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TECHNISCHES UMFELD DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung mit einem feststehenden Gehäuse, einer drehenden Welle und einem radialen Wälzlager. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Ventilsteuervorrichtung einer Maschine einer Art, die eine Nockenwelle aufweist, und ein radiales Wälzlager, das fähig ist, in Rotation die Nockenwelle innerhalb eines Motorblocks zu lagern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Verbrennungsmaschine ist mit zumindest einem Zylinder ausgestattet, und ein Zylinderende hat eine Fläche, die den Zylinder abschließt, und eine Verbrennungskammer definiert. Ein Motor kann beispielsweise 3, 4, 6 oder 8 Zylinder aufweisen, die in Reihe, in einem V, oder flach bei 180° angeordnet sind. In jedem der Zylinder sind Kolben angeordnet, die sich in Translationsbewegung in diesen vor und zurück bewegen können. Die Kolben sind jeweils mit einer Stange verbunden, die wiederum an der Kurbelwelle angebracht ist. Die Anordnung der Kolbenstangenkurbelwelle ermöglicht es, die alternierende Bewegung der Kolben in eine Rotationsbewegung zu übersetzen.
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Die Verbrennungsmaschine weist weiterhin Ventile auf, deren Öffnen und Schließen direkt oder indirekt durch einen Stoß aufgrund der Rotation einer Nockenwelle gesteuert ist, um so die Zufuhr oder die Abfuhr von Gas in die/aus der Verbrennungskammer zu ermöglichen. Die Nockenwelle wird durch die Kurbelwelle über einen Zahnriemen, eine Kette oder eine Kaskade von Zahnrädern angetrieben. Die Nockenwelle ist in Rotation in dem Motorblock durch Wälzlager gelagert, die an den Enden der Nockenwelle angeordnet sind.
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In der besonderen Anwendung mit einem trockenlaufenden Riemen muss die Nockenwelle an ihren Enden abgedichtet werden, um zu verhindern, dass Schmiermittel oder Öl in Richtung des trockenlaufenden Riemens leckt. Im Allgemeinen ist ein Dichtring in ein Gehäuse des Motorblocks eingepasst, wobei der Dichtring eine Dichtlippe in Gleitkontakt mit der äußeren Fläche der sich drehenden Nockenwelle aufweist.
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Dennoch erfordert eine derartige Anordnung der Wälzlageranordnung ein zusätzliches Teil, um die Dichtfunktion sicherzustellen, und ein angepasstes Gehäusedesign, um ein zusätzliches Teil zu integrieren. Dies erhöht die Anzahl der Zusammenbauschritte und die Zusammenbauzeit.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Ziel der Erfindung ist es, die oben genannten Schwierigkeiten zu lösen. Es wird eine Wälzlageranordnung mit einer Dichtfunktion vorgeschlagen, die ökonomisch ist und einen optimierten Zusammenbauprozess hat.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Wälzlageranordnung mit einem stationären Gehäuse, einer rotierenden Welle, und einem Wälzlager, das radial zwischen dem stationären Gehäuse und einem Wellenende der rotierenden Welle angeordnet ist. Das Wälzlager umfasst einen Innenring, der an einer äußeren zylindrischen Fläche des Wellenendes angebracht ist, einen Außenring, der in einer zylindrischen Bohrung des stationären Gehäuses angebracht ist, mehrere Wälzkörper, die radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und einen Käfig, der mehrere Taschen aufweist, in denen die Wälzkörper eingefasst sind.
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Gemäß der Erfindung weist das Wälzlager weiterhin ein Dichtmittel auf, das zwischen dem Innenring und dem Außenring an einer axialen Seite des Wälzlagers befestigt ist, das in Richtung des Wellenendes, an dem das Wälzlager angebracht ist, orientiert ist, wobei das Wälzlager an der entgegengesetzten axialen Richtung zu dem Wellenende offen ist. Darüber hinaus weist der Käfig einen ringförmigen Seitenring auf, der in Richtung der axialen Seite des Wellenendes orientiert ist, wobei zwei umfänglich benachbarte Taschen durch einen auskragenden Teil separiert sind, der sich axial von dem Seitenring in Richtung der offenen Seite des Wälzlagers erstreckt.
