Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider mit einem Ein- und einem Auslass für ein Fluid, einem zwischen dem Ein- und dem Auslass angeordneten Wirbelraum mit rundem Querschnitt sowie Leitmitteln zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum.

Zyklonabscheider, die auch als Fliehkraftabscheider oder Zyklonfilter bezeichnet werden, dienen der Absonderung von in Gasen enthaltenen festen oder flüssigen Partikeln bzw. der Absonderung von in Flüssigkeiten enthaltenen festen Partikeln. Ein Zyklonab- scheider besteht im Wesentlichen aus fünf Teilen. Im eingebauten Zustand an oberster

Stelle befindet sich das Gehäuseoberteil (teilweise auch als Einlaufzylinder bezeichnet), das u.a. den Einlass für das verschmutzte Fluid und den Auslass für das gereinigte Fluid umfasst. Unmittelbar unterhalb des Gehäuseoberteils befindet sich ein häufig kegelförmiger, von einem Gehäuseunterteil begrenzter Wirbelraum, in dem zentral ein Tauchrohr angeordnet ist, das an seiner Oberseite mit dem Auslass für das gereinigte Fluid verbunden ist. Unterhalb des kegelförmigen Wirbelraums ist ein Partikelauffangbehälter vorgesehen, der häufig auch als Bunker bezeichnet wird. Der Wirbelraum wird von einem sogenannten APEX-Kegel zum Bunker hin begrenzt.

Das durch den Einlass in das Gehäuseoberteil und danach in den Wirbelraum eintretende Fluid wird in eine spiralförmige, abwärts gerichtete Strömungsbewegung versetzt, die auch als Wirbelsenkströmung bezeichnet wird. Hierbei wirken auf das Fluid und die darin enthaltenen Partikel Zentrifugalkräfte, die diese radial nach außen be-

BESTÄTIGUNGSKOP2E schleunigen, wobei sich die Partikel teilweise an der Wand abscheiden und an dieser nach unten in den Partikelauffangbehälter abgleiten bzw. abfließen. Durch eine kegelförmige Ausgestaltung des Wirbelraums kann erreicht werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit und folglich auch die Drehgeschwindigkeit des Fluids kontinuierlich zu- nimmt, je weiter sich die Fluidströmung in Richtung des unteren, engeren Endes des

Wirbelraums bewegt. Durch den APEX-Kegel wird die Fluidströmung umgelenkt und über das Tauchrohr und den Auslass des Zyklonabscheiders abgeführt. Aufgrund ihrer höheren Masse folgen die noch in dem Fluid enthaltenden Partikel dieser Strömungs- umlenkung nicht, so dass diese nicht durch das Tauchrohr und den Auslass abgeführt werden, sondern vielmehr in dem unterhalb des Wirbelraums angeordneten Bunker aufgefangen werden.

Um eine möglichst homogene Wirbelsenkströmung zu erreichen, weisen alle bekannten Zyklonabscheider einen Wirbelraum mit rundem und in der Regel kreisförmigem Querschnitt auf.

Zur Erzeugung der Wirbelsenkströmung ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Wirbelraum ein Flügelrad vorzusehen, das eine Vielzahl von radial ausgerichteten und zudem schräg gestellten Flügeln aufweist, durch die das in dem Gehäuseoberteil befindliche Fluid beim Übertritt in den Wirbelraum schräg nach unten abgelenkt wird.

Weiterhin sind Zyklonabscheider mit Drallscheibe bekannt (vgl. EP 1 313 566 B1 ), deren Funktion hinsichtlich der Erzeugung der Wirbelsenkströmung den Zyklonabschei- dem mit Flügelrad entsprechen. Die Besonderheit bei einem Zyklonabscheider mit

Drallscheibe ist, dass die Flügel der Drallscheibe hinsichtlich des Abstands zueinander verschiebbar sind. Hierzu sind die Flügel der Drallscheibe in Richtung eines geringen Abstands zueinander federbelastet vorgespannt, wobei das durch den Freiraum zwischen den Flügeln strömende Fluid den Abstand zwischen den Flügeln in Abhängigkeit von dem Differenzdruck, der wiederum von dem Volumenstrom des Fluids abhängig ist, und entgegen der Federvorspannung vergrößert. Dadurch erzeugt die Drallscheibe eine Drosselwirkung, deren Höhe direkt von dem Volumenstrom des Fluids abhängig ist.

