Verfahren zum Betreiben eines Zentrifugalabscheiders

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zentrifugalabscheiders, der einer Kraftmaschine und/oder Arbeitsmaschine zugeordnet ist, wobei der Zentrifugalabscheider wenigstens einen drehbar gelagerten Rotor aufweist, der mittels eines von einer Steuereinheit gesteuerten Antriebes drehzahlvariabel in Drehung versetzt wird.

Verfahren der eingangs genannten Art sind aus den Dokumenten EP 1 537 301 B1 und EP 1 532 353 B1 bekannt. Die Dokumente beschreiben Verfahren zum Reinigen von Kurbelgehäusegas, das während des Betriebs eines Verbrennungsmotors erzeugt wird, der zum Antreiben eines Fahrzeugs dient. Dabei werden eine Zentrifuge mit einem Zentrifugenrotor, die an einem Fahrzeug zum Reinigen von Kurbelgehäusegas befestigt ist, und zur Drehung des Zentrifugenrotors ein Elektromotor verwendet, der für seinen Betrieb mit einer Stromquelle verbunden werden kann, die am Fahrzeug vorhanden ist. Eine Trenneffizienz der Zentrifuge wird durch Ändern der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors und somit des Zentrifugenrotors geändert, während der Verbrennungsmotor weiterhin betrieben wird. Die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors wird dabei insbesondere anhand von Daten, die für eine tatsächliche Änderung der Menge an Kurbelgehäusegas repräsentativ sind, das vom Verbrennungsmotor erzeugt wird, oder anhand der erfassten Änderung einer Kurbelgehäusegasströmung, die als Ergebnis der Produktion von Kurbelgehäusegas durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird, oder anhand einer erfassten Änderung eines Kurbelgehäusegasdrucks, der als Ergebnis der Produktion von Kurbelgehäusegas durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird, geändert. Dadurch soll erreicht werden, den Zentrifugenrotor mit der jeweils geringstmöglichen Antriebsenergie bedarfsgerecht so anzutreiben, dass eine gute Reinigung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases gewährleistet ist und dafür keine unnötige, übermäßige Antriebsenergie aufgewendet wird. Moderne Zentrifugalabscheider werden oft mit hohen Drehzahlen von mehreren zehntausend Umdrehungen pro Minute betrieben, was zwar eine gute Reinigungswirkung ergibt, aber immer auch mit erheblichen akustischen Emissionen, besonders im Bereich hoher, für das menschliche Gehör unangenehmer Frequenzen, verbunden ist, die zu Störungen und Belastungen von in der Nähe befindlichen Menschen führen. Diese akustischen Emissionen werden insbesondere durch Ro- torunwuchten, durch die Rotorlagerung und durch den Rotorantrieb verursacht. Besonders störend sind die akustischen Emissionen des Zentrifugalabscheiders dann, wenn andere begleitende akustische Emissionen, welche die Zentrifugalabscheidergeräusche zeitweise überdecken, wegfallen, und dann der Zentrifugalabscheider infolge eines zeitlich relativ langen Nach- und Auslaufens des Rotors aufgrund seiner hohen Ausgangsdrehzahl noch lange zu hören ist. Zudem geht beim Nach- und Auslaufens des Rotors dessen Rotationsenergie ungenutzt verloren.

Für die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches Störungen und Belastungen von in der Nähe von Zentrifugalabscheidern an einer Kraftmaschine und/oder Arbeitsmaschine befindlichen Menschen vermeidet oder zumindest wesentlich reduziert. Zudem soll das Verfahren ermöglichen, beim Nach- und Auslaufens des Rotors dessen Rotationsenergie zu nutzen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehzahl des Rotors in Abhängigkeit von den akustischen Emissionen der Kraftmaschine und/ oder in Abhängigkeit von den akustischen Emissionen der Arbeitsmaschine gesteuert wird.

