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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Ölabscheidevorrichtung,
insbesondere für die Druckluftentölung eines Verdichters,
mit einem hohlzylindrischen Filterelement, das radial von dem zu
reinigenden Öl-Luft-Gemisch zu durchströmen ist.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 196 42 219
A1 ist eine Ölabscheidevorrichtung bekannt, die
in einem Gehäuse einen als Wendel mit mehreren Wendelgängen
ausgebildeten Vorabscheider umfasst, dem das zu reinigende ÖL-Luft-Gemisch
axial zuzuführen ist, wobei die Öltröpfchen
an den Wendelgängen des Vorabscheiders abgeschieden werden.
Das vorgereinigte Öl-Luft-Gemisch wird anschließend
in einen radial umgreifenden Ringraum im Gehäuse geleitet,
welcher von einem Vlies ummantelt ist, das radial von dem Gemisch
zur endgültigen Reinigung durchströmt wird. Diese
Ausführung ist konstruktiv verhältnismäßig
aufwändig, da ein wendelförmiger Vorabscheider
in das Gehäuse integriert werden muss, wobei ein zusätzlicher
Strömungsweg in dem den Vorabscheider umgreifenden Ringraum
vorgesehen sein muss, welcher von der aus Vlies bestehenden Filtermatte
eingefasst ist.
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Darüber
hinaus sind Ölabscheidevorrichtungen bekannt, die zusätzlich
zur Abscheidefunktion auch eine Schall dämpfende Wirkung
haben. Hierfür sind üblicherweise speziell ausgebildete
Schalldämpfungselemente am bzw. im Ölabscheider
vorgesehen, die jedoch den konstruktiven Aufwand für den Ölabscheider
weiter erhöhen.
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Offenbarung der Erindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven
Maßnahmen den Wirkungsgrad eines Ölabscheiders
zu erhöhen, der mit einem Schalldämpfungselement
versehen ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die
erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung,
die insbesondere zur Reinigung der komprimierten Luft aus einem
Verdichter bzw. Kompressor vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehen
ist, weist ein hohlzylindrisches Filterelement auf, das radial von
dem zu reinigenden Öl-Luft-Gemisch zu durchströmen
ist. In dem von dem Filterelement eingeschlossenen Innenraum ist
ein Akustikventil aufgenommen, welches eine Ventilführungshülse
und einen darin verschieblich geführten Akustikkolben umfasst.
Des Weiteren ist eine Prallfläche vorgesehen, die im Innenraum
des Filterelementes angeordnet ist und im axialen Strömungsweg
des herangeführten Öl-Luft-Gemischs liegt.
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In
dieser Ausführung der Ölabscheidevorrichtung werden
verschiedene Vorteile miteinander kombiniert. Zum einen wird der
Abscheidegrad verbessert, da an der Prallfläche größere Ölpartikel
vorabgeschieden werden, so dass das Öl-Luft-Gemisch im
weiteren Verlauf bereits vorgereinigt ist und weniger Öltröpfchen
bei der Hauptreinigung an dem Filterelement ausgeschieden werden
müssen, so dass das Filterelement auch weniger mit Öl
belastet wird und eine höhere Lebensdauer aufweist. Zum
anderen wird über den in der Führungshülse
verschieblich geführten Akustikkolben eine Schall reduzierende Wirkung
erzielt, da der Akustikkolben im Strömungsweg des Öl-Luft-Gemisches
liegt und Schallwellen an dem Akustikkolben zumindest teilweise
reflektiert werden. Aufgrund der Verschieblichkeit des Kolbens kann
dieser durch den Druck des herangeführten Gemisches in
eine Öffnungsposition verstellt werden, so dass das Gemisch
in den Innenraum der Ölabscheidevorrichtung eintreten kann,
wobei zunächst an der Prallplatte bzw. -fläche
eine Vorabscheidung stattfindet. Die Prallfläche ist zudem
konstruktiv in sehr einfacher Weise herzustellen und kann im Innenraum der Ölabscheidevorrichtung
platzsparend positioniert werden.