Der Wirkungsgrad eines Zyklonabscheiders wird durch eine Vielzahl von Faktoren be- einflusst. Einen wesentlichen Einfluss hat zum einen die Strömungsgeschwindigkeit, die einen definierten Grenzwert in der Regel nicht unterschreiten sollte. Die Strömungsgeschwindigkeit wiederum hängt direkt von dem Volumenstrom des zu reinigenden Fluids ab, das dem Zyklonabscheider zugeführt wird. Der Volumenstrom ist in der Praxis jedoch häufig extremen Schwankungen ausgesetzt, was einen negativen Einfluss auf den durchschnittlichen Wirkungsgrad des Zyklonabscheiders hat. Konstruktiv wird ein Zyklonabscheider regelmäßig so ausgelegt, dass er bei einer definierten Eintrittsgeschwindigkeit (als vorteilhaft hat sich ein Wert von ca. 15m/s gezeigt) bzw. einem hierzu korrespondierenden Volumenstrom eine optimale Abscheiderate erzielt; Schwankungen dieser Werte führen daher unweigerlich zu einem nicht unerheblichen Wirkungsgradverlust. Zudem werden in der Praxis aus Kostengründen häufig identische Zyklonabscheider für unterschiedliche Volumenströme eingesetzt, so dass die Zyklonabscheider auch aus diesem Grund häufig nicht ihre Filterwirkung mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad erfüllen. Einen weiteren wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Zyklonabscheiders hat die Art und Weise, wie die Wand des Wirbel- raums von dem Fluid angeströmt wird, da hierdurch wesentlich die Ausbildung der

Wirbelsenkströmung beeinflusst wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere hinsichtlich des Wirkungsgrads verbesserten Zyklonabscheider anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Zyklonabscheider gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.

Ein erfindungsgemäßer Zyklonabscheider, der ein Gehäuse mit einem Ein- und einem Auslass für ein Fluid (und insbesondere ein Druckgas, wie Druckluft), einen zwischen dem Ein- und dem Auslass angeordneten Wirbelraum mit vorzugsweise rundem Quer- schnitt sowie Leitmittel zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitmittel als (vorzugsweise schräg angeordneter) Kanal ausgebildet sind.

Durch die erfindungsgemäße Kanalisation des in den Wirbelraums einströmenden Fluids mittels des Kanals kann eine im Vergleich zu der bekannten Erzeugung einer

Wirbelsenkströmung mittels einer Flügelrad oder Drallscheibe eine teilweise erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrads des Zyklonabscheiders verwirklicht werden. Zudem kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zyklonabscheiders gegenüber den bekannten Bauarten fertigungstechnische Vorteile aufweisen, die sich insbesondere in geringeren Produktionskosten niederschlagen. Hieraus ergibt sich, dass es möglich ist, die erfindungsgemäßen Vorteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Zyklonabscheidern zumindest teilweise auch dann zu erreichen, wenn anstelle von einem Kanal, zwei oder auch mehrere Kanäle vorgesehen werden, durch die die FIu- idströmung in den Wirbelraum geleitet wird. Unter rundem Querschnitt wird erfindungsgemäß ein winkelfreier Querschnitt verstanden; insbesondere fallen hierunter kreisförmige Querschnitte, wobei hiervon jedoch auch beliebig andere runde Querschnitte, wie beispielsweise elliptische Querschnitte, erfasst werden sollen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, den Kanal durch ein Rohr auszubilden, das in den Wirbelraum hineinragt. Dies kann Vorteile hinsichtlich der Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raums bringen. Weiterhin können hiermit fertigungstechnische Vorteile verbunden sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, den Verlauf des Kanals bzw. des Rohrs so auszubilden, dass die Fluidströmung nach dem Verlassen des Kanals bzw. Rohrs sowohl nach unten als auch tangential bezüglich der Wand des Wirbelraums ausgerichtet ist. Unerwarteterweise hat sich gezeigt, dass durch die erfin- dungsgemäße Kombination einer nach unten gerichteten Umlenkung der Fluidströmung, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik von Zyklonabscheidern mit Drallelement bzw. Drallscheibe bekannt ist, mit einer zusätzlichen Umlenkung und Kanalisation der Fluidströmung in tangentialer Richtung bezüglich der Wand des Wirbelraums eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrads eines Zyklonabscheiders er- reicht werden kann.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders kann vorgesehen sein, an dem wirbelraumseitigen Ende des Kanals (bzw. des Rohrs) ein verstellbares Drosselelement anzuordnen, das zur Erzielung einer möglichst konstanten Strömungsgeschwindigkeit den freien Öffnungsquerschnitt des

