DE102009012402A1 - Wellenkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung - Google Patents
Wellenkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen rotierbar in einer Lagereinrichtung (4) gelagerten Wellenkörper (2) mit einer in einen Hohlraum (3) des Wellenkörpers (2) integrierten Ölabscheideeinrichtung. Gemäß der Erfindung ist zumindest eine Abführöffnung (3a; 3b) mantelseitig im Wellenkörper (2) vorgesehen, welche mit einem Ableitkanal (4a; 4b) der Lagereinrichtung (4) korrespondiert.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wellenkörper, insbesondere eine Nockenwelle mit integrierter Ölabscheideeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der
WO 2006/119737 A1 - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen Wellenkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung bereitzustellen, durch den eine möglichst kompakte und platzsparende Bauweise gewährleistet wird.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wellenkörper mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Dadurch dass die zumindest eine mantelseitig und im Wesentlichen radial angeordnete Abführöffnung (insbesondere die Öl-Abführöffnung) – mit Vorteil alle vorhandenen Abführöffnungen für das abzuführende Öl und das abzuführende Gas – im Bereich einer den Wellenkörper umschließenden Lagereinrichtung angeordnet ist bzw. sind und die zumindest eine Abführöffnung des Wellenkörpers mit zumindest einem entsprechenden Ableitkanal der Lagereinrichtung korrespondiert, wird eine äußerst platzsparende und kompakte Bauweise des Wellenkörpers mit integrierter Ölabscheideeinrichtung gewährleistet. In einer einfachen Ausführungsform könnte die Ableitung des abgeschiedenen Öls durch eine oder mehrere radiale mantelseitige Abführöffnungen im Wellenkörper, die mit zumindest einem Ableitkanal der Lagereinrichtung korrespondieren, erfolgen, während die Ableitung des Gasstroms axial über das offene Ende des hohlen Wellenkörpers erfolgen könnte. Für den bevorzugten Fall, dass sowohl die Ableitung des Öls als auch die Ableitung des gereinigten Gases überradiale mantelseitige Abführöffnungen erfolgen soll, ist die zumindest eine mantelseitige Gasabführöffnung in Strömungsrichtung gesehen hinter der zumindest einen mantelseitigen Ölabführöffnung angeordnet. Zur Umleitung des axial strömenden Luft- bzw. Gasstromes in die radial angeordneten (mantelseitigen) Gasabführöffnungen der Wellenkörperwand ist ein entsprechend ausgebildetes Strömungsleitelement im Hohlraum des Wellenkörpers vorgesehen. Dieses Strömungsleitelement kann als stopfenartiges Bauteil ausgebildet sein, derart dass das axial strömende Gas zumindest zu einem Teil in Richtung der zumindest einen Gasabführöffnung umgeleitet wird. Hierfür kann das Strömungsleitelement im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet sein und mit seiner Kegelspitze entgegen der Strömungsrichtung ausgerichtet sein. Das Strömungsleitelement kann gas- bzw. luftundurchlässig ausgebildet sein, so dass der gesamte Gasstrom durch das Strömungsleitelement radial nach außen in die Gas-Abführöffnung(en) umgeleitet/abgeleitet wird. Alternativ kann das Strömungsleitelement aber auch derart ausgebildet sein, dass es einen vorbestimmten Gas- bzw. Luftstrom bei einem bekannten Strömungsdruck axial durchleitet während der verbleibende Teil radial nach außen in die Gas-Abführöffnungen umgeleitet/abgeleitet wird. In einer anderen möglichen Ausführungsform kann das Strömungselement auch einen axialen Bypasskanal aufweisen, der über ein druckabhängiges Bypassventil (z. B. mit einer Federkraft beaufschlagtes Rückschlagventil) bei Überschreitung eines vorbestimmten Drucks freigegeben wird, so dass bei Überschreitung des vorbestimmten Druckes ein Teil des gereinigten Gasstroms über das Bypassventil und ein verbleibender Teil über die mantelseitige(n) Gas-Abführöffnung(en) abgeleitet wird.