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Mit
einfachen konstruktiven Maßnahmen kann zudem der Wirkungsgrad
der Vorabscheidung an der Prallfläche verbessert werden,
beispielsweise dadurch, dass die Prallfläche nach Art einer
Lüfterschaufel ausgebildet ist und dem heranströmenden Gemisch
einen Drall aufprägt, so dass das Öl-Luft-Gemisch
eine Zirkulationsströmung um die Längsachse der Ölabscheidevorrichtung
ausführt, was die Abscheidung der schwereren Öltröpfchen unter
der Wirkung der Zentrifugalkräfte verbessert.
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In
zweckmäßiger Weiterbildung verläuft die Prallfläche
im Wesentlichen radial und erstreckt sich in Richtung auf die Filterelement-Innenwand.
Die Prallfläche kann in sich eben oder auch dreidimensional
verwunden ausgeführt sein, wobei ggf. auch eine strömungsdynamische
Form in Betracht kommt, insbesondere wie bereits erwähnt
als Lüfterrad, um der herangeführten Strömung
einen gewünschten Drall aufprägen zu können.
Die in sich ebene Ausführung hat aber den Vorteil, dass
sie leicht zu realisieren ist. Möglich ist auch eine Anordnung
der Prallfläche unter einem Winkel gegenüber einer
Ebene senkrecht zur Längsachse bzw. der Anströmrichtung der Ölabscheidevorrichtung.
Eine derartige schräge Anordnung der Prallfläche
bietet den Vorteil, dass das axial herangeführte Gemisch
auch ohne eine konstruktiv aufwändigere strömungsgünstige
Ausbildung der Prallfläche radial abgelenkt wird.
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Die
Prallfläche ist vorteilhaft benachbart zur axialen Anströmseite
der Ölabscheidevorrichtung angeordnet, sie befindet sich
insbesondere innerhalb des ersten Viertels der Länge der
Abscheidevorrichtung. Die an der Prallfläche abgeschiedenen Ölpartikel
können unter der Wirkung der Strömung oder auch
ihrer eigenen Gewichtskraft radial an der Prallfläche abtropfen
und werden anschließend in dem der Anströmseite
benachbarten Abschnitt von dem Filterelement aufgesogen. Dieser
Abschnitt des Filterelementes ist zwar verhältnismäßig
stark mit abgeschiedenem Öl belastet, andererseits weist
das vorgereinigte Öl-Luft- Gemisch einen geringeren Ölanteil auf,
so dass im weiteren Verlauf der Reinigung das Filterelement von
dem Öl-Luft-Gemisch geringer belastet wird, wodurch zum
einen eine verbesserte Abscheidung und zum andern eine höhere
Lebensdauer des Filterelementes erreicht wird.
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In
bevorzugter Weiterbildung ist die Prallfläche an der Ventilführungshülse
gehalten, in welcher der Akustikkolben verschieblich aufgenommen
ist. Hierbei kann es zweckmäßig sein, die Ventilführungshülse
innerhalb einer Aufnahmehülse mit größerem
Radius anzuordnen, wobei sich die Prallfläche zwischen
der Ventilführungshülse und der Aufnahmehülse
erstreckt und insbesondere zusätzlich zu ihrer Vorabscheidefunktion
auch die Aufgabe einer Halte- und Stützrippe übernimmt, über
die die Ventilführungshülse in der Aufnahmehülse
fixiert ist. Die Aufnahmehülse kann ihrerseits an einem
stirnseitigen Einfassungsring gehalten sein, der das Filterelement
axial abschließt.
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Der
Akustikkolben ist vorteilhaft über ein Federelement in
eine Schließposition kraftbeaufschlagt, in welcher die
Anströmseite des Ölabscheiders verschlossen ist.
