DE102006050438A1

DE102006050438A1 - Deckel zum Befestigen an einem Maschinenelement

Info

Publication number: DE102006050438A1
Application number: DE200610050438
Authority: DE
Inventors: Helmut Benedix; Thomas Kamps; Gwenael Le Bars
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: DE102006050438B4; WO2008049530A1

Abstract

Ein Deckel zum Befestigen an einem Maschinenelement beinhaltet folgende Merkmale: - eine Zentralöffnung, in der ein Dichtring zum Abdichten einer Wellendurchführung anordenbar ist, - ein Deckelkörper aus einem Polymermaterial, der zwischen einem sich um die Zentralöffnung herum erstreckenden Innenrandbereich und einem der Befestigung am Maschinenelement dienenden Außenrandbereich, einen Zwischenbereich umfasst, und - der Zwischenbereich umfasst wenigstens einen ersten und zweiten flächig ausgebildeten Teilbereich, wobei die beiden Teilbereiche mit einer voneinander unterschiedlichen Dicke ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Deckel zum Befestigen an einem Maschinenelement.
Beispielsweise aus der DE 199 28 647 C1 ist ein Dichtflansch zur Abdichtung von einem sich drehenden Maschinenteil mit mindestens einem ersten Dichtelement, das statisch an einem abzudichtenden Maschinenteil angelegt werden kann, und mindestens einem zweiten Dichtelement, das eine dynamische Abdichtung zu dem sich drehenden Maschinenteil herstellt, bekannt, wobei der Dichtflansch mit Befestigungselementen an dem abzudichtenden Maschinenteil befestigt werden kann. Um dabei sowohl den Herstellaufwand als auch den Montageaufwand bei einem Dichtungsflansch für die Abdichtung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zu reduzieren, ist vorgesehen, dass der Dichtflansch aus einem Träger aus hochfesten Material besteht, der zumindest teilweise von Kunststoffmaterial umgeben ist, wobei der Träger aus hochfestem Material so geformt ist, dass er sich in die Bereiche des Dichtflansches erstreckt, die im Betrieb des Dichtflansches einer hohen Belastung ausgesetzt sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Deckel zum Befestigen an einem Maschinenelement zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 beinhaltet ein Deckel zum Befestigen an einem Maschinenelement folgende Merkmale:

