[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Zentrifugalabscheider zur Abscheidung von Schmutzteilchen
in Fluiden nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] In der Druckschrift US 6 572 523 B2 wird ein Zentrifugalabscheider beschrieben, der
zur Reinigung von Motoröl in Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Der Zentrifugalabscheider
besitzt ein feststehendes Gehäuse, in welchem ein rotierender Abscheiderzylinder angeordnet
ist, der von einer Rotorwelle getragen und angetrieben wird. Die Rotorwelle liegt
in einer Zylinderröhre, deren Wandung durchlässig und von einem lamellenartigen Tellerstapel
umschlossen ist, zwischen denen Strömungsräume gebildet sind, über die der Stoffbestandteil
im Fluid unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte nach außen abgeleitet wird. Die flüssigen
Bestandteile verbleiben dagegen in der Zylinderröhre und werden axial abgeführt.
[0003] Um feststellen zu können, ob innerhalb des feststehenden Gehäuses der Abscheiderzylinder
mit der Soll-Drehzahl umläuft, ist dem Zentrifugalabscheider eine Detektionseinrichtung
zur Anzeige der Drehbewegung des Abscheiderzylinders zugeordnet. Diese Detektionseinrichtung
umfasst einen Rotorsensor, dem eine optische Anzeigeeinheit zugeordnet ist. Der Sensor
umfasst eine gehäusefest angeordnete Spule sowie einen am Abscheiderzylinder angeordneten
Permanentmagneten, welcher bei einer Rotation des Abscheiderzylinders regelmäßig an
der Spule vorbeiläuft, wodurch in der Spule eine Spannung induziert wird, die die
optische Anzeigeeinheit periodisch zum Aufleuchten bringt. Fehlt dieses Aufleuchten
gänzlich oder ist die Frequenz zu gering, so kann dies von einer Aufsichtsperson von
außen festgestellt werden, ohne dass hierfür eine Demontage des Gehäuses erforderlich
ist. Auf diese Weise können Störungen bereits frühzeitig erkannt werden.
[0004] Bei derartigen Störungen handelt es sich beispielsweise um beschädigte Lager, wohingegen
ein Zusetzen der Filtereinheit aufgrund abgelagerter Schmutzteilchen praktisch nicht
festgestellt werden kann, da die Rotordrehzahl auch bei verstopfter Filtereinheit
aufrecht erhalten wird, so dass die Gefahr besteht, dass die Reinigungsleistung immer
mehr abnimmt, ohne dass dies von außen erkannt wird.
[0005] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, abgelagerten Schmutz in einem Zentrifugalabscheider
rechtzeitig vor einem signifikanten Nachlassen der Reinigungsleistung zu detektieren.
[0006] Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die
Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
[0007] Die Detektionseinrichtung, welche im Zentrifugalabscheider angeordnet ist, umfasst
zumindest ein sich etwa in Radialrichtung erstreckendes Führungsrohr, in welchem ein
Detektionselement beweglich aufgenommen ist. Dieses Detektionselement wird bei einer
Rotation des Abscheiderzylinders aufgrund der Zentrifugalkräfte radial nach außen
bewegt. Im Normalbetrieb des Zentrifugalabscheiders, also in einem Betrieb, in welchem
noch keine oder keine signifikanten Schmutzablagerungen vorhanden sind, nimmt auch
das Detektionselement eine Normalstellung ein, die üblicherweise die radial außen
liegende Position innerhalb des Führungsrohres ist. Dagegen kann diese außen liegende
Position nicht erreicht werden, wenn sich im rotierenden Abscheiderzylinder zu viele
Schmutzteilchen angesammelt haben; das Detektionselement kann im Führungsrohr in diesem
Fall nur eine Verschmutzungsstellung, aber nicht mehr die Normalstellung einnehmen.
Diese verschiedenen Positionen des Detektionselementes können zur Anzeige gebracht
werden, so dass von außen zu erkennen ist, ob im Abscheiderzylinder ein unzulässig
hoher Verschmutzungsgrad herrscht. In diesem Fall kann der Zentrifugalabscheider gereinigt
und gewartet werden.
