DE102010006023A1

DE102010006023A1 - Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102010006023A1
Application number: DE102010006023A
Authority: DE
Inventors: Karsten 40625 Voigtländer; Carsten 42119 Dickmann; Elina 40223 Sovva
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: US20130001882A1; DE102010006023B4; EP2529097A1; CN102822476B; WO2011091909A1; CN102822476A; US9267444B2

Abstract

Dichtungsanordnungen für Regelvorrichtungen mit einem Gehäuse (2), einem Gas durchströmten Kanal (4), der in dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, einem Regelorgan (6), mittels dessen ein Gasstrom im Kanal (4) steuerbar ist, einer Welle (8), auf der das Regelorgan (6) angeordnet ist, und Lagern (12), mittels derer die Welle (8) in Lagerbohrungen (10) des Gehäuses (2) gelagert ist, sind bekannt. Zur Abdichtung wird eine Belüftungsbohrung (14) vorgesehen, die sich im Gehäuse (2) von einer Innenwand (16) des Kanals (4) auf einer Anströmseite des Regelorgans (6) zu einer nach außerhalb des Kanals (4) weisenden Rückseite (18) der im Gehäuse (2) angeordneten Lager (12) in die Lagerbohrung (10) erstreckt. Dies dient zur Vermeidung eines Leckagestroms entlang der Welle (8). Jedoch ist eine solche Anordnung in ihrer Dichtwirkung nicht ausreichend und im Aufbau aufwendig. Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass vom Kanal (4) aus betrachtet hinter dem Lager (12) an der Welle (8) eine umlaufende Nut (30) ausgebildet ist, welche radial von einem mit der Nut (30) zusammenwirkenden Dichtmittel (22; 34) umgeben ist. Dies verbessert die Dichtwirkung bei einfacher Montierbarkeit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, einem Gas durchströmten Kanal, der in dem Gehäuse angeordnet ist, einem Regelorgan, mittels dessen ein Gasstrom im Kanal steuerbar ist, einer Welle, auf der das Regelorgan angeordnet ist, Lagern, mittels derer die Welle in Lagerbohrungen des Gehäuses gelagert ist und einer Belüftungsbohrung, die sich im Gehäuse von einer Innenwand des Kanals auf einer Anströmseite des Regelorgans zu einer nach außerhalb des Kanals weisenden Rückseite der im Gehäuse angeordneten Lager in die Lagerbohrung erstreckt.
Derartige Dichtungsanordnungen werden beispielsweise bei Regelvorrichtungen, wie Abgasrückführklappenventile zur Regelung eines rückgeführten Abgasstromes in Nutzfahrzeugen, benutzt, bei denen große Abgasmengen genau geregelt dem Motor zur Verfügung gestellt werden müssen. Hierbei ist es erforderlich, ein Eindringen von Abgas in die Lager und darüber hinaus ein Durchströmen durch die Lagerbohrung nach außen in die Atmosphäre zu verhindern.
So wird in der DE 10 2006 054 041 B3 eine Abgasregelvorrichtung offenbart, welche ein Gehäuse aufweist, in dem ein Abgasrückführkanal ausgebildet ist, der von einer Klappe beherrscht wird. Diese Klappe wird über eine Getriebeeinheit von einem Elektromotor angetrieben und ist auf einer Welle drehbar angeordnet, die in Lagerbohrungen gelagert ist, welche im den Kanal begrenzenden Gehäuse ausgebildet sind. Um ein Eindringen von Abgas und somit Ruß in die Lager zu verhindern und gleichzeitig einen nach außen dringenden Leckgasstrom zu verhindern, ist im Gehäuse eine Bohrung ausgeführt, die von der Vorderseite der Klappe aus dem Kanal zur Rückseite des Lagers in die Lagerbohrung führt. Somit liegt ein Sperrstrom an der Rückseite des Lagers an, der zu einem Druckausgleich zum Innern des Kanals führt, so dass der Abgasstrom nicht in das Lager gezogen wird. Nach Außen erfolgt die Abdichtung über eine Dichtscheibe, die gegen einen Absatz der Lagerbohrung anliegt. Diese Dichtscheibe wird über eine Bundbuchse und einer zwischen Bundbuchse und Dichtscheibe angeordneten Gleitbuchse mittels einer Feder gegen den Absatz der Lagerbohrung gedrückt. Die Gleitbuchse dient dabei zur Reibungsminimierung, während ein radiales Austreten eines Leckstroms über die Dichtscheibe verhindert werden soll und ein Austreten axial entlang der Welle über die axiale Ausdehnung der Bundbuchse verwirklicht werden soll, welche somit zur Welle einen sehr engen und langen Spalt aufweist.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine solche Ausführung bezüglich der Leckagewerte nicht ausreichend ist. Des Weiteren entstehen aufgrund der Notwendigkeit einer genauen Fertigung hohe Einzelteilkosten.
Hieraus ergibt sich die Aufgabe, eine Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung zu schaffen, mit welcher die Leckagewerte weiter minimiert werden können oder zumindest bei gleichen Leckagewerten Kostenvorteile und Montageerleichterungen erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch, dass vom Kanal aus betrachtet hinter dem Lager an der Welle eine umlaufende Nut ausgebildet ist, welche radial von einem mit der Nut zusammenwirkenden Dichtmittel umgeben ist, wird eine Wirbelbildung in der Nut oder eine verbesserte Abdichtung über die Nut erreicht, welche als Labyrinth dient.
Vorzugsweise ist die Nut der Welle radial innerhalb einer als weiteres Dichtmittel dienenden Bundbuchse angeordnet, welche auf der Welle angeordnet ist. Hieraus ergibt sich eine Wirbelbildung in der Nut, durch welche der Widerstand zur weiteren Durchströmung des Spaltes zwischen Welle und Bundbuchse deutlich erhöht wird.
