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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wellenkörper, insbesondere
eine Nockenwelle mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
WO 2006/119737
A1 ist bereits eine als Nockenwelle ausgeführte
Hohlwelle mit integrierter Abscheideeinrichtung bekannt, wobei neben
einem auf dem äußeren Umfang der Nockenwelle angeordneten
Vorabscheider ein in den Hohlraum der Nockenwelle integrierter Drallerzeuger
als Endabscheider vorgesehen ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen
Wellenkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
bereitzustellen, durch den eine möglichst kompakte und
platzsparende Bauweise gewährleistet wird.
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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.
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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.
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Weitere
Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Zeichnungsdarstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Es
zeigen:
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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,
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2 eine
weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Wellenkörpers mit einer geringfügig geänderten
Ausführung des Strömungsleitelementes,
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3 einen Ölabscheidering
in einer möglichen ersten Ausführungsform im Querschnitt
gesehen, und
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4 den Ölabscheidering
gemäß 3 in einer weiteren möglichen
Ausführungsform im Teilquerschnitt gesehen.
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In 1 ist
ein rotierbar in einer Lagereinrichtung 4 gelagerter und
als Hohlwelle ausgebildeter Wellenkörper 2 mit
integrierter Ölabscheideeinrichtung in einem Teillängsschnitt
dargestellt.
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Die
Lagereinrichtung 4 umfasst einen Lagerkörper 4k,
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 Wellenkörpers 2 kann die Lagereinrichtung 4 in
Form des Lagerkörpers 4k, der auf seiner hohlzylindrischen
Innenfläche derart ausgebildet ist, um mit einem gehärteten
Bereich (Lagerabschnitt 2a) des Wellenkörpers 2 ein
Gleitlager zu bilden, ausgeführt sein. In einer anderen
Ausführungsform der Lagereinrichtung 4 kann diese über
ihre hohlzylindrische Innenfläche eine Mehrzahl von Wälzkörpern 4w aufweisen, über
die der zumindest bereichsweise öberflächengehärtete
Wellenkörper 2 rotierbar gelagert ist. Im letzteren,
auch in den 1 und 2 veranschaulichten
Fall, weist die Lagereinrichtung einen Dichtring 4d auf,
durch den der benachbarte Gas-Abführkanal 4a gegenüber
dem Bereich mit Wälzkörpern 4w abgedichtet
ist. Hierdurch wird verhindert, dass nicht gereinigtes Gas in den
Gas-Abführkanal angesaugt und der Brennkraftmaschine zugeführt
wird.
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Der
Wellenkörper 2 weist zumindest eine im Wesentlichen
radiale Abführöffnung 3b zur Ausleitung
des aus dem sog. Blowby-Gas abgetrennten Öls auf. Gemäß der
dargestellten Ausführungsform sind radiale Abführöffnungen 3a, 3b für
Gas und Öl vorhanden, wobei der Wellenkörper 2 im
Bereich der Abführöffnungen 3a, 3b durch
die Lagereinrichtung 4 getragen ist. Die Lagereinrichtung 4 weist
zur Ableitung des gereinigten Gases und zur Ableitung des abgeschiedenen Öls
jeweils einen mit der jeweiligen Abführöffnung 3a; 3b korrespondierenden
Ableitkanal 4a; 4b für Gas bzw. Öl
auf. Im Bereich der Öl-Abführöffnungen 3b ist
in der Lagereinrichtung 4 bzw. in deren Lagerkörper 4k ein
Radialdichtring 4r angeordnet, welcher zumindest einen
mit der Öl-Abführöffnung 3b als
auch mit dem Öl-Ableitkanal 4b korrespondierenden Ölkanal 4b' aufweist.
Auf seiner Innenfläche weist der Radialdichtring 4r eine
umfängliche Nut N auf, in die das an der Innenwand des
Hohlkörpers 2 abgeschiedene und durch die umfänglich
verteilten Öl-Abführöffnungen 3b austretende Öl
aufgenommen und über den in die Nut N mündenden Ölkanal 4b' abgeleitet
werden kann. Durch den Radialdichtring 4r, der umfänglich
kraftschlüssig in der Lagereinrichtung 4 gehalten
ist und der über seine nach innen auf die Wellenkörperoberfläche
gerichteten Dichtlippen gegen den im Radialdichtring 4r rotierenden
Wellenkörper 2 abgedichtet ist, wird eine sichere Ableitung
des abgeschiedenen Öls gewährleistet und ein Ansaugen
in den benachbarten Gasableitkanal 4a sicher verhindert.
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In
der dargestellten Ausführungsform ist der Wellenkörper 2 in
der Lagereinrichtung 4 über die Wälzkörper 4w drehbar
gelagert gehalten. Der bzw. die mit den Wälzkörpern 4w (Wälzlager)
oder mit Bereichen des Lagerkörpers 4k (Gleitlager)
zusammenwirkenden Lagerabschnitt(e) 2a des Wellenkörpers 2 können
als gehärtete und/oder oberflächenbehandelte Wellenkörperabschnitt(e)
ausgeführt sein. Ist die Lagereinrichtung 4 nicht
als Gleitlager sondern als Wälzlager ausgeführt,
sind wälzkörperfreie Bereiche zur Anordnung der
Abführöffnungen für Öl bzw.
für Öl und Gas in der Lagereinrichtung 4 bzw.
im Lagerkörper 4k vorgesehen. In dem Bereich des
Wellenkörpers 2, in dem dieser mit der Lagereinrichtung 4 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 Wellenkörpers 2 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 Abführöffnung 3a, 3b wirkt
dabei mit einem in der Lagereinrichtung 4 bzw. in dem Lagerkörper 4k ausgebildeten
und mit der jeweiligen Abführöffnung 3a, 3b korrespondierenden
Ableitkanal 4a, 4b zusammen. Der mit der bzw.
den jeweiligen Abführöffnung(en) 3a, 3b korrespondierende
Ableitkanal 4a, 4b ist innerhalb der Lagereinrichtung 4 als
Ringkanal mit zumindest einem entsprechenden radialen Ableitabschnitt
zur Ausleitung des aus dem Wellenkörper 2 auszuleitenden Öls
oder Gases ausgeführt.
