffnung muss erfindungsgemäß so dimensioniert sein, dass die abscheidende Funktion des Zyklons nicht beeinträchtigt wird, also kein Strömungsabriss innerhalb des Zyklons aufgrund des austretenden Mediums erfolgt, aber gleichzeitig die Abflussfunktion des abgeschiedenen Mediums durch die Einlassöffnung gewährleistet ist. Das Aerosol darf nicht so schnell einströmen, dass das Medium am Auslaufen aus dem Zyklon gehindert wird, da dies durch einen Anstieg der Flüssigkeit im Zyklon zu Funktionsstörungen führen würde.

Die Querschnittsform der kombinierten Einlass-/Ablauföffnung ist vorzugsweise hydraulisch ungünstig. Beispielsweise kann diese eckig sein, da in den Ecken praktisch keine Strömungsgeschwindigkeit des einströmenden Aerosols vorliegt und deshalb ein geringes Risiko eines Fluidabrisses des ablaufenden Mediums besteht.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Querschnitte der Einlassöffnung sind üblicherweise rund ausgebildet, da ein runder Querschnitt strömungstechnisch besonders günstig ist.

Besonders gute Öl-Rücklaufeigenschaften im Zyklon lassen sich erreichen, wenn die Einlassöffnung in Einbaulage am tiefsten Punkt des Gehäuses gelegen ist. Es ist möglich, die Längsachse des Zyklons in beliebigen Lagen anzuordnen, solange die Einlassöffnung am tiefsten Punkt des Zyklongehäuses gelegen ist. Unter Umständen muss die Einlassöffnung, die gleichzeitig Ablauföffnung ist, entsprechend am Gehäuse positioniert werden. Diese Ausbildung ermöglicht, den Zyklon auch in dem Ventildeckel einer Verbrennungskraftmaschine anzuordnen. Im Vergleich zum Stand der Technik wird der Zyklon "auf dem Kopf stehend" in dem Ventildeckel vorgesehen. Da die Einlassöffnung gleichzeitig auch als Ablauföffnung für das abgetrennte Fluid dient, müssen keine weiten Durchgänge für die Leitungen in dem Motorgehäuse vorgesehen werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zyklons ist eine getrennte Ablaufleitung nicht mehr erforderlich. Die nach dem Gegenstromverfahren arbeitende und in einer Leitung kombinierte Einlass- und Ablaufleitung reduziert so die Anzahl der für den Betrieb des Zyklons erforderlichen Leitungen von drei auf zwei Leitungen.

Der erfindungsgemäße Zyklon kann aus allen gängigen Materialien gefertigt sein, z. B. aus Aluminium, Blech oder Kunststoff. Fertigungstechnisch besonders günstig ist die Ausbildung als Kunststoffspritzgussteil, da auf diese Weise komplizierte Geometrien einfach realisierbar sind. Je nach Art der durch den Zyklon strömenden Medien müssen medienresistente Kunststoffe eingesetzt werden, z. B. Thermoplaste, vorzugsweise Polyamide oder höhertemperaturbeständige Kunststoffe.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht die Anordnung des Zyklons in einem Ventildeckel. Ein Ventildeckel besteht üblicherweise aus einer oberen Horizontalwand und einer im Abstand nach unten versetzten im Wesentlichen parallel zu dieser verlaufenden unteren Horizontalwand, so dass zwischen diesen Horizontalwänden ein Hohlraum gebildet ist. In diesen Hohlraum strömen die Öl enthaltenden Kurbelgehäusegase, aus denen das Öl abgeschieden werden muss. In Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit kann die Ölabscheidung bereits in dem Hohlraum erfolgen. Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten ist jedoch eine zusätzliche Abscheidung durch einen Feinabscheider erforderlich, der vorzugsweise durch einen Zyklon vorgenommen wird. In dem Ventildeckel sind üblicherweise Beruhigungsräume vorgesehen. Dieses sind abgetrennte Hohlräume, die aus statischen Gründen erforderlich sind, aber nicht für den Einbau von Bauteilen verwendet werden. Ein aus dem Stand der Technik bekannter Zyklonabscheider könnte in einen solchen Ruheraum nicht eingebaut werden, da bei normaler "Top-Down" Betriebsweise die an die Ablauföffnung angeschlossene Ablaufleitung durch den Motorraum geführt werden müsste, was bauseitig häufig aus Platz- und Kostengründen nicht realisierbar ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Zyklons ermöglicht es hingegen, diesen "umgekehrt" in den Ventildeckel zu integrieren und die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung in Längsrichtung durch den Ventildeckel zu führen. Durch diesen umgekehrten Einbau ragt der Zyklon nicht in den extrem eng bemessenen Bauraum zwischen den Nockenwellen und Nockenwellenlagern des Ventildeckels und kann in einen ohnehin vorhandenen Ruheraum des Ventildeckels eingesetzt werden.