- Die integrierte Ölabscheideeinrichtung ist mit Vorteil mehrstufig ausgeführt. Dabei wird eine erste Ölabscheidestufe mit Vorteil durch einen sog. Drallerzeuger gebildet. Dieser Drallerzeuger kann beispielsweise als ein sich in axialer Richtung im Hohlraum des Wellenkörpers erstreckender Körper ausgebildet sein, der umfänglich zumindest einen Schneckengang aufweist, derart, dass durch den Schneckengang zwischen dem Körper des Drallerzeugers und der Innenwand des Wellenkörpers ein Strömungskanal zur Führung des eingeleiteten ölbebeladenen Gases bzw. der ölbeladenen (bzw. mit Öltröpfchen beladenen) Luft (im Folgenden auch als Blowby-Gas oder Ölnebel bezeichnet) gebildet ist. Eine zweite Ölabscheidestufe kann durch einen dem Drallerzeuger in Strömungsrichtung gesehen nachgeordneten Ölabscheidering gebildet sein. Dabei ist der Ölabscheidering mit Vorteil massiv ausgebildet derart, dass er im randseitigen Strömungsbereich des Hohlraums des Wellenkörpers ein entsprechendes Strömungshindernis für das (aufgrund der Rotation/Fliehkraft) in diesem Bereich mit Öl angereicherte Gas (bzw. Luft) darstellt.
- Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Zeichnungsdarstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
- Es zeigen:
-
1 einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Wellenkörpers mit den im Bereich einer den Wellenkörper tragenden Lagereinrichtung angeordneten mantelseitigen Abführkanälen für Öl und Gas in einer ersten möglichen Ausführungsform im Längsschnitt gesehen, -
2 eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenkörpers mit einer geringfügig geänderten Ausführung des Strömungsleitelementes, -
3 einen Ölabscheidering in einer möglichen ersten Ausführungsform im Querschnitt gesehen, und -
4 den Ölabscheidering gemäß3 in einer weiteren möglichen Ausführungsform im Teilquerschnitt gesehen. - In
1 ist ein rotierbar in einer Lagereinrichtung4 gelagerter und als Hohlwelle ausgebildeter Wellenkörper2 mit integrierter Ölabscheideeinrichtung in einem Teillängsschnitt dargestellt. - Die Lagereinrichtung
4 umfasst einen Lagerkörper4k , der entweder in Form eines (z. B. durch ein Zylinderkopfteil gebildeten) Lagerbockes oder der als separates Bauteil, welches am Zylinderkopf befestigbar ist, ausgeführt sein kann. Zur rotierbaren Lagerung des Wellenkörpers2 kann die Lagereinrichtung4 in Form des Lagerkörpers4k , der auf seiner hohlzylindrischen Innenfläche derart ausgebildet ist, um mit einem gehärteten Bereich (Lagerabschnitt2a ) des Wellenkörpers2 ein Gleitlager zu bilden, ausgeführt sein. In einer anderen Ausführungsform der Lagereinrichtung4 kann diese über ihre hohlzylindrische Innenfläche eine Mehrzahl von Wälzkörpern4w aufweisen, über die der zumindest bereichsweise öberflächengehärtete Wellenkörper2 rotierbar gelagert ist. Im letzteren, auch in den1 und2 veranschaulichten Fall, weist die Lagereinrichtung einen Dichtring4d auf, durch den der benachbarte Gas-Abführkanal4a gegenüber dem Bereich mit Wälzkörpern4w abgedichtet ist. Hierdurch wird verhindert, dass nicht gereinigtes Gas in den Gas-Abführkanal angesaugt und der Brennkraftmaschine zugeführt wird. - Der Wellenkörper
2 weist zumindest eine im Wesentlichen radiale Abführöffnung3b zur Ausleitung des aus dem sog. Blowby-Gas abgetrennten Öls auf. Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind radiale Abführöffnungen3a ,3b für Gas und Öl vorhanden, wobei der Wellenkörper2 im Bereich der Abführöffnungen3a ,3b durch die Lagereinrichtung4 getragen ist. Die Lagereinrichtung4 weist zur Ableitung des gereinigten Gases und zur Ableitung des abgeschiedenen Öls jeweils einen mit der jeweiligen Abführöffnung3a ;3b korrespondierenden Ableitkanal4a ;4b für Gas bzw. Öl auf. Im Bereich der Öl-Abführöffnungen3b ist in der Lagereinrichtung4 bzw. in deren Lagerkörper4k ein Radialdichtring4r angeordnet, welcher zumindest einen mit der Öl-Abführöffnung3b als auch mit dem Öl-Ableitkanal4b korrespondierenden