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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 Hohlraums 3 des Wellenkörpers 2 ein Strömungsleitelement 6 angeordnet
durch welches der axial strömende Gasstrom in die zumindest
eine radiale Gasabführöffnung 3a umgeleitet
wird. Dabei ist das Strömungsleitelement 6 umfänglich
mit einem Dichtelement D versehen, um möglichst alle Gasanteile
des gereinigten Blowby-Gases über die radialen Abführöffnungen 3a ableiten
zu können. Hierfür ist das Strömungsleitelement 6 im
Wesentlichen stopfen- bzw. korkenartig ausgebildet und weist auf
seiner Stirnseite, die dem anströmenden Gasstrom zugewandt
ist, einen im Wesentlichen mittig ausgerichteten kegelförmigen
Fortsatz 6a auf. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite
weist das Strömungsleitelement 6 eine Gewindebohrung 6c auf.
Diese dient insbesondere der einfacheren Demontage der dargestellten
Einrichtung. Um das durch die integrierte Ölabscheideeinrichtung
an der Innenwand 2b des Wellenkörpers 2 abgeschiedene Öl
separiert ableiten zu können, ist zwischen der der Öl-Abführöffnung 3b und
der zumindest einen in Strömungsrichtung S gesehen hinter
der zumindest einen Ölabführöffnung 3b angeordneten
Gasabführöffnung 3a ein Ölführungselement 6b angeordnet.
Das Ölführungselement 6b kann, wie in 1 dargestellt,
einteilig mit dem Strömungsleitelement 6 ausgeführt
sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie
sie gemäß 2 dargestellt
ist, kann das Ölführungselement 6b' als
separates Bauteil in Form eines einzelnen zwischen den Gasabführöffnungen 3a und
den Ölabführöffnungen 3b angeordneter
Trennring ausgebildet sein.
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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 Ölabscheiderings 8,
der in Strömungsrichtung S gesehen unmittelbar vor der Ölabführöffnung 3b angeordnet
ist, und des Ölführungselements 6b; 6b', welches
in Strömungsrichtung S gesehen unmittelbar hinter der Ölabführöffnung 3b (aber
noch vor der Gasabführöffnung 3a) angeordnet
ist, wird ein strömungsberuhigter Bereich 9 gebildet.
Aufgrund des strömungsberuhigten Bereichs 9 kann
eine effiziente Ölableitung sowie eine verbesserte Trennung
(bzw. Bei behaltung der Trennung) zwischen den sauberen Gasbestandteilen
und den abgeschiedenen Ölbestandteilen erreicht werden.
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In
den 3 und 4 ist jeweils eine mögliche
Ausführungsform eines Ölabscheideringes dargestellt.
Gemäß 3 ist der Ölabscheidering 8 im Wesentlichen
massiv ausgebildet und stellt für die Strömung
des Blowby-Gases im Bereich der Innenwand des Wellenkörpers 2 ein
großes Strömungshindernis in Form eines Prallelementes
dar. Die im Blowby-Gas schwebenden Ölpartikel können
dem schnellen Richtungswechsel am Ölabscheidering 8 nicht folgen,
prallen gegen die Stirnfläche des Ölabscheideringes 8 und
werden so aus dem Ölnebel ausgeschieden. Umfänglich
weist der Ölabscheidering 8 eine Mehrzahl axial
verlaufender Ausnehmungen 8a auf, über die die
wandseitig abgeschiedenen Ölpartikel bzw. der hieraus gebildete Ölfilm
wandseitig weiter in Strömungsrichtung S in Richtung der Öl-Abführöffnung 3b fließen
können.
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Der Ölabscheidering 8 weist
mit Vorteil ein System miteinander verbundener Hohlräume
auf, sodass ein den Ölabscheidering 8 durchdringendes
Labyrinth von Hohlräumen gebildet ist. Die Stirnfläche des Ölabscheiderings 8 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 Ölabscheidering 8 strömende Ölnebel
als gereinigtes Gas bzw. gereinigte Luft betrachtet werden kann.
Materialien für die vorgenannten Ausgestaltungen des Ölabscheideringes 8 können
beispielsweise poröse Kunststoffe oder Syntherwerkstoffe
sein. Vorzugsweise umfasst der Ölabscheidering 8 auch
ein Kunststoff- und/oder Metallgeflecht welches eine Vielzahl von
Hohlräumen und Labyrinthen bildet, wobei der Ölabscheidering 8 dann
vorzugsweise einen Trägerring umfasst, der das Geflecht
stützt und zudem zur Fixierung des Geflechts im Hohlraum 3 des
Wellenkörpers 2 dient. In einer Ausführungsform
des Ölabscheideringes 8 wie sie gemäß 4 veranschaulicht
ist, umfasst der Ölabscheidering 8 einen gelochten
Blechring. Mit Vorteil umfasst ein derartiger Ölabscheidering 8 eine
Mehrzahl von hintereinander angeordneten und in den jeweiligen Lochreihen
bzw. Lochmustern gegeneinander verdreht bzw. versetzten Blechringen,
die über umfängliche Verbinderelemente 8b 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 Ölabscheidering 8 durchströmenden
Blowby-Gas.
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- 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)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/119737
A1 [0002]