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Dank der Erfindung ist die sich drehende Welle an einem Ende durch das Wälzlager, das mit dem Dichtmittel ausgestattet ist, abgedichtet. Die Wälzlageranordnung erfordert keine zusätzlichen Dichtmittel, die zwischen dem stationären Gehäuse und der sich drehenden Welle befestigt werden müssen. Die Dichtfunktion ist direkt in das Wälzlager integriert. Das Wälzlager hat weiterhin eine erste Funktion, um in Rotation die rotierende Welle hinsichtlich des stationären Gehäuses zu lagern, und eine zweite Funktion, um das Wellenende der sich drehenden Welle abzudichten. Schmiermittel oder Öl kann nicht axial durch das Dichtmittel des Wälzlagers zwischen Gehäuse und Welle hindurchtreten.
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Die Wälzlageranordnung gemäß der Erfindung ist ökonomischer, da sie kein angepasstes Gehäuse für ein zusätzliches Dichtmittel erfordert.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Wälzlageranordnung kompakter ist verglichen mit einer Anordnung, die mit einem Dichtmittel ausgestattet ist, das mit einem Wälzlager und einem Dichtmittel ausgestattet ist, die axial benachbart sind. Die Anordnung gemäß der Erfindung braucht keine Dichtung außerhalb des Wälzlagers. Das kompakte Design ermöglicht es, das Anordnungsgewicht zu reduzieren. Alternativ ermöglicht das kompakte Design, axial zusätzliche technische Eigenschaften aufzunehmen, wie beispielsweise eine Hybridantriebskette.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass das Wälzlager und das Dichtmittel als ein Stück zusammengebaut werden können, das von dem Lagerhersteller lieferbar ist. Die Anzahl der Zusammenbauschritte des abgedichteten Wälzlagers an der sich drehenden Welle ist für den Montagehersteller reduziert.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Dichtmittel an der axialen Seite in Richtung des Wellenendes orientiert ist. Darüber hinaus ist der Käfigseitenring an der gleichen axialen Richtung in Richtung des Wellenendes orientiert. Dann blockiert der Käfigseitenring axial nicht den Eintritt von Schmiermitteln in die Wälzkammer, die zwischen dem Innen- und dem Außenring definiert ist, in der die Wälzkörper beinhaltet sind und rollen. Somit können die Wälzkörper geschmiert werden, um so eine optimierte Lebensdauer des Wälzlagers sicherzustellen.
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Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung, die vorteilhaft, aber nicht zwangsläufig sind, kann eine derartige Wälzlageranordnung ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:
- - Die Wälzkörper sind Kugeln.
- - Das Dichtmittel weist eine Formdichtung auf.
- - Das Dichtmittel weist eine versteifende Einlage auf.
- - Das Dichtmittel weist einen Verankerungsabschnitt auf, der in eine ringförmige Nut des Außenrings eingepasst ist.
- - Das Dichtmittel weist zumindest eine Dichtlippe in Gleitkontakt mit dem inneren Ring auf.
- - Die versteifende Einlage ist aus Metall hergestellt.
- - Die Formdichtung ist aus einem Polymer-Material hergestellt.
- - Ein auskragender Abschnitt, der sich axial von dem Käfigseitenring erstreckt, weist eine Klaue auf, um so axial einen Wälzkörper in eine Tasche einzuschnappen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verbrennungsmaschine mit einem trockenlaufenden Riemen und einer Wälzlageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, wobei das stationäre Gehäuse ein stationärer Motorblock ist, die rotierende Welle eine rotierende Nockenwelle ist, wobei das Wälzlager an einem Wellenende der Nockenwelle befestigt ist.
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Vorteilhafterweise ist das Wellenende an einer axialen Seite, die mit dem trockenlaufenden Riemen ausgestattet ist, und der trockenlaufende Riemen ist axial außerhalb des Wälzlagers.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit der angehängten Figur als illustratives Beispiel beschrieben, ohne den Gegenstand der Erfindung einzuschränken.
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Figurenliste
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- Die 1 offenbart eine Wälzlageranordnung 1, insbesondere für eine Verwendung in einer Verbrennungsmaschine. Die Anordnung 1 ist dazu ausgelegt, eine Bewegung von Ventilen (nicht gezeigt) anzutreiben.
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Die Anordnung 1 umfasst eine rotierende Welle 2, hier eine rotierende Nockenwelle, ein stationäres Gehäuse 3, hier ein stationärer Motorblock, und ein Wälzlager 4, um in Rotation die rotierende Welle 2 hinsichtlich des stationären Gehäuses 3 zu lagern.