[0008] Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip beruht demnach auf der Verschiebung des
Detektionselementes im Führungsrohr unter der Wirkung der Zentrifugalkraft bei rotierendem
Abscheiderzylinder, wobei im Falle einer unzulässig hohen Verschmutzung die im Normalbetrieb
gewünschte Verstellung des Detektionselementes nicht mehr durchgeführt werden kann.
Dieser Unterschied in den Positionen des Detektionselementes einerseits im Normalbetrieb
des Zentrifugalabscheiders und andererseits im Falle einer unzulässig hohen Verschmutzung
kann detektiert und angezeigt werden.
[0009] Zweckmäßig entspricht die Normalstellung des Detektionselementes einer Kontaktstellung,
in der das Detektionselement in Kontakt mit einer Signaleinheit steht. Somit ist in
Normalstellung ein Kontakt geschlossen, wodurch in der Signaleinheit eine Spannung
induziert werden kann, welche beispielsweise zum Aufleuchten einer optischen Anzeigeeinheit
genutzt oder in sonstiger Weise zur Anzeige gebracht werden kann. Die Signaleinheit
ist bevorzugt als mitrotierende Induktionsspule ausgeführt und umfasst darüber hinaus
einen gehäusefesten Magneten sowie eine Anzeigeeinrichtung. In Normalstellung steht
das Detektionselement in Kontakt mit der Induktionsspule, wobei das Detektionselement
Teil des geschlossenen Spulenkreislaufs ist. Das Detektionselement besteht zu diesem
Zweck aus einem elektrisch leitfähigen Material. Bei einer Rotation des Abscheiderzylinders
läuft die Induktionsspule periodisch an dem am Gehäuse fest angeordneten Magneten
vorbei, wodurch eine Spannung induziert wird, die zum Aufleuchten der Anzeigeeinheit
dient.
[0010] Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführung sind insgesamt zwei diametral gegenüberliegende
Führungsrohre innerhalb des Abscheiderzylinders mit jeweils einem darin aufgenommenen
Detektionselement vorgesehen. Die Führungsrohre sind gleichartig aufgebaut und besitzen
zusätzlich zu dem darin verschieblich aufgenommenen Detektionselement jeweils eine
Induktionsspule. Die beiden Induktionsspulen der Führungsrohre sind über zwei offene
Spannungsleitungen miteinander verbunden, an denen in Normalstellung bei rotierendem
Abscheiderzylinder das jeweilige Detektionselement anliegt, wodurch diese Enden der
Spannungsleitungen elektrisch miteinander verbunden sind und ein geschlossener Stromkreislauf
gebildet ist. Der gehäusefest angeordnete Magnet sowie die gehäusefest angeordnete
Anzeigeeinheit liegen diametral gegenüber, so dass beim Umlaufen in einer Position
eine Spule einschließlich Detektionselement unmittelbar am Dauermagnet vorbeiläuft
und zugleich im gegenüberliegenden Führungsrohr das zweite Detektionselement einschließlich
der dort vorgesehenen Induktionsspule an der Anzeigeeinheit vorbeiläuft. Über den
Dauermagneten wird in der vorbeilaufenden Induktionsspule eine Spannung indiziert,
die über die Spannungsleitungen auch in die gegenüberliegende Spule übertragen wird.
Diese, dem Magneten gegenüberliegende Spule kann in einer Spule der Anzeigeeinheit
einen Spannungsimpuls induzieren, der zum Aufleuchten einer optischen Anzeigeeinheit
führt. Bei einem weiteren Umlauf um 180° läuft die nächste Induktionsspule am Dauermagneten
vorbei, wodurch sich der gesamte Vorgang wiederholt. Demzufolge flackert die optische
Anzeigeeinheit mit doppelter Frequenz im Vergleich zum umlaufenden Abscheiderzylinder
auf.