Kanals in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Druckgases regelt. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders kann erreicht werden, dass ein möglichst hoher und konstanter Wirkungsgrad auch bei stark schwankenden Volumenströmen des Fluids erhalten wird (Dynamikanpassung).

Bevorzugt kann als Drosselelement eine federbelastete Drosselklappe verwendet werden, die in oder hinter dem Kanal (bzw. Rohr) angeordnet ist und den freien Querschnitt des Kanals in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Fluids regelt. Die Drosselklappe kann asymmetrisch bezüglich des Querschnitts des Kanals angeordnet sein, wodurch ermöglicht wird, eine tangentiale Anströmung der Wand des Wirbelraums nicht (nur) durch eine entsprechende Ausgestaltung des Kanals selbst, sondern (auch) durch ein nachträgliches Ablenken mittels der Drosselklappe zu bewirken. Hierzu kann die Drosselklappe vorzugsweise schräg zur Wand des Wirbelraums ausgerichtet sein. Eine solche Drosselklappe kann in Abhängigkeit von dem Volumen- ström und dem daraus resultierenden Anstellwinkel (bzgl. der Wand des Wirbelraums) bewirken, dass die Strömungsgeschwindigkeit möglichst konstant gehalten und durch die Schrägstellung der Drosselklappe zudem ein sauberes Anströmen der Wand des Wirbelraums erzielt wird, womit eine bessere Abscheidung und ein geringerer Differenzdruck verbunden sein kann.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die

Drosselklappe ein zusätzliches Leitblech auf, welches Leckströme im hinteren Bereich der Drosselklappe in die Hauptströmung umlenkt.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads des erfindungsgemäßen Zyklonab- scheiders kann dadurch erreicht werden, dass der Kanal einen ovalen bzw. elliptischen

Querschnitt aufweist. Die Anordnung des elliptischen Querschnitts ist vorzugsweise so gewählt, dass die Hauptachse des elliptischen Querschnitts nach unten, d.h. in Richtung der Längsachse des Wirbelraums ausgerichtet ist, während die Nebenachse senkrecht hierzu ausgerichtet ist.

Bevorzugt kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen dem Einlass und dem Kanal des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders ein Erweiterungsraum vorgesehen ist, in den das Fluid nach dem Einlass in den Zyklonabscheider und vor dem Eintritt in den Wirbelraum einströmen kann. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Anordnung eines Erweiterungsraumes eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads sowie des Druck- verlusts des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders erreicht werden kann.

Sofern der Kanal durch ein Rohr ausgebildet wird, das in den Wirbelraum hineinragt, kann vorgesehen sein, das Rohr oberhalb des Wirbelraums offen auszubilden, so dass gegebenenfalls ein sich oberhalb des Wirbelraums befindliches Innenvolumen des Gehäuseoberteils als Erweiterungsraum genutzt werden kann.