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Die rotierende Welle 2 hat eine Längsachse X2 und weist mehrere Nocken 5 auf, wie per se bekannt ist. Nur zwei Nocken sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel illustriert, aber die rotierende Welle 2 kann eine unterschiedliche Anzahl von Nocken aufweisen. Die äußeren Flächen der Nocken 5 rotieren exzentrisch hinsichtlich der Achse X1 und treiben die Ventile in radialer Bewegung. Die Ventile werden linear innerhalb der Motorzylinderköpfe (nicht gezeigt) in Translation geführt.
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Die rotierende Welle 2 erstreckt sich axial zwischen zwei Enden, wobei ein Wellenende 6 an einer axialen Seite orientiert ist, die mit einem trockenlaufenden Riemen (nicht gezeigt) ausgestattet ist. Dieses Wellenende 6 weist eine äußere zylindrische Fläche 7 auf, die mit dem Wälzlager 4 ausgestattet ist.
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Das Wälzlager 4 hat eine Längsachse X4, die mit der Achse X2 der rotierenden Welle zusammenfällt.
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Das Wälzlager 4 weist einen Innenring 8 mit einer inneren zylindrischen Bohrung 9 auf, die an einer äußeren zylindrischen Fläche des Wellenendes 6 angebracht ist. Vorteilhafterweise ist der Innenring unter Presspassung auf das Wellenende 6 eingepasst, aber der Innenring 8 kann auch durch andere geeignete Befestigungsmittel fest an dem Wellenende 6 befestigt sein. Der Innenring 8 ist in Rotation mit der rotierenden Welle 2 festgelegt. Der Innenring 8 weist weiterhin eine äußere Fläche auf, die mit einem konkaven Abschnitt 10 ausgestattet ist, der eine innere Laufbahn für mehrere Wälzkörper 11 bildet.
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Das Wälzlager 4 weist einen Außenring 12 mit einer äußeren zylindrischen Fläche 13 auf, der in einer zylindrischen Bohrung 14 des stationären Gehäuses 3 angebracht ist. Vorzugsweise ist der äußere Ring 12 unter Presspassung in dem Gehäuse 3 befestigt, aber der Außenring 12 kann auch durch andere geeignete Befestigungsmittel sicher mit dem Gehäuse 3 verbunden werden. Der Außenring 12 ist stationär. Der Außenring 12 weist weiterhin eine innere Bohrung auf, die mit einem konkaven Abschnitt 15 ausgestattet ist, der eine äußere Lauffläche für mehrere Wälzkörper 11 ausbildet.
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Die Wälzkörper 11, hier Kugeln, sind radial zwischen den Laufflächen 10, 15 des Innen- bzw. Außenrings 8, 12 angeordnet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind Dichtmittel 21 an einer axialen Seite des Wälzlagers 4 in Richtung des Wellenendes 6 angeordnet. Das Wälzlager 4 ist an der entgegengesetzten axialen Seite offen.
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Das Dichtmittel 21 weist eine versteifende Einlage 22 und eine Formdichtung 23 auf. Die versteifende Einlage 22 ist ringförmig und erstreckt sich radial. Die Formdichtung 23 ist an der versteifenden Einlage 22 befestigt. Vorteilhafterweise ist die versteifende Einlage 22 aus Metall hergestellt, und die Formdichtung ist aus einem Polymer-Material hergestellt.
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Die Formdichtung 23 weist einen ringförmigen Verankerungsabschnitt 24 an einem ersten radialen Ende auf. Der Verankerungsabschnitt 24 ist in eine ringförmige Nut 25 eingepasst, die in der inneren Bohrung des Außenrings 12 bereitgestellt ist. Die ringförmige Nut 25 ist an einer axialen Seite der äußeren Laufbahn 15 für die Wälzkörper 11 bereitgestellt. Gemäß der Erfindung ist die Nut 25 an der axialen Seite, die in Richtung des Wellenendes 16 orientiert ist.
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Die Formdichtung weist weiterhin eine ringförmige Dichtlippe 26 an einem zweiten radialen Ende, radial gegenüberliegend zu dem Verankerungsabschnitt 24, auf. Die Dichtlippe 26 ist in Gleitkontakt mit einem Abschnitt der äußeren Fläche des Innenrings 8 an der axialen Seite der inneren Laufbahn 10, die in Richtung des Wellenendes 16 orientiert ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kontaktiert die Dichtlippe 26 eine ringförmige Nut, die an der äußeren Fläche des Innenrings 8 bereitgestellt ist. Alternativ kann die Dichtlippe 26 eine äußere zylindrische Fläche des Innenrings 8 kontaktieren.