[0011] Die Führungsrohre sind im Bereich ihrer außen liegenden Enden offen ausgeführt, so
dass sich an der Innenwandung des Abscheiderzylinders anlagernder Schmutz über die
offenen Enden in die Führungsrohre hinein gelangen kann und das Detektionselement
daran hindert, die Normalstellung zu erreichen, in welcher der Kontakt zwischen den
Spannungsleitungen geschlossen ist. Das Detektionselement kann die Normalstellung
in diesem Fall nicht mehr erreichen und es wird kein Kontakt mehr hergestellt. Die
Anzeigeeinrichtung bleibt erloschen, was von der Aufsichtsperson registriert werden
kann. Diese Position des Detektionselements kann als Verschmutzungsstellung bezeichnet
werden.
[0012] Zweckmäßig wird die Dichte des Detektionselements größer gewählt als die Dichte des
Fluids, welches den Zentrifugalabscheider durchströmt. Zugleich ist die Dichte des
Detektionselementes kleiner als die mittlere Dichte der Schmutzteilchen, welche im
Fluid mitgeführt werden und von diesem separiert werden sollen. Aufgrund dieser Dichteverteilung
ist sichergestellt, dass das Detektionselement zum einen gegen den Widerstand des
Fluids sich innerhalb des Führungsrohres bewegen kann. Zugleich wird das Detektionselement
bei zunehmender Ablagerung von Schmutzteilchen an der Innenwand des Abscheiderzylinders
von dem Schmutz aus der Kontakt- bzw. Normalposition verdrängt.
[0013] Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung
und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Zentrifugalabscheiders mit einer im Bodenbereich
angeordneten Detektionseinrichtung, über die der Verschmutzungsgrad im Zentrifugalabscheider
festgestellt werden kann,
- Fig. 2
- in vergrößerter Darstellung die Detektionseinrichtung im Ausgangszustand bei Stillstand
des Zentrifugalabscheiders,
- Fig. 3
- eine Fig. 2 entsprechende Darstellung, jedoch mit dem Detektionselement der Detektionseinrichtung
in radial nach außen versetzter Normalstellung,
- Fig. 4
- eine Fig. 2 bzw. Fig. 3 entsprechende Darstellung, jedoch mit an der Innenwandung
des Abscheiderzylinders angelagertem Schmutz, welcher verhindert, dass das Detektionselement
seine Normalstellung einnimmt.
[0014] In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
[0015] Der in Fig. 1 dargestellte Zentrifugalabscheider 1 ist zur Abscheidung von Schmutzteilchen
in einem Fluid, insbesondere in einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl, ausgebildet
und umfasst ein feststehendes Abscheidergehäuse 2, in welchem ein Abscheiderzylinder
3 drehbar um die Rotationsachse 6 gelagert ist. Zur Realisierung der Drehbewegung
ist im Abscheiderzylinder 3 eine Welle 4 angeordnet, welche koaxial zur Rotationsachse
6 liegt und die gegenüber dem Abscheidergehäuse 2 drehbar gelagert ist und von einem
Antriebsmotor angetrieben wird. Das zu reinigende Fluid wird in den Innenraum des
Abscheiderzylinders 3 eingeleitet, wobei aufgrund der Rotationsbewegung die Schmutzteilchen
im Fluid, welche in der Regel eine höhere Dichte als das Fluid aufweisen, unter der
Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen geschleudert werden und sich an der
Innenwand 7 des Abscheiderzylinders 3 ablagern. Das von den Schmutzteilchen gereinigte
Fluid kann anschließend aus dem Abscheidergehäuse 2 abgeleitet werden.
[0016] Im Bodenbereich des Abscheiderzylinders 3 ist eine Detektionseinrichtung 5 angeordnet,
welche den Verschmutzungsgrad feststellen soll, insbesondere die Dicke der Schicht
mit abgelagerten Schmutzteilchen im Bereich der Innenwand 7. Die Detektionseinrichtung
5 wird in den folgenden Figuren näher beschrieben.