Durch den Druck des anströmenden Gemischs wird der Akustikkolben
gegen die Kraft der auf ihn wirkenden Feder in die Öffnungsposition
verschoben, so dass ein Strömungsdurchtritt an der Anströmseite
freigegeben ist und das Öl-Luft-Gemisch in den Innenraum
des Ölabscheiders eintreten kann. An der Stirnseite des
Akustikkolbens findet eine Reflexion von Schallwellen statt, wodurch
eine wirksame Schallreduzierung erzielt wird.
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Das
Filterelement ist insbesondere als Filtervlies ausgebildet, welches
bevorzugt auf ein Stützgerüst gewickelt ist, welches
dem Ölabscheider Stabilität verleiht. In das Stützgerüst
sind Strömungsöffnungen eingebracht, über
die das vorgereinigte Öl-Luft-Gemisch radial zur Filtration
im Filterelement hindurch treten kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
der Zeichnung zu entnehmen, die einen Schnitt durch eine Ölabscheidevorrichtung zeigt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Der
in der Figur dargestellte Ölabscheider 1 dient
zur Abscheidung von Öltröpfchen in einem Öl-Luft-Gemisch
und wird insbesondere zur Druckluftentölung eines Verdichters
eingesetzt. Die Ölabscheidevorrichtung 1 ist zylindrisch
ausgebildet und wird axial von dem zu reinigenden Öl-Luft-Gemisch angeströmt.
Die Ölabscheidevorrichtung umfasst ein Filterelement 2,
das beispielsweise als Filtervlies ausgebildet ist und auf den Außenmantel
eines hohlzylindrischen Stützgerüstes 3 aufgelegt
wird, welches mit Ausnehmungen 4 versehen ist, über
die das in den Innenraum der Ölabscheidevorrichtung 1 eingeströmte Öl-Luft-Gemisch
radial hindurch treten kann, um in dem umschließenden Filterelement 2 einer
Reinigung unterzogen zu werden. Der Innenraum des Ölabscheiders
stellt die Rohseite dar, die radiale Außenseite des Filterelementes
ist die Reinseite.
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Die Ölabscheidevorrichtung 1 wird
axial über die Anströmseite 5 von dem
zu reinigenden Gemisch angeströmt. An der Anströmseite 5 ist
die Ölabscheidevorrichtung 1 von einem Verschlussring 6 eingefasst,
die den axialen Abschluss des Filterelementes 2 bildet.
Auch das Stützgerüst 3 ist mit dem Verschlussring 6 verbunden.
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Axial
ragt in den Innenraum der Ölabscheidevorrichtung ein Akustikventil 7 ein,
das einen Akustikkolben 8 und eine Ventilführungshülse 9 umfasst, in
welcher der Akustikkolben 8 in Achsrichtung verschieblich
gelagert ist. Ein verbreiterter Kopf 10 des Akustikkolbens 8 steht
an der Anströmseite 5 des Ölabscheiders
axial über; der Kopf 10 wird von dem Druck des
herangeführten Öl-Luft-Gemischs in Achsrichtung
in die Führungshülse 9 hinein gegen die Kraft
eines Federelementes 11 verschoben, welches als Spiralfeder
ausgebildet ist und den Kopf 10 des Akustikkolbens 8 an
der Ventilführungshülse 9 abstützt.
Das als Spiralfeder ausgeführte Federelement 11 ist
um den zentralen Kolben des Akustikkolbens 8 gelegt und
beaufschlagt diesen in die Schließposition, in der der
Kopf 10 des Akustikkolbens strömungsdicht an einem
Absatz 12 anliegt, welcher fest mit der Verschlussring 6 verbunden
ist. Aus dieser Schließposition wird der Akustikkolben 8 von
dem Druck des Öl-Luft-Gemisches gegen die Kraft des Federelementes 11 in
den Innenraum des Ölabscheiders hinein verschoben, so dass
ein Strömungsweg für das Fluid zwischen der Außenseite
des Kopfes 10 und der Innenseite des Absatzes 12 freigegeben
ist. Der Kopf 10 des Akustikkolbens 8 dient zugleich
als Schall dämpfendes Element, an welchem Schallwellen
reflektiert werden.