Erfindungsgemäß sind die wesentlichen Kriterien, nach denen die Steuerung der Drehzahl des Rotors des Zentrifugalabscheiders erfolgt, die akustischen Emissionen der Kraftmaschine und/oder der Arbeitsmaschine, welcher der Zentrifugalabscheider zugeordnet ist, was einen im Geräuschumfeld der Kraftmaschine und/oder der Arbeitsmaschine akustisch unauffälligen, sich in der Nähe des Zentrifugalabscheiders aufhaltende Menschen akustisch nicht störenden Betrieb des Zentrifugalabscheiders gewährleistet. In weiterer, bevorzugter Ausgestaltung ist für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen, dass die Steuerung der Drehzahl des Rotors so erfolgt, dass der Rotor mit einer solchen maximalen Drehzahl betrieben wird, dass der Zentrifugalabscheider innerhalb der jeweils aktuellen akustischen Emissionen der Kraftmaschine oder der Arbeitsmaschine für ein menschliches Gehör nicht wahrnehmbar ist. Damit verschwindet der Zentrifugalabscheider akustisch aus der Wahrnehmung von Menschen in seiner Umgebung, womit Störungen und Belastungen oder auch nur Belästigungen ausgeschlossen werden.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass für die akustischen Emissionen der Kraftmaschine oder der Arbeitsmaschine repräsentative, der Steuereinheit zuzuführende Signale aus wenigstens einem an der Kraftmaschine oder der Arbeitsmaschine ohnehin für einen anderen Zweck gespeicherten oder erfassten betrieblichen Parameter ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass keine eigene Sensorik für eine Erfassung der aktuellen akustischen Emissionen nötig ist.

Eine diesbezügliche Weiterbildung sieht vor, dass der betriebliche Parameter, aus dem die der Steuereinheit zuzuführende Signale ermittelt werden, der aktuelle Kraftmaschinenbetriebspunkt in einem gespeicherten Kraftmaschinenbetriebskenn- feld ist. Da heutzutage Kraftmaschinen, wie Brennkraftmaschinen, üblicherweise mithilfe von elektronischen Daten aus einem gespeicherten Kraftmaschinenbe- triebskennfeld betrieben werden, können diese Kennfelddaten, die in aller Regel auch eine bestimmte Korrelation zu den akustischen Emissionen der Kraftmaschine aufweisen, zur Gewinnung oder Erzeugung von Steuerungsdaten für den Antrieb des Rotors des Zentrifugalabscheiders genutzt werden.

In weiter konkretisierter Ausgestaltung des Verfahren wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine erfasste betriebliche Parameter, aus dem die der Steuereinheit zuzuführende Signale ermittelt werden, ein Drehzahlmesswert und/oder ein Lastwert der Kraftmaschine ist.

Alternativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass die erfassten betrieblichen Parameter, aus denen die der Steuereinheit zuzuführende Signale ermittelt werden, eine Arbeitsmaschinen-Bewegungsgeschwindigkeit und/oder ein eingelegter Getriebegang eines Arbeitsmaschinengetriebes sind. Eine weitere alternative oder zusätzliche Möglichkeit besteht darin, dass die betrieblichen Parameter, aus denen die der Steuereinheit zuzuführende Signale ermittelt werden, gespeicherte, geschwindigkeitsabhängige Wind- und/oder Rollgeräusche der Arbeitsmaschine sind.

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird weiter vorgeschlagen, dass die Parameter, aus denen die der Steuereinheit zuzuführenden Signale ermittelt werden, aus einem Bord- und/oder Busnetz der Kraftmaschine oder der Arbeitsmaschine generiert und der Steuereinheit zugeführt werden und dass die durch eine in den Zentrifugalabscheider integrierte Elektronikeinheit gebildete Steuereinheit die Drehzahlsteuerung des Rotors des Zentrifugalabscheiders nach Maßgabe von in der Steuereinheit zu den Steuersignalen hinterlegten Kennwerten übernimmt. Damit wird vorteilhaft ein an vielen Kraft- oder Arbeitsmaschinen vorhandenes Bord- oder Busnetz genutzt, was den Hard- und Softwareaufwand für die Steuereinheit niedrig hält.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Möglichkeit, dass für die akustischen Emissionen der Kraftmaschine oder der Arbeitsmaschine repräsentative, der Steuereinheit zuzuführende Signale mittels eines oder mehrerer akustischer Sensoren erfasst werden. Hiermit können innerhalb des Verfahrens die tatsächlich vorliegenden akustischen Emissionen unmittelbar erfasst werden und das Verfahren kann unabhängig von an sich für andere Zwecke vorhandenen oder erfassten Daten ausgeführt werden.

Gegebenenfalls kann dabei als akustischer Sensor oder als einer der mehreren akustischen Sensoren ein in oder an der Kraftmaschine oder Arbeitsmaschine vorhandenes Mikrofon, wie beispielsweise einer Fernsprecheinrichtung, genutzt werden.