[0017] Die Detektionseinrichtung 5 umfasst zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende
Führungsrohre 8, in denen als Detektionselemente fungierende Detektionskugeln 9 gelagert
sind, die innerhalb der Führungsrohre 8 entlang rollen können. Die Detektionskugeln
9 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material. Als weitere Bedingung erfüllen
die Detektionskugeln das Erfordernis, das ihre Dichte geringer ist als die der abzulagernden
Schmutzteilchen, jedoch höher ist als die Dichte des Fluids. Die beiden Führungsrohre
8 steigen radial von innen nach außen an, sie schließen mit einer Ebene senkrecht
zur Rotationsachse 6 einen Winkel von etwa 20° ein. Aufgrund dieses Winkels rollen
die Detektionskugeln bei Stillstand des Zentrifugalabscheiders nach innen in Richtung
der Welle 4. Diese Position der Detektionskugeln 9 stellt den Ausgangszustand dar.
[0018] Wie Fig. 2 zu entnehmen, ist jedem Führungsrohr 8 der Detektionseinrichtung jeweils
eine Induktionsspule 10 zugeordnet, die unmittelbar an der Innenwand 7 des Abscheiderzylinders
3 angeordnet sind, benachbart zur offenen, radial außen liegenden Stirnseite jedes
Führungsrohres 8. Die Spulen 10 führen ebenso wie die Führungsrohre 8 die gleiche
Drehbewegung wie der Abscheiderzylinder 3 aus. Die Induktionsspulen 10 sind über zwei
Spannungsleitungen 11 und 12 miteinander verbunden, welche ebenfalls innerhalb des
Abscheiderzylinders 3 angeordnet sind. Die jeweils freien Enden der beiden Spannungsleitungen
11 und 12 ragen in die offene, radial außenliegende Stirnseite jedes Führungsrohres
8 ein.
[0019] Des Weiteren ist der Detektionseinrichtung 5 ein Dauermagnet 13 zugeordnet, welcher
außerhalb des Abscheiderzylinders 3 angeordnet und fest am Abscheidergehäuse gehalten
ist. Dem Dauermagneten 13 diametral gegenüberliegend ist eine ebenfalls gehäusefest
angeordnete Anzeigeeinrichtung 14 vorgesehen, welche eine weitere Induktionsspule
15 und eine mit der Induktionsspule 15 verbundene Anzeigeeinheit 16 umfasst, beispielsweise
eine Leuchtdiode. Bei einer Rotation des Abscheiderzylinders 3 um seine Rotationsachse
6 passiert jede Induktionsspule 10 im 180°-Winkel-Abstand den Dauermagneten 13 bzw.
die Anzeigeeinrichtung 14.
[0020] In den Figuren 3 und 4 befindet sich der Zentrifugalabscheider im Betriebszustand,
in welchem der Abscheiderzylinder 3 um die Rotationsachse 6 umläuft. Gemäß Fig. 3
sind die Detektionskugeln 9 unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte in den Führungsrohren
8 radial nach außen gewandert unter Überwindung der Steigung, unter der die Führungsrohre
im Abscheiderzylinder 3 angeordnet sind. Im Normalbetrieb gemäß Fig. 3 wandern die
Detektionskugeln 9 so weit radial nach außen, bis die Kugeln 9 in Kontakt mit den
freien Enden der Spannungsleitungen 11 und 12 gelangen. In dieser Position ist ein
elektrisch geschlossener Kreis mit den beiden Induktionsspulen 10 und den beiden Spannungsleitungen
11 und 12 gebildet. Bei einem Vorbeilaufen am Dauermagneten 13 wird in der aktuell
benachbarten Induktionsspule 10 eine Spannung induziert, welche über die beiden Spannungsleitungen
11 und 12 auf die diametral gegenüberliegende Induktionsspule 10 übertragen wird,
welche in diesem Augenblick die Anzeigeeinrichtung 14 mit der Induktionsspule 15 passiert.
Hierdurch wird in der Induktionsspule 15 ein Spannungsimpuls induziert, welcher die
Anzeigeeinheit 16 der Anzeigeeinrichtung 14 zum Aufleuchten bringt.
[0021] Wie Fig. 3 zu entnehmen, hat sich an der Innenwand 7 des Abscheiderzylinders 3 bereits
eine Schmutzschicht 17 abgelagert, welche jedoch noch verhältnismäßig dünn ist und
keinen negativen Einfluss auf die Funktionstüchtigkeit des Zentrifugalabscheiders
hat. Die Schmutzschicht 17 ragt noch nicht in die freie Stirnseite der Führungsrohre
8 hinein.