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Die
Ventilführungshülse 9 mit dem Akustikkolben 8 ist
zentral in einer Aufnahmehülse 13 aufgenommen,
die am axialen Verschlussring 6 gehalten ist. Der Ringraum
zwischen der äußeren Mantelfläche der
Ventilführungshülse 9 und der Innenseite
der Aufnahmehülse 13 wird von dem herangeführten Öl-Luft-Gemisch
axial durchströmt, bis das Gemisch die Abströmseite
der Aufnahmehülse 13 verlässt und im
Innenraum des Abscheiders radial das Filterelement 2 durchströmen
kann.
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Die
Ventilführungshülse 9 ist über
eine als Steg ausgebildete Prallfläche 14 an der
Aufnahmehülse 13 gehalten. Hierbei kann es zweckmäßig
sein, Aufnahmehülse 13, Prallfläche 14 und
Ventilführungshülse 9 als ein gemeinsames
Bauteil auszuführen. Die Prallfläche 14 liegt
näherungsweise in einer Ebene, die sich senkrecht zur Längsachse
des Ölabscheiders erstreckt, wobei auch eine Ausführung
in Betracht kommt, bei der die Prallfläche spiralförmig um
die Ventilführungshülse 9 angeordnet
ist. Die Prallfläche 14 verläuft etwa
in Radialrichtung. Über den Umfang verteilt sind vorteilhaft
mehrere Prallflächen 14 vorgesehen, zwischen denen
jeweils ein freier Strömungsdurchtritt für das Öl-Luft-Gemisch
gebildet ist. Die Anströmseite der Prallfläche 14 kann
entweder in sich eben ausgebildet sein, oder, gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführung, strömungsgünstig
konturiert sein, um nach Art eines Flügelrades dem axial
heranströmenden Gemisch einen Drall aufzuprägen,
so dass das Gemisch eine zusätzliche Rotation erfährt
und die im Gemisch enthaltenen Öltröpfchen durch
die Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen gelenkt
werden. Auf die Anströmseite der Prallfläche auftreffende Öltröpfchen
werden abgeschieden und radial nach außen abgelenkt. Die Anströmseite
der Prallfläche 14 kann, so wie dies auch in der
Figur dargestellt ist, von der radialen Innen- zur radialen Außenseite
eine Abflachung aufweisen, die in Strömungsrichtung gesehen
axial zurückbleibt, wodurch der Abtransport abgeschiedener Tropfen
hin zur Aufnahmehülse 13, also aus dem Strömungsfeld
heraus, begünstigt wird.
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Abgeschiedene Öltröpfchen
an der Prallfläche 14 werden entweder über
Ausnehmungen in der Wandung der Aufnahmehülse 13 oder
aber an deren Austritt radial nach außen geführt
und in diesem Abschnitt von dem Filterelement 2 aufgesogen.
Möglich ist aber auch, aufgrund des sich zur Anströmseite 5 hin
radial erweiternden, konusförmigen Abschnittes 13a der
Aufnahmehülse 13, dass Öltröpfchen
entlang der Innenwandung des Konusabschnittes axial wieder zurück
in Richtung Anströmseite 5 geleitet werden.
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Das
vorgereinigte Öl-Luft-Gemisch, welches von größeren Öltröpfchen
befreit ist, wird nach der Vorabscheidung axial weiter in den Innenraum
des Ölabscheiders geführt. Bei der radialen Durchströmung
des Filterelementes 2 wird dieses aufgrund der Vorabscheidung
weniger mit Öl belastet.
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Dargestellt
ist in der Figur auch ein Blattfederelement 15, welches
zwischen der Mantelfläche des Akustikkolbens 8 und
der Innenseite der Ventilführungshülse 9 angeordnet
ist und eine erhöhte Reibung bewirkt, die einer Verschiebung
des Akustikkolbens 8 innerhalb der Ventilführungshülse 9 entgegengerichtet
ist und dadurch ein aufkommendes Schwingungsverhalten, hervorgerufen
durch eventuelle Strömungsschwankungen, unterdrückt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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