Ölkanal4b' aufweist. Auf seiner Innenfläche weist der Radialdichtring4r eine umfängliche Nut N auf, in die das an der Innenwand des Hohlkörpers2 abgeschiedene und durch die umfänglich verteilten Öl-Abführöffnungen3b austretende Öl aufgenommen und über den in die Nut N mündenden Ölkanal4b' abgeleitet werden kann. Durch den Radialdichtring4r , der umfänglich kraftschlüssig in der Lagereinrichtung4 gehalten ist und der über seine nach innen auf die Wellenkörperoberfläche gerichteten Dichtlippen gegen den im Radialdichtring4r rotierenden Wellenkörper2 abgedichtet ist, wird eine sichere Ableitung des abgeschiedenen Öls gewährleistet und ein Ansaugen in den benachbarten Gasableitkanal4a sicher verhindert. - In der dargestellten Ausführungsform ist der Wellenkörper
2 in der Lagereinrichtung4 über die Wälzkörper4w drehbar gelagert gehalten. Der bzw. die mit den Wälzkörpern4w (Wälzlager) oder mit Bereichen des Lagerkörpers4k (Gleitlager) zusammenwirkenden Lagerabschnitt(e)2a des Wellenkörpers2 können als gehärtete und/oder oberflächenbehandelte Wellenkörperabschnitt(e) ausgeführt sein. Ist die Lagereinrichtung4 nicht als Gleitlager sondern als Wälzlager ausgeführt, sind wälzkörperfreie Bereiche zur Anordnung der Abführöffnungen für Öl bzw. für Öl und Gas in der Lagereinrichtung4 bzw. im Lagerkörper4k vorgesehen. In dem Bereich des Wellenkörpers2 , in dem dieser mit der Lagereinrichtung4 zusammenwirkt bzw. von dieser umschlossen ist, ist zumindest eine radiale Abführöffnung (bzw. -bohrung)3a ,3b zur Ausleitung von Gas bzw. Öl vorgesehen. Mit Vorteil sind jeweils mehrere, über den Umfang des Wellenkörpers2 ringförmig verteilt angeordnete Bohrungen als Abführöffnungen für Gas bzw. Öl vorgesehen, derart, dass ein aus einer Vielzahl von ringförmig über den Umfang verteilt angeordneten Bohrungen bestehender Bohrungsring zur Ausleitung des gereinigten Blowby-Gases und ein Bohrungsring zur Ausleitung der aus dem Blowby-Gas abgeschiednen Öls gebildet ist. Die bzw. jede mantelseitige Abführöffnung3a ,3b wirkt dabei mit einem in der Lagereinrichtung4 bzw. in dem Lagerkörper4k ausgebildeten und mit der jeweiligen Abführöffnung3a ,3b korrespondierenden Ableitkanal4a ,4b zusammen. Der mit der bzw. den jeweiligen Abführöffnung(en)3a ,3b korrespondierende Ableitkanal4a ,4b ist innerhalb der Lagereinrichtung4 als Ringkanal mit zumindest einem entsprechenden radialen Ableitabschnitt zur Ausleitung des aus dem Wellenkörper2 auszuleitenden Öls oder Gases ausgeführt. - Um das im Bereich der Abführöffnungen
3a ,3b bereits im Wesentlichen in seine Bestandteile Gas bzw. Öl getrennte Blowby-Gas mit seinen getrennten Bestandteilen separiert abführen zu können, ist innerhalb des Hohlraums3 des Wellenkörpers2 ein Strömungsleitelement6 angeordnet durch welches der axial strömende Gasstrom in die zumindest eine radiale Gasabführöffnung3a umgeleitet wird. Dabei ist das Strömungsleitelement6 umfänglich mit einem Dichtelement D versehen, um möglichst alle Gasanteile des gereinigten Blowby-Gases über die radialen Abführöffnungen3a ableiten zu können. Hierfür ist das Strömungsleitelement6 im Wesentlichen stopfen- bzw. korkenartig ausgebildet und weist auf seiner Stirnseite, die dem anströmenden Gasstrom zugewandt ist, einen im Wesentlichen mittig ausgerichteten kegelförmigen Fortsatz6a auf. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite weist das Strömungsleitelement6 eine Gewindebohrung6c auf. Diese dient insbesondere der einfacheren Demontage der dargestellten Einrichtung. Um das durch die integrierte Ölabscheideeinrichtung an der Innenwand2b des Wellenkörpers2 abgeschiedene Öl separiert ableiten zu können, ist zwischen der der Öl-Abführöffnung3b und der zumindest einen in Strömungsrichtung S gesehen hinter der zumindest einen Ölabführöffnung3b angeordneten Gasabführöffnung3a ein Ölführungselement6b angeordnet. Das Ölführungselement6b kann, wie in1 dargestellt, einteilig mit dem Strömungsleitelement6 ausgeführt sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie sie gemäß2 dargestellt ist, kann das Ölführungselement6b' als separates Bauteil in Form eines einzelnen zwischen den Gasabführöffnungen3a und den Ölabführöffnungen3b angeordneter Trennring ausgebildet sein. - Die integrierte Ölabscheideeinrichtung umfasst mit Vorteil zumindest zwei unterschiedlich wirkende Ölabscheideelemente. Dabei ist ein erstes Ölabscheideelement beispielsweise in Form eines sog. Drallerzeugers (nicht dargestellt) ausgebildet, während ein zweites, dem ersten Ölabscheideelement in Strömungsrichtung S gesehen nachgelagertes Ölabscheideelement in Form eines Ölabscheideringes
8 ausgeführt ist. Durch die geometrische Anordnung des Ölabscheiderings8 , der in Strömungsrichtung S gesehen unmittelbar vor der Ölabführöffnung3b angeordnet ist, und des Ölführungselements6b ;6b' , welches in Strömungsrichtung S gesehen unmittelbar hinter der Ölabführöffnung3b (aber noch vor der Gasabführöffnung3a ) angeordnet ist, wird ein strömungsberuhigter Bereich9 gebildet. Aufgrund des strömungsberuhigten Bereichs9 kann eine effiziente Ölableitung sowie eine verbesserte Trennung (bzw. Bei behaltung der Trennung) zwischen den sauberen Gasbestandteilen und den abgeschiedenen Ölbestandteilen erreicht werden. - In den
3 und4 ist jeweils eine mögliche Ausführungsform eines Ölabscheideringes dargestellt. Gemäß3 ist der Ölabscheidering8 im Wesentlichen massiv ausgebildet und stellt für die Strömung des Blowby-Gases im Bereich der Innenwand des Wellenkörpers2 ein großes Strömungshindernis in Form eines Prallelementes dar. Die im Blowby-Gas schwebenden Ölpartikel können dem schnellen Richtungswechsel am Ölabscheidering8 nicht folgen, prallen gegen die Stirnfläche des Ölabscheideringes8 und werden so aus dem Ölnebel ausgeschieden. Umfänglich weist der Ölabscheidering8 eine Mehrzahl axial verlaufender Ausnehmungen8a auf, über die die wandseitig abgeschiedenen Ölpartikel bzw. der hieraus gebildete Ölfilm wandseitig weiter in Strömungsrichtung S in Richtung der Öl-Abführöffnung3b fließen können. - Der Ölabscheidering
8 weist mit Vorteil ein System miteinander verbundener Hohlräume auf, sodass ein den Ölabscheidering8 durchdringendes Labyrinth von Hohlräumen gebildet ist. Die Stirnfläche des Ölabscheiderings8 stellt weiter ein Prallelement dar, wogegen das innere Labyrinth eine Kombination von Prall- und Umlenkelementen ist. Mittels dieser Prall- und Umlenkelemente werden auch leichtere Ölpartikel aus dem Ölnebel abgeschieden, sodass der in Strömungsrichtung S gesehen hinter dem Ölabscheidering8 strömende Ölnebel als gereinigtes Gas bzw. gereinigte Luft betrachtet werden kann. Materialien für die vorgenannten Ausgestaltungen des Ölabscheideringes8 können beispielsweise poröse Kunststoffe oder Syntherwerkstoffe sein. Vorzugsweise umfasst der Ölabscheidering8 auch ein Kunststoff- und/oder Metallgeflecht welches eine Vielzahl von Hohlräumen und Labyrinthen bildet, wobei der Ölabscheidering8 dann vorzugsweise einen Trägerring umfasst, der das Geflecht stützt und zudem zur Fixierung des Geflechts im Hohlraum3 des Wellenkörpers2 dient. In einer Ausführungsform des Ölabscheideringes8 wie sie gemäß4 veranschaulicht ist, umfasst der Ölabscheidering8 einen gelochten Blechring. Mit Vorteil umfasst ein derartiger Ölabscheidering8 eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten und in den jeweiligen Lochreihen bzw. Lochmustern gegeneinander verdreht bzw. versetzten Blechringen, die über umfängliche Verbinderelemente8b zueinander beabstandet und miteinander verbunden sind. Durch den Versatz bzw. die Verdrehung der einzelnen Blechringe zueinander und die entsprechende Beabstandung der einzelnen Blechringe voneinander entsteht ein entsprechendes Labyrinth zur Abscheidung von Öl aus den den Ölabscheidering8 durchströmenden Blowby-Gas. -
- 2
- Wellenkörper
- 2a
- Lagerabschnitt (Wellenkörper)
- 3
- Hohlraum
- 3a
- Abführöffnung (Gas)
- 3b
- Abführöffnung (Öl)