Die Ausbildung des Zyklonabscheiders aus Kunststoff bietet die Möglichkeit, den Zyklonabscheider bei der Fertigung mit dem Ventildeckel zu verschweißen oder einstückig an den Ventildeckel anzuspritzen, so dass der Zyklon in dem Motorgehäuse gekapselt ist. Diese Kapselung reduziert die Gefahr des Einfrierens des Zyklons bei kaltem Wetter.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel veranschaulicht und im Folgenden detailliert beschrieben.

Die Figur zeigt einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Ventildeckel einer Verbrennungskraftmaschine, in dem ein erfindungsgemäßer Zyklon angeordnet ist.

Gemäß der Figur besteht der in seiner Gesamtheit mit 1 gekennzeichnete Ventildeckel aus einer in Einbaulage unteren Horizontalwand 2 und einer in Einbaulage oberen Horizontalwand 3, zwischen denen mehrere Hohlräume ausgebildet sind. In der Figur sind ein erster Ruheraum 4 und ein zweiter Ruheraum 5 dargestellt, die über eine vertikal verlaufende Trennwand 6 voneinander abgetrennt sind.

In dem Ruheraum 5 ist ein erfindungsgemäßer Zyklon zur Ölabscheidung des Öls der Kurbelgehäusegase angeordnet. Das Aerosol strömt durch die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung 7 tangential in den Zyklon ein und wird aufgrund der Gehäusegeometrie des Zyklons 8, die sich innenseitig in Einbaulage nach oben verjüngt, in bekannter Weise in Rotation versetzt.

Kolinear verlaufend zu der Mittelachse des Zyklons 8 weist dieser einen zylindrischen Kamin 9 auf, welcher den von dem Öl getrennten Abluftstrom am in Einbaulage oberen Ende des Zyklons 8 nach unten zur mit der Auslassöffnung verbundenen Auslassleitung führt (nicht dargestellt). Der Strömungsweg des Aerosols bzw. der Abluft ist durch den Pfeil dargestellt.

Durch die Rotation des Aerosols in dem Zyklon 8 wird das in dem Aerosol enthaltene Öl aus der Luft abgeschieden. Die Massenträgheit der Öltropfen verhindert das Eintreten in den Kamin 9 des Zyklons, so dass das abgeschiedene Öl innenseitig an dem Zyklongehäuse herabläuft und durch die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung 7 aus dem Zyklon abläuft.

Der Zyklon 8 ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und an dem Ventildeckel 1 angeschweißt. Bezugszeichenliste 1 Ventildeckel

2 Horizontalwand

3 Horizontalwand

4 Ruheraum

5 Ruheraum

6 Trennwand

7 kombinierte Einlass- und Ablaufleitung

8 Zyklon

9 Kamin


Anspruch[de]
  1. 1. Zyklonabscheider, insbesondere für den Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine zur Abscheidung eines Öls aus einem Aerosol, mit einem längserstreckenden, vorzugsweise zylindrischen Gehäuse, das eine Einlassöffnung, durch die ein Aerosol einströmt, eine Auslassöffnung, durch die ein von den in dem Aerosol enthaltenen Stoffen getrennter Luftstrom austritt, und eine Ablauföffnung aufweist, aus welcher der abgetrennte Stoff austritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung als Ablauföffnung verwendet wird, dass die Einlass- und Ablaufleitung in einer Leitung kombiniert ist und dass die kombinierte Einlass- und Ablaufleitung nach dem Gegenstromverfahren arbeitet.
  2. 2. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einlassöffnung in Einbaulage am tiefsten Punkt des Gehäuses befindet.
  3. 3. Zyklonabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
  4. 4. Zyklonabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einstückig an einem aus Kunststoff gefertigten Ventildeckel für eine Verbrennungskraftmaschine angeformt ist.






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