– Eine Zentralöffnung, in der ein Dichtring zum Abdichten einer Wellendurchführung anordenbar ist,
– ein Deckelkörper aus einem Polymermaterial, der zwischen einem sich um die Zentralöffnung herum erstreckenden Innenrandbereich und einem der Befestigung am Maschinenelement dienenden Außenrandbereich, einen Zwischenbereich umfasst, und
– der Zwischenbereich umfasst wenigstens einen ersten und zweiten flächig ausgebildeten Teilbereich, wobei die beiden Teilbereiche mit einer voneinander unterschiedlichen Dicke ausgebildet sind.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass Deckel, die in nicht zu vernachlässigender Bereichen aus einem Polymerwerkstoff ausgebildet sind, im Vergleich zu überwiegend oder rein aus metallischen Materialien ausgebildeten Deckeln deutlich höhere Wärmeausdehnungen zeigen, wobei diese Wärmeausdehnungen aufgrund des üblichen Einsatztemperaturbereichs von –40°C bis 150°C für derartige Deckel, insbesondere an Kurbelwellendurchdringungen bei Verbrennungsmotoren, zu deutlich höheren Verformungen unter den besagten Einsatzbedingungen führen, was in an sich unerwünschter Weise dazu führen kann, dass die statische und/oder dynamische Abdichtfunktion des Deckels nicht zuverlässig gewährleistet werden kann und/oder die Verformungen zu erhöhten Belastungen bzw. Spannungen im Deckel führen können, was zu einem vorzeitigen Versagen des Bauteils führen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nunmehr bei einem Deckel, der in wenigstens einem nicht zu vernachlässigen Bereich aus einem Polymermaterial ausgebildet ist, die Geometrie in besagtem Bereich derart modifiziert, dass den thermischen Ausdehnungen in wenigstens einem Teilbereich gezielt niedrigere Widerstände, beispielsweise durch eine entsprechend dünnere Ausbil dung des Polymermaterials entgegengesetzt werden, um die Verformungen somit kontrolliert in nichtfunktionelle insbesondere hinsichtlich einer Dichtigkeit unkritische Bereiche zu leiten bzw. dort stattfinden zu lassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird dies weiterhin dadurch unterstützt, dass in wenigstens einem anderen Teilbereich durch ein Verbinden des Polymermaterials mit wenigstens einem Verstärkungselement, beispielsweise aus einem Metall, einer Keramik und/oder einem anderen härteren Polymerwerkstoff den thermischen Ausdehnungen gezielt höhere Widerstände entgegengesetzt werden. Das Verstärkungselement kann dabei beispielsweise ein Metallring sein, der um eine Zentralöffnung eines Deckels zum Aufnehmen eines Radialwellendichtrings herum angeordnet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 eine Ansicht eines Deckels mit einer Wellendurchführung zum Befestigen an einem Kurbelwellengehäuse von derjenigen Seite aus, mit der der Deckel dichtend am Kurbelwellengehäuse befestigt wird,
2 einen Schnitt entlang einer in der 1 mit A-A bezeichneten Schnittlinie,
3 eine in der 2 mit X gekennzeichnete Ausschnittsvergrößerung, und
4 bis 6 mögliche Übergange vom einem Deckelbereich mit geringerer Dicke zum umliegenden dickeren Deckelbereich.
Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Ansicht eines Deckels mit einer Wellendurchführung zum Befestigen an einem Kurbelwellenge häuse von derjenigen Seite aus betrachtet, mit der der Deckel am Kurbelwellengehäuse dichtend anliegt. Dazu zugehörig zeigt die 2 einen Schnitt durch den Deckel entlang einer in der 1 mit A-A bezeichneten Schnittlinie. Dabei umfasst der Deckel ein erstes Bauteil 10 aus einem Kunststoff, insbesondere beinhaltend PA6.6, PPS und/oder PEEK, das mit einer Zentralöffnung 12 zum Aufnehmen eines Dichtrings 30 ausgebildet ist, durch den hindurch eine Kurbelwelle abgedichtet aus dem Kurbelwellengehäuse nach außen geführt ist.
Insbesondere unter Bezugnahme auf die 3, die eine in der 2 mit X bezeichnete Ausschnittsvergrößerung zeigt, ist zu erkennen, dass der Dichtring 30 am ersten Bauteil 10 aufschiebbar befestigt ist. Dabei kann in anderen Ausführungsformen der Dichtring 30 auch direkt mit dem ersten Bauteil 10 verbunden sein. Der Dichtring 30 umfasst dabei beispielsweise ein Versteifungsteil 32, das über ein elastomeres Verbindungsteil 34 mit einem PTFE-Teil 36 verbunden ist, das für ein Abdichten der Kurbelwelle mit einer durchgängigen oder wenigstens einmal unterbrochenen schraubenlinienartigen Schmiermittelrückfördernut versehen ist.
Um die Zentralöffnung 12 herum ist das erste Bauteil 10 mit einem als Metallring 42 ausgebildeten Verstärkungselement verbunden, bzw. das erste Bauteil 10 ist an den Metallring 42 spritzgießtechnisch angeformt, womit an sich unerwünschte Verformungen, beispielsweise bedingt durch Temperaturveränderungen, der Zentralöffnung 12 und damit des Dichtrings 30 und hierüber mögliche Undichtigkeiten mit Vorteil verhindert bzw. abgemildert werden.