Weiterhin wird bevorzugt als Antrieb des Rotors ein elektrischer Antrieb verwendet, der von der Steuereinheit nach Maßgabe der ihr zugeführten Signale zwischen einer den Rotor antreibenden Betriebsart und einer den Rotor bremsenden Betriebsart und einem Ausschaltzustand umgeschaltet wird. Mit dem elektrischen Antrieb kann in jeder gewünschten Weise auf den Rotor hinsichtlich dessen Drehzahl eingewirkt werden. Dabei bietet das Verfahren die günstige Möglichkeit, dass mittels des elektrischen Antriebes in dessen den Rotor bremsender Betriebsart elektrische Energie erzeugt und in ein elektrisches Netz der Kraftmaschine oder Arbeitsmaschine rückgespeist wird. Hiermit wird zu einer besonders hohen Energieeffizienz beim Betrieb des Zentrifugalabscheiders beigetragen.

In einer dazu alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird als Antrieb des Rotors ein hydraulischer Antrieb verwendet, der von der Steuereinheit nach Maßgabe der ihr zugeführten Signale zumindest zwischen einer antreibenden Betriebsart und einem Ausschaltzustand umgeschaltet wird.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der hydraulische Antrieb von der Steuereinheit nach Maßgabe der ihr zugeführten Signale bei einem Bedarf einer Verminderung der Drehzahl des Rotors in eine bremsende Betriebsart umgeschaltet werden kann.

Alternativ dazu und unabhängig von der Art des Rotorantriebes kann von der Steuereinheit eine dem Rotor zugeordnete separate Bremsvorrichtung bei einem Bedarf einer Verminderung der Drehzahl des Rotors aktiviert werden. Die Bremsvorrichtung ist dann beispielsweise eine mechanische Bremsvorrichtung, die bei Bedarf mittels Reibung eine Drehzahlverminderung des Rotors bewirkt.

Um innerhalb des Verfahrens bei Bedarf eine möglichst reaktionsschnelle, verzögerungsarme Abbremsung des Rotors zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass nach Maßgabe von Signalen, die der Steuereinheit von einem Maschinensteuergerät der Kraftmaschine oder Arbeitsmaschine vor einem bevorstehenden, diesen ankündigenden Stopp der Kraftmaschine oder Arbeitsmaschine zugeführt werden, die Steuereinheit den Rotor zum Stillstand bringt, bevor oder bis der Stopp der Kraftmaschine oder Arbeitsmaschine erfolgt. Damit bleiben die akustischen Emissionen des Zentrifugalabscheiders auch in anspruchsvollen betrieblichen Momenten für Menschen in der Umgebung unauffällig und ohne Störwirkung.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren an einer durch eine Brennkraftmaschine gebildeten Kraftmaschine verwendet, da hierbei ein besonders großer Nutzen erzielbar ist, weil es häufig der Fall ist, dass sich während des Betriebes der Brennkraftmaschine Menschen in der Nähe eines dieser Brennkraftmaschine zugeordneten Zentrifugalabscheiders aufhalten oder aufhalten müssen.

Eine zusätzliche nützliche Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit einer Brennkraftmaschine besteht darin, dass nach Maßgabe von Signalen, die der Steuereinheit von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine vor einem bevorstehenden, diesen ankündigenden Start der Brennkraftmaschine zugeführt werden, die Steuereinheit den Antrieb des Rotors für eine Vorevakuierung des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine aktiviert, bevor der Start der Brennkraftmaschine erfolgt. Dies reduziert vorteilhaft den Energiebedarf eines den Start der Brennkraftmaschine bewirkenden Anlassers. Die hier angegebene Verwendung des Verfahrens ist auch technisch nützlich im Zusammenhang mit aktiven Kurbelgehäuseentlüftungssystemen mit elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Gebläsen oder Verdichtern oder gesteuerten Saugstrahldüsen.

Eine weitere bevorzugte und nützliche Verwendung des Verfahrens besteht darin, dass es an einer durch ein Kraftfahrzeug gebildeten Arbeitsmaschine verwendet wird. Auch hierbei wird ein besonders großer Nutzen erzielt, weil sich während des Betriebes des Kraftfahrzeugs dessen Fahrer und ggf. Beifahrer auf jeden Fall in der Nähe eines diesem Kraftfahrzeug und einer in diesem meist vorhandenen Brennkraftmaschine zugeordneten Zentrifugalabscheiders aufhalten müssen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Menschen, wie Personen in Kraftfahrzeugen, wirksam vor belästigenden Geräuschen von Zentrifugalabscheidern geschützt, wobei aber gleichzeitig die Funktion des Zentrifugalabscheiders nicht merklich beeinträchtigt wird, da er in Phasen höherer Umgebungslautstärken selbst auch in Betriebsweisen mit stärkeren akustischen Emissionen betrieben werden kann, ohne dass dies von den Menschen in der Umgebung wahrgenommen oder als störend empfunden wird.