Vorzugsweise kann der Kanal in ein Trennelement integriert sein, das den Erweiterungsraum von dem Wirbelraum abtrennt. In dieses Trennelement kann zusätzlich auch ein Tauchrohr und/oder ein Auslasskanal, der den Wirbelraum mit dem Auslass verbindet, um das gereinigte Fluid wieder aus dem Zyklonabscheider abzuführen, integriert sein. Mit einem solchen, vorzugsweise lediglich von dem Kanal und dem Auslasskanal durchbrochenen Trennelement kann eine gegebenenfalls vorteilhafte Trennung der beiden Fluidströmungen in dem Erweiterungs- und dem Wirbelraum erreicht werden.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, den Erweiterungsraum in ein Oberteil des Gehäuses (Gehäuseoberteil) und den Wirbelraum in ein Unterteil des Gehäuses (Gehäuseunterteil) zu integrieren und das Trennelement lösbar in dem Gehäuseoberteil und/oder dem Gehäuseunterteil anzuordnen. Diese Ausgestaltung des den Kanal und den Auslasskanal umfassenden Trennelements als vorzugsweise austauschbaren Ein- satz kann sowohl fertigungs- als auch wartungstechnische Vorteile mit sich bringen. Beispielsweise kann das Trennelement, das durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zyklonabscheiders einen geometrisch einfachen Aufbau aufweisen kann, kostengünstig als Kunststoffbauteil ausgebildet sein, das beispielsweise spritzge- gössen werden kann. Dieses kann einfach in die zwei Gehäuseteile eingesetzt werden, die häufig aufgrund des Druckunterschieds zwischen den Atmosphären im Gehäuseinneren und -äußeren aus Metall und insbesondere Aluminium oder Stahl ausgebildet sein kann.

Ein erfindungsgemäßer Zyklonabscheider zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und daraus resultierend durch eine einfache Herstellung aus. Zudem kann durch eine Verringerung der Anzahl unterschiedlicher, auf verschiedene Volumenströme optimierter Modelle eine Kostenreduzierung erreicht werden. Weiterhin kann bei stark variierenden Volumenströmen eine hohe Abscheiderate für den gesamten Einsatzbereich erzielt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Alle konstruktiven Merkmale der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht lediglich in dieser Kombination sinnvoll um- zusetzen, sondern jedes dieser Merkmale kann isoliert oder in beliebiger Kombination mit anderen Merkmalen bei jedem erfindungsgemäßen Zyklonfilter, wie er durch die Merkmale der Patentansprüche definiert ist, verwirklicht werden.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 : einen erfindungsgemäßen Zyklonabscheider in einer Schnittdarstellung;

Fig. 2: einen alternativen Funktionseinsatz in einer isometrischen Ansicht.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders.

Dieser umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäuseoberteil 1 und einem Gehäuseunterteil 2, die mittels eines Bajonettverschlusses 3 miteinander verbunden sind. Mit dem Gehäuseoberteil 1 sind jeweils Anschlussstücke 4 für einen Einlass 5 für ein zu reinigendes Fluid, im vorliegenden Fall Druckluft, sowie für einen Auslass 6 für die gereinigte Druckluft verbunden. Der Einlass 5 und der Auslass 6 sind einander gegenüberliegend in waagerechter Ausrichtung in das Gehäuseoberteil 1 integriert. Das von dem Gehäuseoberteil 1 ausgebildete Volumen, das als Erweiterungsraum 7 dient, wird von einem Trennelement 8 von dem als Wirbelraum 9 dienenden Volumen des Gehäuseunterteils 2 separiert. Der Wirbelraum ist nahezu zylindrisch ausgeführt, wobei eine Formschräge von ca. 3° einer einfacheren Entformung des als Gussbauteils hergestellten Gehäuseunterteils dient. In dem unteren Bereich des Gehäuseunterteils 2 ist ein Partikelauffangbehälter 10 vorgesehen, der mit einem Ventil 11 versehen ist, das zum Ablassen der in dem Partikelauffangbehälter 10 gesammelten Flüssigkeit bzw. Partikel dient.