Um dabei die unvermeidlichen thermische Ausdehnungen zu beherrschen, sollen diese in nichtfunktionelle insbesondere die dynamische und statische Dichtfunktionalität nicht oder nur wenig beeinflussenden Teilbereiche des ersten Bauteils 10 geleitet werden bzw. dort stattfinden. Dazu ist zwischen der Zentralöffnung 12 und unteren Aufnahmeöffnungen 16 des ersten Bauteils 10 wenigstens ein Teilbereich 44 angeordnet, der gegenüber dem ihn umgebenden Bereich des ersten Bauelements 10 mit reduzierter Dicke ausgebildet ist. Weiterhin ist der flächig ausgebildete Teilbereich 44 mit reduzierter Dicke gegenüber dem ihn umgebenden ebenfalls flächig ausgebildeten Bereich mit größerer Dicke axial versetzt. Möglich Übergänge vom Teilbereich 44 zu dem ihn umbebenden Bereich sind dabei in den 4 bis 6 dargestellt. Dabei zeigt die 4 einen rampenartig ausgebildeten Übergang. Die 5 zeigt einen Übergang, der mit wenigstens einer axialen Ausbauchung ausgebildet ist; und die 6 zeigt schließlich einen Übergang, der mit wenigstens zwei einander entgegengerichteten axialen Ausbauchungen ausgebildet ist.
Damit der Dichtring 30 bezüglich der Kurbelwelle eine exakte Zentrierung erfährt, umfasst das erste Bauteil 10 zwei Zentrierausstülpungen 14, die in entsprechenden Öffnungen am Kurbelwellengehäuse besagtes Zentrieren sicherstellen. Insbesondere bezugnehmend auf die 1 und 2 umfasst der Deckel in seinem unteren Bereich die Aufnahmeöffnungen 16 für Gewindeelemente, so dass der Deckel hierüber für eine sichere Abdichtung gegenüber einer Ölwanne mit der Ölwanne verschraubbar ist.
Neben dem ersten Bauteil 10 aus Kunststoff umfasst der Deckel entlang von Öffnungen 17 des ersten Bauteils 10 ein zweites als Verstärkungselement dienendes ringsegmentartiges Bauteil 20 aus einem Stahlblech, das mit dem ersten Bauteil 10 verbunden ist. Das zweite Bauteil 20 ist dabei entsprechend in das erste Bauteil 10 eingesetzt oder das erste Bauteil 10 wird durch ein entsprechendes Umspritzen des zweiten Bauteils 20 hergestellt. Dazu umfasst das erste Bauteil 10 besagte sechs Öffnungen 17, die zur Aufnahme entsprechend passender topfartig ausgebildeter mit Löchern 24 versehene Bereiche des zweiten Bauelements 20 vorgesehen sind. Beispielsweise mit Schrauben, deren Köpfe durch die Öffnungen 17 in die topfartigen Bereiche hineinpassen, ist der Deckel durch die Löcher 24 hindurch mit dem Kurbelwellengehäuse verschraubbar. Das zweite Bauteil 20 ist dabei im Bereich der Öffnungen 17 topfartig ausgebildet ist, wobei ein Boden des Topfes das entsprechende Loch 24 aufweist. Damit ist eine Dicke des Deckels im Bereich um die Löcher 24 herum auf beispielsweise 0,6 bis 1,2 mm derart reduziert, dass die Höhe des verschraubten Deckels im vorgenannten Bereich im wesentlichen durch eine Höhe der Köpfe der verwendeten Schrauben bestimmt ist. Dabei ist bedingt durch die Einbauumgebung eine möglichst kleine Dicke des Deckels inklusive seiner Befestigungsmittel von Vorteil. Über das zweite Bauteil 20 aus Stahlblech ist eine sichere und dauerhafte Übertragung der Anzugsmomente der Befestigungsschrauben zum Befestigen des Deckels am Kurbelwellengehäuse gewährleistet. Das zweite Bauteil 20 umspannt dabei zwischen den Öffnungen 17 das erste Bauteil 10 derart, dass die Biegesteifigkeit des gesamten Deckels mit Vorteil erhöht ist. Damit werden mechanische Anforderungen an das erste Bauteil 10 mit Vorteil reduziert.
Eine elastisch-statische Abdichtung der Kontaktflächen des Deckels zum Kurbelwellengehäuse und auch zu einer Ölwanne hin erfolgt beispielsweise über ein Flüssig-Silikon. Dabei bietet im Bereich der Zusammenführung von Kurbelwellengehäuse, Ölwanne und Deckel das erste Bauteil 10 ausreichend Abdichtflächen zur Aufnahme des Flüssig-Silikons für ein öldichtes Abdichten. Dabei sind die Öffnungen 17 des ersten Bauteils 10 derart angeordnet, dass die Flüssig-Silikon-Abdichtung sich auch im Bereich der Öffnungen 17 erstreckt, so dass auch Mikrospalte und Verbundschwächen im diesem Verbindungsbereich zwischen den beiden Bauteilen 10 und 20 dauerhaft und sicher mit abgedichtet werden. Damit werden auch potentielle Leckagen durch Verbindungsfehler zwischen den Bauteilen 10 und 20 als Folge zyklischer Temperaturwechsel im ersten Bauteil 10 ausgeschlossen. Dabei ist zur Verstärkung letztgenannten Effekts und Positionierung des Flüssig-Silikons im ersten Bauteil 10 eine Nut 18 vorgesehen.
In einer anderen Ausführungsform ist das erste Bauteil aus einem Leichtmetalldruckguss hergestellt, wobei dann das erste Bauteil auf formschlüssige Hülsen, beispielsweise aus Blech, im Bereich der Öffnungen reduziert werden kann. In wiederum anderen Ausführungsformen ist der vorausgehend beschriebene Deckel natürlich auch in anderen Einsatzgebieten als dem vorausgehend beschriebenen Abschließen eines Motorblocks einsetzbar.