Schließlich wird eine besonders nützliche Verwendung des Verfahrens gemäß Erfindung darin gesehen, dass es zum Betreiben eines Kurbelgehäuseentlüftungsgas entölenden oder Schmieröl reinigenden Zentrifugalabscheiders an einer Brennkraftmaschine eines Hybrid-Kraftfahrzeugs oder eines Kraftfahrzeugs mit einer Motor-Start-Stopp-Automatik verwendet wird. Bei derartigen Kraftfahrzeugen treten besonders häufig Phasen auf, in denen deren Brennkraftmaschine steht und dann selbst keine akustischen Emissionen erzeugt. Daher würde ein konventionell betriebener Zentrifugalabscheider hier besonders störend auffallen, was aber mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sicher vermieden wird.

Insgesamt werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen ein besseres, nicht störendes akustisches Verhalten des Zentrifugalabscheiders, eine bessere Haltbarkeit mit längerer Lebensdauer und ein verminderter Energieverbrauch für den Antrieb des Rotors des Zentrifugalabscheiders erreicht. Dabei wird ein schneller Hochlauf des Rotors ermöglicht und es können aufgrund der Steuerung der Rotordrehzahl kritische Drehzahlbereiche, insbesondere im Bereich von Rotoreigenfrequenzen, schnell durchfahren werden, was größere Unwuchten des Rotors, der z. B. in Form eines Tellerseparators ausgeführt sein kann, und höhere Drehzahlen des Rotors im Maximum zulässt.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert.

Die einzige Figur (Figur 1 ) der Zeichnung zeigt in einer rein schematischen Darstellung einen Zentrifugalabscheider mit einem Rotor mit Antrieb und mit einer den Antrieb nach Maßgabe mehrerer Steuerparameter steuernden Steuereinheit.

Die Figur 1 zeigt in ihrem unteren Teil schematisch einen Zentrifugalabscheider 1 , der einen Rotor 10 aufweist, der beispielsweise als Tellerstapelseparator ausgeführt ist. Der Rotor 10 ist mittels einer Rotorwelle 1 1 und zweier Rotorlager 13 drehbar in einem hier nicht eigens dargestellten Abscheidergehäuse gelagert. Mittels eines mit der Rotorwelle 1 1 verbundenen Antriebes 2, wie Elektromotor, kann der Rotor 10 im Betrieb des Zentrifugalabscheiders 1 in Drehung versetzt werden, um aus einem den Rotor 10 durchströmenden ersten Medium Tröpfchen oder Partikel eines zweiten Mediums mittels Zentrifugalkraft abzuscheiden, wie dies an sich bekannt ist.

Weiterhin umfasst das hier dargestellte Ausführungsbeispiel des Zentrifugalabscheiders 1 eine Bremse 12, welche bei Bedarf mittels Reibung eine Bremskraft auf die Rotorwelle 1 1 und somit auch auf den Rotor 10 ausüben kann. Alternativ kann die Bremse 12 auch eine elektrische Bremse, gegebenenfalls mit Energierückgewinnung, sein. Der Zentrifugalabscheider 1 ist einer in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Kraftmaschine oder Arbeitsmaschine zugeordnet, beispielsweise einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, und kann konkret beispielsweise der Entölung von Kurbelgehäuseentlüftungsgas der Brennkraftmaschine dienen.

Dem Zentrifugalabscheider 1 ist eine elektronische Steuereinheit 3 zugeordnet, welche über elektrische Signal- und Versorgungsverbindungen 20 den Antrieb 2 des Rotors 10 des Zentrifugalabscheiders 1 nach Maßgabe von noch zu erläuternden Parametern mit veränderlicher Drehzahl steuert. Über die elektrische Signalverbindung 20 erfasst dabei die Steuereinheit 3 die aktuelle Ist-Drehzahl des Antriebes 2 und damit des Rotors 10 und vergleicht diese mit der aktuellen, parameterabhängig berechneten Soll-Drehzahl, um bei Abweichungen die Ist-Drehzahl entsprechend zu erhöhen oder zu vermindern. Dabei wird von der Steuereinheit 3 bei einem Bedarf einer Drehzahlverminderung des Rotors 10 über eine weitere elektrische Signalverbindung 30 die Bremse 12 aktiviert.