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Der ringförmige radiale Raum zwischen dem Wellenende 6 der rotierenden Welle 2 und der inneren Bohrung 14 des stationären Gehäuses 3 ist durch das Wälzlager 4 abgedichtet. Der Innenring 8 des Wälzlagers 4 ist an der rotierenden Welle 2 eingepasst und der Außenring 12 des Wälzlagers 4 ist in das Gehäuse 3 eingepasst, wobei das Dichtmittel 21 den radialen Raum zwischen den Ringen 8, 12 abdichtet. Schmiermittel oder Öl, das an der rotierenden Welle 2 an einer axialen Seite durchläuft, kann durch das Wälzlager 4 hindurchgeführt werden. Jegliche Schmiermittel- oder Ölleckage ist in Richtung des Wellenendes 6 verhindert.
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Die Anordnung 1 erfordert kein zusätzliches Dichtmittel zwischen dem Gehäuse und der Welle außerhalb des Wälzlagers. Ein trockenlaufender Riemen kann somit in der Verbrennungsmaschine axial außerhalb des abgedichteten Wälzlagers 4 installiert werden, ohne das Risiko, dass er in Kontakt mit Schmiermittel oder Öl kommt.
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Weiterhin werden die Wälzkörper 11 umfänglich von einem Käfig 16 gehalten. Der Käfig 16 weist einen ringförmigen Seitenring 17 auf, der dazu ausgelegt ist, axial an einer Seite der Wälzkörper 11 und radial zwischen der äußeren Fläche des Innenrings und der inneren Bohrung des Außenrings angeordnet zu sein. Der Käfig 16 weist weiterhin mehrere auskragende Abschnitte 18 auf, die sich axial von dem ringförmigen Seitenring 17 erstrecken. Die auskragenden Abschnitte 18 sind integral mit dem Seitenring 17 ausgebildet und begrenzen zwischen sich Taschen 19, in denen die Wälzkörper 11 beinhaltet sind. Die auskragenden Abschnitte 18 bilden Trennwände zwischen zwei umfänglich benachbarten Taschen.
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Vorzugsweise kann jeder der auskragenden Abschnitte 18 axial an seinem freien Ende von einer Klaue 20 verlängert sein, um so die Wälzkörper 11 in eine Tasche 19 einzuschnappen. Alternativ weisen die auskragenden Abschnitte keine solchen Klauen auf, oder nur eine begrenzte Anzahl der auskragenden Abschnitte des Käfigs weisen Klauen auf.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Käfigseitenring 17 an der axialen Seite in Richtung des Wellenendes 6 orientiert, also in Richtung des Dichtmittels 21. Die auskragenden Abschnitte 17 erstrecken sich axial von dem Seitenring in Richtung der entgegengesetzten Richtung des Wellenendes 6, das heißt in Richtung der offenen Seite des Wälzlagers 4.
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Das Dichtmittel 21 ist an einer axialen Seite in Richtung des Wellenendes 6 orientiert, während es an der anderen Seite des Wälzlagers 4 offen ist. Schmiermittel oder Öl kann dann innerhalb des Wälzlagers 4 zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 12 fließen. Darüber hinaus ist der Käfigseitenring 17 an der gleichen axialen Richtung in Richtung des Wellenendes 6 orientiert. Dann blockiert der Käfigseitenring 17 axial nicht den Eintrag von Schmiermittel in das Wälzlager 4. Somit können die Wälzkörper 11 geschmiert werden, um so eine optimierte Lebensdauer des Wälzlagers 4 sicherzustellen.
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Anordnung 1 kann zusätzliche Lager aufweisen, um in Rotation die rotierende Welle 2 hinsichtlich des Gehäuses 2 zu lagern, um irgendeine Schwächung zu verhindern. In einem nicht dargestellten Beispiel kann ein Gleitlager an einem Mittelabschnitt der rotierenden Welle zwischen zwei axial aufeinanderfolgenden Nocken bereitgestellt sein, und ein zweites Wälzlager ist an dem gegenüberliegenden Wellenende bereitgestellt.
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Die Erfindung wurde mit einem Kugellager illustriert. Alternativ können die Wälzkörper vom Rollentyp sein.