[0022] Dieser Zustand ist aber in Fig. 4 erreicht. Die Schmutzschicht 17 ist so stark angewachsen,
dass sie bis in die offenen Enden der Führungsrohre 8 hineinragt und aufgrund ihrer
höheren Dichte die Detektionskugeln 9 zurückdrängt bzw. verhindert, dass die Detektionskugeln
9 in Kontakt mit den freien Enden der Spannungsleitungen 11 und 12 gelangen (Verschmutzungsstellung).
Dies hat zur Folge, dass der Stromkreislauf zwischen den diametral gegenüberliegenden
Spulen 10 unterbrochen ist, so dass die beim Vorbeilaufen am Dauermagneten 13 induzierte
Spannung nicht mehr auf die gegenüberliegende Spule 10 übertragen wird und demzufolge
auch kein Spannungsimpuls in der Anzeigeeinrichtung 14 generiert wird. Die Anzeigeeinheit
16 kann somit nicht mehr aufleuchten, was von einer Bedienungsperson festgestellt
werden kann, die daraufhin Maßnahmen zur Reinigung und Wartung des Zentrifugalabscheiders
ergreifen kann.
1. Zentrifugalabscheider zur Abscheidung von Schmutzteilchen in Fluiden, mit einem in
einem Abscheidergehäuse (2) angeordneten, rotierenden Abscheiderzylinder (3), in den
das zu reinigende Fluid einzuführen ist, und mit einer Detektionseinrichtung (5) zur
Anzeige der Drehbewegung des Abscheiderzylinders (3),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Detektionseinrichtung (5) ein sich zumindest näherungsweise in Radialrichtung
erstreckendes Führungsrohr (8) umfasst, in welchem ein Detektionselement (9) zwischen
einer Normalstellung und einer Verschmutzungsstellung beweglich aufgenommen und unter
der Wirkung der Zentrifugalkraft bei rotierendem Abscheiderzylinder (3) in dem Führungsrohr
(8) nach außen zu verstellen ist, wobei die Normalstellung des Detektionselements
(9) dem Normalbetrieb des Zentrifugalabscheiders (1) und die Verschmutzungsstellung
einer unzulässig hohen Verschmutzung des Abscheiderzylinders (3) zugeordnet ist.
2. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die im Führungsrohr (8) radial außen liegende Position die Normalstellung ist.
3. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die radial außen liegende Stirnseite des Führungsrohrs (8) offen ist.
4. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Führungsrohr (8) mit einer senkrecht zur Rotationsachse (6) des Abscheiderzylinders
(3) liegenden Ebene einen Winkel einschließt.
5. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Führungsrohr (8) zur Rotationsachse (6) hin abfällt.
6. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Normalstellung des Detektionselements (9) zugleich eine Kontaktstellung ist,
in der das Detektionselement (9) in Kontakt mit einer Signaleinheit steht.
7. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signaleinheit eine mitrotierende Induktionsspule (10), einen gehäusefesten Magneten
(13) und eine Anzeigeeinrichtung (14) umfasst, wobei in Normalstellung das Detektionselement
(9) in Kontakt mit der Induktionsspule (10) steht, die bei einer Rotation des Abscheiderzylinders
(3) am Magneten (13) vorbeiläuft.
8. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzeigeeinrichtung (14) eine weitere Induktionsspule (10) mit einer optischen
Anzeigeeinheit (16) umfasst.
9. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Führungsrohre (8) mit jeweils einem darin aufgenommenen Detektionselement (9)
vorgesehen sind.
10. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 7 oder 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedem Führungsrohr (8) eine Induktionsspule (15) zugeordnet ist, wobei die beiden
Induktionsspulen (15) über zwei offene Spannungsleitungen (11, 12) miteinander verbunden
sind, die in Normalstellung der Detektionselemente (9) elektrisch geschlossen sind.
11. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichte des Detektionselements (9) größer ist als die Dichte des Fluids, jedoch
kleiner als die mittlere Dichte der Schmutzteilchen im Fluid.
12. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Detektionselement als Detektionskugel (9) ausgebildet ist.