DE102016205744A1

DE102016205744A1 - Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines in einem Gehäusedurchbruch eingesetzten Zentralmagneten eines Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE102016205744A1
Application number: DE102016205744.8A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines an einem Durchbruch () eines Gehäuses () lösbar befestigten Zentralmagneten () eines Nockenwellenverstellers, mit einem außenradial gegenüber dem Durchbruch () statisch abdichtenden Dichtring (), der innenradial am Zentralmagneten () zur Anlage kommt, wobei der einen U-förmigen Grundquerschnitt aufweisende Dichtring () über eine nutförmige Ringausnehmung () auf einem gehäuseseitigen Haltering () aufgesteckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines an einem Durchbruch eines Gehäuses lösbar befestigten Zentralmagneten eines Nockenwellenverstellers, mit einem außenradial gegenüber dem Durchbruch statisch abdichtenden Dichtring, der innenradial am Zentralmagneten zur Anlage kommt.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf hydraulische Nockenwellenversteller zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine. Ein hydraulisches Zentralventil des Nockenwellenverstellers wird dabei von einem elektromagnetischen Zentralmagneten betätigt. Der dem Zentralventil zugeordnete Zentralmagnet ist meist außen an einem Ketten- oder Riemenkasten des Nockenwellenverstellers lösbar zu Reparatur- und Wartungszwecken montiert.
Die DE 10 2013 217 519 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller mit einer gattungsgemäßen Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines an einem Gehäusedurchbruch lösbar befestigten Zentralmagneten. Der Nockenwellenversteller umfasst einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor an der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Ein Zentralventil ragt durch den Rotor und ist in die Nockenwelle einschraubbar, sowie mit einem Zentralmagnet, der ölflusssteuernd auf das Zentralventil einwirkt, betätigbar.
Der Zentralmagnet ist in einen hülsenförmigen Deckel des Starter eingesteckt und über sein Gehäuse an einen Flanschring des Deckels durch mehrere Schrauben lösbar angebracht. Zwischen der Innenwandung des Deckels und der Außenwandung des Magnetgehäuses dient ein als O-Ring ausgebildeter Dichtring einer statischen Abdichtung zwischen den lösbar miteinander montierten Bauteilen. Damit der radial dichtende Dichtring den hohen Dichtheitsanforderungen aufgrund hoher Motorbeschleunigungen, Temperaturbelastungen und Medienbeständigkeit über einen langen Zeitraum gerecht wird, müssen die hiermit in Kontakt kommenden Bauteiloberflächen von einer hohen Oberflächenqualität und Formgenauigkeit sein. Je nach Oberflächenqualität ist eine Verpressung des Dichtrings erforderlich, um Bauteiltoleranzen auszugleichen. Diese Anforderungen an die Oberflächenqualität und Formgenauigkeit der Bauteile erfordert einen entsprechend aufwändigen Herstellungsprozess mit einer meist mehrstufigen Oberflächenbearbeitung.
Anderenfalls, also bei höheren Bauteiltoleranzen und mäßiger Oberflächenqualität, wird für den Dichtring eine höhere Verpressung erforderlich, welche eine entsprechend größere Montagekraft nach sich zieht. Die größere Montagekraft lässt sich zwar bei maschineller Montage ohne weiteres aufbringen, jedoch bei einer Handmontage in größeren Stückzahlen erweist sich die hohe Dichtungsverpressung als beschwerlich.
Es ist bereits versucht worden, die Oberfläche des Dichtrings mit einem Gleitmittel zu versehen, um die Montagekräfte zu reduzieren; allerdings sind hierfür weitere Herstellungsschritte erforderlich und die Gleitschicht kann nach der ersten Montage – beispielsweise durch Austausch des Zentralmagneten – ihre Wirkung verlieren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass eine zuverlässige Dichtwirkung bei geringem Herstellungs- und Montageaufwand der Baugruppe ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 gemeinsam mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der zur statischen Abdichtung vorgesehene Dichtring einen U-förmigen Grundquerschnitt aufweist und über eine nutförmige Ringausnehmung auf einem gehäuseseitigen Haltering aufgesteckt ist. Als Grundquerschnitt wird hierbei die grundsätzliche Hüllgeometrie der Querschnittsform des Dichtrings verstanden. Dies berücksichtigt keine eventuell hieran außerdem vorgesehenen Oberflächenkonturen, wie beispielsweise Rillen, Vorsprünge, Abrundungen, Radien und dergleichen. Unter der nutförmigen Ringausnehmung ist eine seitlich entlang des gesamten Ringumfangs verlaufende Nut zu verstehen, welche aus zwei einander gegenüberliegenden Nutflanken und einem Nutgrund zusammengesetzt ist. Die nutförmige Ringausnehmung ist vorzugsweise derart relativ zum Dichtring angeordnet, dass die beiden Nutflanken in Radialrichtung die Dichtflächen gegenüber dem gehäuseseitigen Haltering bilden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass dank des Dichtringprofils und dessen Fixierung am Haltering eine verliersichere Befestigung durch Vormontage möglich ist. Die erfindungsgemäße Lösung verhindert im Gegensatz zu einem O-Ring das Risiko einer Verdrillung des Dichtrings im Zuge der Montage, so dass eine zuverlässige Dichtwirkung gegeben ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der gehäuseseitige Haltering für die Aufnahme des Dichtrings axial von einer Flanschplatte aus in Richtung Gehäuseinneres. Mit der Flanschplatte wird der Zentralmagnet im Sinne einer Funktionsintegration am Durchbruch des Gehäuses fixiert. Diese Fixierung erfolgt vorzugsweise über eine Flanschverschraubung der Flanschplatte am Gehäuse. Durch Verwendung der separaten Flanschplatte entfaltet der erfindungsgemäße Dichtring seine statische Dichtwirkung gegenüber den drei Bauteilen Gehäuse, Zentralmagnet und Flanschplatte. Weitere Dichtelemente werden daher nicht benötigt.