Ein erster Parameter, der bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel zur Steuerung der Drehzahl des Antriebes 2 des Rotors 10 verwendet wird, ist die Drehzahl einer zugehörigen Brennkraftmaschine. Diese Drehzahl wird über einen oben in Figur 1 angedeuteten Brennkraftmaschinendrehzahlsensor 4 erfasst und über eine weitere elektrische Signalverbindung 40 der Steuereinheit 3 als Messsignal übermittelt.

Eine weitere Quelle für einen oder mehrere weitere Steuerparameter, die der Steuereinheit 3 zugeführt werden, ist ein Motorsteuergerät 5 der zugehörigen Brennkraftmaschine. An modernen Brennkraftmaschinen sind Motorsteuergeräte, die diverse betriebliche Parameter der Brennkraftmaschine erfassen oder gespeichert enthalten, ohnehin vorhanden und können hier zusätzlich für die Steuerung des Antriebes 2 genutzt werden. Geeignete Daten oder Signale werden hier über die Signalverbindung 50 vom Motorsteuergerät 5 zur Steuereinheit 3 übertragen.

Ein weiterer für die Steuerung des Antriebes 2 genutzter Parameter ist hier die Geschwindigkeit eines zugehörigen Fahrzeugs, wie Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine. Mittels eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 6 wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt und über eine weitere Signalverbindung 60 der Steuereinheit 3 als Messsignal zugeführt. Schließlich ist im Ausführungsbeispiel noch ein akustischer Sensor 7 vorgesehen, welcher Geräusche oder einen Geräuschpegel in der Umgebung des Zentrifugalabscheiders 1 , beispielsweise in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs mit einer mit dem Zentrifugalabscheider 1 ausgestatteten Brennkraftmaschine, erfasst und über eine weitere Signalverbindung 70 der Steuereinheit 3 als Messsignal zuführt.

Mittels der Steuereinheit 3 wird die Drehzahl des Rotors 10 in Abhängigkeit von den der Steuereinheit 3 zugeführten Signalen, welche für die akustischen Emissionen der Kraftmaschine und/oder der Arbeitsmaschine repräsentativ sind, gesteuert. Insbesondere erfolgt die Steuerung der Drehzahl des Rotors 10 so, dass der Rotor 10 mit einer solchen maximalen Drehzahl betrieben wird, dass der Zentrifugalabscheider 1 innerhalb der jeweils aktuellen akustischen Emissionen der zugehörigen Kraftmaschine und/oder Arbeitsmaschine für ein menschliches Gehör nicht wahrnehmbar oder zumindest nicht störend ist.

Mittels des von der Steuereinheit 3 gesteuerten Antriebes 2 kann der Rotor 10 schnell beschleunigt und auf eine aktuelle gewünschte, von den in der Steuereinheit 3 verarbeiteten Parametern abhängige Drehzahl gebracht werden. Umgekehrt kann der Rotor 10 mittels der hier vorgesehenen, ebenfalls von der Steuereinheit 3 gesteuerten Bremse 12 bei Bedarf schnell abgebremst und auf eine niedrigere Drehzahl oder zum Stillstand gebracht werden.

In der Praxis kann es für die Ausführung des Verfahrens auch genügen, der Steuereinheit 3 weniger unterschiedliche Signale als in Figur 1 dargestellt zuzuführen. Umgekehrt ist es auch möglich, noch mehr Signale als in der Zeichnung dargestellt für die Steuerung des Antriebes 2 des Rotors 10 mittels der Steuereinheit 3 zu verwenden. Bezugszeichenliste:

Zeichen Bezeichnung

1 Zentrifugalabscheider

10 Rotor

1 1 Rotorwelle

12 Bremse

13 Rotorlager

2 Antrieb für 10

20 Signal- und/oder Versorgungsverbindung zwischen 2 und 3

3 Steuereinheit

30 Signalverbindung von 3 zu 12

4 Brennkraftmaschinendrehzahlsensor

40 Signalverbindung von 4 zu 3

5 Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine

50 Signalverbindung von 5 zu 3

6 Fahrzeuggeschwindigkeitssensor

60 Signalverbindung von 6 zu 3

7 akustischer Sensor

70 Signalverbindung von 7 zu 3