10: erstes Bauteil
12: Zentralöffnung
14: Zentrierausstülpung
16: Aufnahmeöffnung
17: Öffnung
18: Nut
20: zweites Bauteil
24: Loch
30: Dichtring
32: Versteifungsteil
34: Verbindungsteil
36: PTFE-Teil
42: Metallring
44: Teilbereich

Claims

Deckel zum Befestigen an einem Maschinenelement, beinhaltend folgende Merkmale: – Eine Zentralöffnung, in der ein Dichtring zum Abdichten einer Wellendurchführung anordenbar ist, – ein Deckelkörper aus einem Polymermaterial, der zwischen einem sich um die Zentralöffnung herum erstreckenden Innenrandbereich und einem der Befestigung am Maschinenelement dienenden Außenrandbereich, einen Zwischenbereich umfasst, und – der Zwischenbereich umfasst wenigstens einen ersten und zweiten flächig ausgebildeten Teilbereich, wobei die beiden Teilbereiche mit einer voneinander unterschiedlichen Dicke ausgebildet sind.
Deckel nach Anspruch 1, wobei ein Übergang zwischen den beiden Teilbereichen rampenartig ausgebildet ist.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Übergang zwischen den beiden Teilbereichen mit wenigstens einer axialen Ausbauchung ausgebildet ist.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Übergang zwischen den beiden Teilbereichen mit wenigstens zwei einander entgegengerichteten axialen Ausbauchungen ausgebildet ist.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beiden Teilbereiche im wesentlichen eben und/oder planparallel sind.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die beiden Teilbereiche zueinander axial versetzt sind.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei einer der Teilbereiche den anderen umschließt.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Zwischenbereich frei von einem Verstärkungselement ist.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Deckelkörper im Innenrandbereich und/oder Außenrandbereich mit wenigstens einem Verstärkungselement verbunden ist.
Deckel nach Anspruch 9, wobei das Verstärkungselement am Innenrandbereich ein Metallring ist.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Polymermaterial PA6.6, PPS und/oder PEEK umfasst.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Polymermaterial wenigstens ein Füllmaterial, insbesondere Glasfasern umfasst.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei wenigstens einer der Teilbereiche in einem Bereich zwischen der Zentralöffnung und einem zum Befestigen an einer Ölwanne eines Motors vorgesehenen Außenrandbereich angeordnet ist.
Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Maschinenelement ein Kurbelwellen- und/oder Getriebegehäuse bei einem Kraftfahrzeug ist.