Mit der Montage der Flanschplatte zur Befestigung des Zentralmagneten im Durchbruch des Gehäuses wird gleichzeitig auch die statische Gehäuseabdichtung mittels des erfindungsgemäßen Dichtrings vorgenommen, der vorzugsweise an der Flanschplatte durch Aufstecken vormontiert ist.
Vorzugsweise weist der Haltering einen rechteckigen Grund querschnitt auf, um ein leichtes Aufstecken des U-förmigen Dichtrings zu ermöglichen. Um eine erhöhte Haltekraft am Haltering der Flanschplatte zu ermöglichen, weist der U-förmigte Dichtring seitens der nutförmigen Ringausnehmung im Kontaktbereich zum Haltering eine umlaufende Rillenstruktur auf. Diese kann beispielsweise aus mehreren in Axialrichtung nebeneinanderliegenden sägezahnförmigen Absätzen bestehen, die so ausgerichtet sind, dass ein Abziehen des Dichtrings vom Haltering erschwert wird.
Eine derartige umlaufende Rillenstruktur kann auch außen- und innenradial am U-förmigen Dichtring, nämlich im Kontaktbereich zum Gehäuse bzw. zum Zentralmagneten, vorgesehen werden, um die Dichtwirkung zu erhöhen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Haltering des U-förmigen Dichtrings zur Aufspreizung desselben am proximalen Ende zumindest teilweise einen vom rechteckigen Grundquerschnitt abweichenden trapezförmigen Querschnittsabschnitt aufweist. Durch den Trapezförmigen Querschnittsabschnitt wird der Dichtring im Öffnungsbereich der nutförmigen Ringausnehmung nach radial innen sowie radial außen gedrückt, um in diesem Bereich die Dichtwirkung gegenüber dem Gehäuse bzw. dem Zentralmagneten zu erhöhen. Diese Ausführungsform bietet für die Montage den Vorteil, dass ein Hineinschieben des Zentralmagneten in den Durchbruch des Gehäuses mit kleinerem Dichtungsdurchmesser realisiert wird, welcher eine relativ geringe Montagekraft ermöglicht. Anschließend kann der vom trapezförmigen Querschnitssabschitt beeinflusste Dichtringbereich mit der Verschraubung der Flanschplatte am Gehäuse in den Montageendzustand gezogen werden. Über die durch den trapezförmigen Querschnittsabschnitt des Halterings erzeugten Rampen wird die Verpressung des Dichtrings gegenüber dem Gehäuse einerseits und dem Zentralmagnet andererseits erhöht, um die Dichtwirkung zu maximieren. Hierdurch können die Anforderungen an Formtoleranz und Oberflächengüte der gegeneinander abzudichtenden Bauteile gesenkt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird vorgeschlagen, dass der U-förmige Dichtring im Bereich seines innen- und außenradialen Kontaktbereichs zum Gehäuse bzw. Zentralmagneten mit einer Dichtwulst versehen ist, die vorzugsweise konvex ausgebildet ist, um eine hohe Anpresskraft gegenüber den abzudichtenden Bauteilen zu schaffen. Es ist auch denkbar, die Dichtflächen am U-förmigen Dichtring mit anderen geometrischen Strukturen zu versehen, welche die Dichtwirkung oder die Standzeit des Bauteils erhöhen.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt im Bereich eines in einem Gehäuse eingesetzten Zentralventils eines hydraulischen Nockenwellenverstellers mit U-förmigem Dichtring zur statischen Abdichtung gegenüber dem Gehäuse,
2 einen Detailschnitt D aus 1 im Bereich des U-förmigen Dichtrings gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 einen Detailschnitt D‘ aus 1 im Bereich des U-förmigen Dichtrings gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
4 einen Detailschnitt D‘‘ aus 1 im Bereich des U-förmigen Dichtrings gemäß einer dritten Ausführungsform.
Gemäß 1 ist ein Zentralmagnet 1 als Bestandteil eines – nicht weiter dargestellten – Nockenverstellers zur Betätigung eines Zentralventils 2 in einem Durchbruch 3 eines Gehäuses 4 eingesetzt. Zur statischen Abdichtung ist ein Dichtring 5 zwischen dem Zentralmagneten 1 und dem Gehäuse 4 angeordnet. Innenradial kommt der Dichtring 5 am Außenumfang des zentralen Magneten 1 zur Anlage; außenradial kommt der Dichtring 5 an der Innenwandung des Durchbruchs 3 zur Anlage.