Das Trennelement 8 umfasst einen (Einlass-)Kanal 12, der den Einlass 5 für die

Druckluft mit dem Wirbelraum 9 verbindet. Der Kanal 12 wird von einem schräg in den Wirbelraum hineinragenden Rohr 13 ausgebildet, das zudem teilweise bezüglich des Erweiterungsraums 7 offen ausgebildet ist. Über das teilweise offene Rohr 13 ergibt sich demnach eine direkte Verbindung zwischen dem Erweiterungsraum 7 und dem Wirbelraum 9. Die durch den Einlass 5 in den Zyklonabscheider eintretende Druckluft strömt teilweise in den Erweiterungsraum 7 und wird über das Rohr 13 in definierter Richtung in den Wirbelraum 9 geleitet. Die Ausrichtung des Rohrs 13 ist derart, dass die Strömung zum einen teilweise nach unten in Richtung des Partikelauffangbehälters 10 geneigt ist und gleichzeitig eine tangentiale Anströmung der Innenwand des Ge- häuseunterteils 2 im Austrittsbereich des Rohrs 13 erfolgt. Die durch den Kanal 12 erfolgende Kanalisation der in den Wirbelraum 9 einströmenden Druckluft in Verbindung mit der Umlenkung der Strömung sowohl nach unten als auch tangential in Richtung der Wand des Wirbelraums 9 sorgt für eine Wirbelsenkströmung, die sich durch eine besonders gute Abscheiderate auszeichnet. Die Wirbelsenkströmung bewirkt, dass die in der Druckluft enthaltenen Partikel (Flüssigkeitströpfchen, Schmutzpartikel, etc.) aufgrund Ihrer durch die höhere Dichte bedingten Trägheit im Vergleich zur Druckluft entweder an der Wand des Wirbelraums 9 abgeschieden und in Richtung des Partikelauffangbehälters 10 abgeführt werden, oder im unteren Teil des Wirbelraums 9 der durch die Druckdifferenz bedingten und durch einen APEX-Kegel 16 unterstützten Umlenkung der Druckluftströmung nicht folgen und wiederum in dem Partikelauffangbehälter 10 aufgefangen werden. Nach der Umlenkung der Druckluftströmung wird diese zentral wieder nach oben geführt und über ein Tauchrohr 14 und ein nahtlos in dieses übergehendes Auslassrohr 15 aus dem Zyklonabscheider abgeführt. Der oben genannte APEX-Kegel 16 verhindert auch, dass die Partikel von der Druckluftströmung wieder mitgerissen werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Alternative eines Trennelements 8b, das beispielsweise bei dem Zyklonabscheider gemäß der Fig. 1 anstelle des dort verwendeten Trennelements 8 zum Einsatz kommen kann. Die weitere Beschreibung erfolgt daher in Verbindung mit den übrigen Komponenten des Zyklonabscheiders der Fig. 1. Die wesentlichen Unterscheide des Trennelements 8b der Fig. 2 im Vergleich zu dem Trennelement der Fig. 1 betreffen die Ausbildung des Rohrs 13b, mit dem die Druckluft in den Wirbelraum 9 geleitet wird und die zusätzliche Anordnung einer Drosselklappe 18 am austrittssei- tigen Ende des Rohrs 13b. Das Rohr 13b weist einen elliptischen Querschnitt auf, wobei die Hauptachse des elliptischen Querschnitts in Richtung der Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist. Durch die elliptische Ausbildung des Querschnitts des Rohrs 13b kann gegebenenfalls eine weitere Verbesserung der Abscheiderate des Zyklonabscheiders erzielt werden.

Die Drosselklappe 18 sorgt für eine Drosselung der Druckluftströmung in Abhängigkeit von der Durchflussmenge der Druckluft, um eine möglichst konstante Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen. Hierzu ist die geringfügig dezentral, drehbar in der Rohrwand gelagerte Drosselklappe 18 von einer Feder 19 in Richtung ihrer geschlossenen Stel- lung belastet. Die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 18 ist zudem so gewählt, dass zumindest ein Teil der Druckluft von der Drosselklappe 18 zusätzlich in tangentialer Richtung bezüglich der Wand des Wirbelraums 9 umgelenkt wird. Durch die Drosselklappe 18 soll primär eine möglichst hohe und gleichmäßige Abscheiderate auch bei stark schwankenden Durchflussmengen erzielt werden.