- 4
- Lagereinrichtung
- 4k
- Lagerkörper
- 4w
- Wälzkörper
- 4r
- Radialdichtring
- 4a
- Ableitkanal (Gas)
- 4b
- Ableitkanal (Öl)
- 4b'
- Ölkanal (Radialdichtring)
- 4d
- Dichtring
- 6
- Strömungsleitelement
- 6a
- Fortsatz
- 6b; 6b'
- Ölführungselement
- 6c
- Gewindebohrung (Strömungsleitelement)
- 8
- Ölabscheidering
- 8a
- Ausnehmung (Ölabscheidering)
- 9
- Strömungsberuhigter Bereich
- S
- Strömungsrichtung
- D
- Dichtelement
- N
- Nut (Radialdichtring)
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/119737 A1 [0002]
Claims (14)
- Rotierbar in einer Lagereinrichtung (
4 ) gelagerter Wellenkörper (2 ), insbesondere Nockenwelle, mit einer in einen Hohlraum (3 ) des Wellenkörpers (2 ) integrierten Ölabscheideeinrichtung, wobei – der Wellenkörper (2 ) zumindest eine Zuführöffnung zur Einleitung von mit Öl beladenem Gas in den Hohlraum (3 ) aufweist, und – der Wellenkörper (2 ) zumindest eine Abführöffnung (3a ;3b ) zur Ausleitung von abgeschiedenem Öl und zur Ausleitung von von Öl befreitem Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – die zumindest eine Abführöffnung (3a ;3b ) mantelseitig im Wellenkörper (2 ) angeordnet ist und die Lagereinrichtung (4 ) einen mit der Abführöffnung (3a ;3b ) korrespondierenden Ableitkanal (4a ;4b ) aufweist. - Wellenkörper (
2 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (4 ) einen Lagerkörper (4k ) umfasst und die zumindest eine Abführöffnung (3a ;3b ) des Wellenkörpers (2 ) mit zumindest einer Ableitöffnung (4a ;4b ) im Lagerkörper (4k ) korrespondiert. - Wellenkörper (
2 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (4 ) ein Wälzlager umfasst. - Wellenkörper (
2 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (4 ) ein Gleitlager umfasst. - Wellenkörper (
2 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Abführöffnung (3a ;3b ) als radiale Bohrung im Wellenkörper (2 ) ausgeführt ist. - Wellenkörper (
2 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabscheideeinrichtung einen Drallerzeuger umfasst. - die Ölabscheideeinrichtung einen koaxial im Hohlraum (
3 ) des Wellenkörpers (2 ) angeordneten Ölabscheidering (8 ) umfasst. - Wellenkörper (
2 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheidering (8 ) in Strömungsrichtung (S) gesehen hinter dem Drallerzeuger angeordnet ist. - Wellenkörper (
2 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Gas-Abführöffnung (3a ) und zumindest eine von dieser getrennte Öl-Abführöffnung (3b ) vorhanden sind. - Wellenkörper (
2 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gasabführöffnung (3a ) in Strömungsrichtung (S) gesehen hinter der zumindest einen Öl-Abführöffnung (3b ) angeordnet ist. - Wellenkörper (
2 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zumindest einen Gas-Abführöffnung (3a ) und der zumindest einen Öl-Abführöffnung (3b ) ein ringförmiges Ölführungselement (6b ;6b' ) angeordnet ist. - Wellenkörper (
2 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagereinrichtung (4 ) ein den Wellenkörper umschließender Radialdichtring (4r ) angeordnet ist, welcher zumindest einen mit der Öl-Abführöffnung (3b ) als auch mit dem Öl-Ableitkanal (4b ) korrespondierenden Ölkanal (4b' ) aufweist. - Wellenkörper (
2 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hohlraums (3 ), in Strömungsrichtung S gesehen hinter der zumindest einen Gas-Abführöffnung (3a ), ein Strömungsleitelement (6 ) zur zumindest teilweisen Umlenkung des vom Öl gereinigten, axial strömenden Gases in Richtung der zumindest einen mantelseitigen Gas-Abführöffnung (3a ) vorgesehen ist. - Wellenkörper (
2 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (6 ) einen zentrisch angeordneten, im Wesentlichen kegelförmig ausgebildeten und mit seiner Spitze entgegen der Strömungsrichtung S ausgerichteten Fortsatz (6a ) aufweist, der die axiale Strömung in Richtung der mantelseitigen Gas-Abführöffnung (3a ) leitet.
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