Der Dichtring 5 ist an einem sich in Axialrichtung von einer Flanschplatte 6 aus erstreckenden Haltering 7 aufgesteckt. Der Haltering 7 greift in eine nutförmige Ringausnehmung 9 des Dichtrings 5 ein. Mit der Flanschplatte 6 wird der Zentralmagnet 1 am Gehäuse 4 über mehrere Schrauben 8a, 8b (exemplarisch) lösbar befestigt.
Nach 2 weist der Haltering 7 der Flanschplatte 6 einen rechteckigen Grundquerschnitt auf. Der hierauf aufgesteckte U-förmige Dichtring 5 ist seitens der nutförmigen Ringausnehmung 9 im Kontaktbereich zum Haltering 5 mit einer umlaufenden Rillenstruktur 10 versehen, die ein Sägezahnprofil aufweist, das einen Widerstand in die Montagerichtung bietet. Auch im außenradialen Kontaktbereich zum Gehäuse 4 sowie zum Zentralmagneten 1 hin weist der U-förmige Dichtring 5 eine solche umlaufende Rillenstruktur 11 auf.
Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Haltering 7‘ im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform am proximalen Ende mit einem vom rechteckigen Grundquerschnitt abweichenden trapezförmigen Querschnittsabschnitt 12 versehen. Der trapezförmige Querschnittsabschnitt 12 bildet Rampen zum Aufspreizen des Dichtrings 5‘, um dessen Dichtwirkung gegenüber dem Gehäuse 4 und dem Zentralmagneten 1 zu erhöhen.
Gemäß der Ausführungsform nach 4 weist der U-förmige Dichtring 5‘‘ im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform innenradial im Kontaktbereich zum Zentralmagneten 1 sowie außenradial im Kontaktbereich zum Gehäuse 4 je einen balligen Dichtwulst 13 auf, um die Anpresskraft der Dichtung zu erhöhen.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die verschiedenen Varianten der geometrischen Ausbildung des gehäuseseitigen Halterings zur Aufnahme des U-förmigen Dichtrings und die verschiedenen Varianten der Oberflächenstrukturen am Dichtring auch in anderer Kombination miteinander zusammenwirken.
Bezugszeichenliste

1: Zentralmagnet
2: Zentralventil
3: Durchbruch
4: Gehäuse
5: Dichtring
6: Flanschplatte
7: Haltering
8: Schraube
9: Ringausnehmung
10: Rillenstruktur
11: Rillenstruktur
12: trapezförmiger Querschnittsabschnitt
13: Dichtwulst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013217519 A1 [0003]

Claims

Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines an einem Durchbruch (3) eines Gehäuses (4) lösbar befestigten Zentralmagneten (1) eines Nockenwellenverstellers, mit einem außenradial gegenüber dem Durchbruch (3) statisch abdichtenden Dichtring (5; 5‘; 5‘‘), der innenradial am Zentralmagneten (1) zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, dass der einen U-förmigen Grundquerschnitt aufweisende Dichtring (5; 5‘; 5‘‘) über eine nutförmige Ringausnehmung (9) auf einem gehäuseseitigen Haltering (7; 7‘) aufgesteckt ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseseitige Haltering (7; 7‘) sich axial von einer Flanschplatte (6) aus erstreckt, die lösbar am Gehäuse (4) befestigt ist, um den Zentralmagneten (1) am Durchbruch (3) des Gehäuses (4) zu fixieren.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (7; 7‘) einen rechteckigen Grundquerschnitt aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (7‘) zur Aufspreizung des Dichtrings (5‘) am proximalen Ende zumindest teilweise einen vom rechteckigen Grundquerschnitt abweichenden trapezförmigen Querschnittsabschnitt (12) aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der U-förmige Dichtring (5; 5‘; 5‘‘) seitens der nutförmigen Ringausnehmung (9) im Kontaktbereich zum Haltering (7) mit einer umlaufenden Rillenstruktur (10) versehen ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass U-förmige Dichtring (5; 5‘; 5‘‘) außenradial im Kontaktbereich zum Gehäuse (4) mit einer umlaufenden Rillenstruktur (11) oder einer Dichtwulst (13) versehen ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass U-förmige Dichtring (5; 5‘; 5‘‘) innenradial im Kontaktbereich zum Zentralmagneten (1) mit einer umlaufenden Rillenstruktur (11) oder einer Dichtwulst (13) versehen ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass U-förmige Dichtring (5; 5‘; 5‘‘) aus einem Elastomermaterial bestehend spritzgießtechnisch hergestellt ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) als ein Ketten- oder Riemenkasten eines Nockenwellentriebs ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller mit einem Zentralmagneten (1) zur Betätigung eines Zentralventils (2) einer hydraulischen Nockenwellenverstellung, wobei der Zentralmagnet (1) mit einer Dichtungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9 lösbar an einem Gehäuse (4) befestigt ist.