In einer weiterführenden Ausführung ist am Innenumfang der Bundbuchse eine Nut angeordnet. So ergibt sich ein entgegengesetzter zweiter Wirbel, der wiederum den Widerstand zur Durchströmung des Spaltes erhöht und somit die Dichtwirkung verbessert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die näher zum Lager liegende Nut ein größeres Volumen auf als die weiter entfernte Nut. Hierdurch wird ein weiterer Druckabbau erreicht, so dass das treibende Druckgefälle minimiert wird.
In einer weiterführenden Ausführung ist die Nut der Bundbuchse näher zum Lager angeordnet als die Nut der Welle. So können für beide Nuten gleiche Nutenlängen und Nutentiefen verwendet werden.
Vorzugsweise ist die Bundbuchse mittels einer Feder gegen eine auf der Welle angeordnete Gleitscheibe belastet, welche von außen gegen das Gehäuse anliegt. So kann die auftretende Reibung minimiert werden. Gleichzeitig dient die Gleitscheibe als Dichtung gegen einen radial nach außen gerichteten Leckstrom.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist in der Nut der Welle ein als weiteres Dichtmittel dienender geschlitzter metallischer Dichtring angeordnet. Dieser Dichtring ist bekannt als Kolbenring und ist kostengünstig herstellbar und einfach montierbar. Die Dichtwirkung eines derartigen geschlitzten metallischen Dichtrings in einer Nut ist sehr hoch.
Vorzugsweise ist der geschlitzte metallische Dichtring gegen eine Innenumfangswand der Lagerbohrung vorgespannt, wodurch eine Abdichtung am radial äußeren Umfang des geschlitzten metallischen Dichtrings zusätzlich zum radial inneren Bereich, der durch das Zusammenwirken des Dichtringes mit der Nut abgedichtet ist, sichergestellt wird.
In einer weiterführenden Ausführung liegt der geschlitzte metallische Dichtring unter Vorspannung axial gegen einen als Anschlag dienenden Absatz an, der in der Lagerbohrung ausgebildet ist. Hierdurch wird ein Umströmen des Außenumfangs des Dichtrings zusätzlich verhindert, da der Dichtring im radial äußeren Bereich in axialer und in radialer Richtung gegen das Gehäuse anliegt.
Vorzugsweise liegen die beiden Enden des geschlitzten metallischen Dichtrings axial gegeneinander an. Hierdurch wird eine Leckageströmung durch den Trennspalt des Dichtringes zuverlässig verhindert.
Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung zeichnet sich durch eine hohe Dichtigkeit aus. Leckageströme entlang der Welle werden zuverlässig vermieden. Dies führt zu einer längeren Lebensdauer der Lager und einer geringen Verschmutzung des außenliegenden Bereichs. Gleichzeitig ist eine derartige Anordnung kostengünstig herstellbar und montierbar.
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in geschnittener Darstellung.
2 zeigt eine Seitenansicht einer leicht abgewandelten Form der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß 1 in geschnittener Darstellung.
3 zeigt eine Seitenansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in geschnittener Darstellung.
4 zeigt eine Seitenansicht einer leicht abgewandelten Form der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß 3 in geschnittener Darstellung.
Die in 1 dargestellte Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 2, welches einen Kanal 4 begrenzt, in welchem eine als Regelorgan 6 dienende Klappe zur Regelung eines Massenstromes im Kanal 4 drehbar angeordnet ist, die auf einer Welle 8 befestigt ist. Die Welle 8 erstreckt sich von einer Wand des Gehäuses 2, in der eine erste Lagerbohrung angeordnet ist zu einer gegenüberliegenden Wand, in der eine weitere Lagerbohrung 10 angeordnet ist, wobei in den Figuren jeweils nur die Lagerbohrung 10 dargestellt ist, durch die sich die Welle nach außen zu einer nicht dargestellten Stelleinheit erstreckt.
In der Lagerbohrung 10 ist ein Lager 12 angeordnet, welches die Welle 8 umgibt und über welches die Welle 8 in der Lagerbohrung 10 gelagert wird. In Strömungsrichtung vor der Welle 8 ist eine Belüftungsbohrung 14 ausgebildet, welche sich von einer Innenwand 16 des Kanals 4 durch das Gehäuse 2 bis auf eine Rückseite 18 des Lagers 12 in die Lagerbohrung 10 erstreckt. Das an der Rückseite 18 anstehende Gas wirkt als Sperrgas. Ein Druckabfall über das Lager 12, also eine Druckdifferenz zwischen dem Kanal 4 und dem außenliegenden Bereich, wird hierdurch verhindert, so dass ein Eintrag von Schmutz aus dem Kanal 4 ins Lager 12 reduziert wird, wodurch die Lebensdauer des Lagers 12 erhöht wird.
Um auch zu verhindern, dass das Sperrgas nach außen dringt, liegt gegen das Gehäuse 2 eine auf der Welle 8 angeordnete Gleitscheibe 20 an. Diese weist einen Innendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Welle entspricht und einen Außendurchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Lagerbohrung 10, so dass eine Anlage der Gleitscheibe 20 über den gesamten Durchmesser der Lagerbohrung 10 sichergestellt ist.
An der zum Gehäuse 2 beziehungsweise zur Lagerbohrung 10 axial gegenüberliegenden Seite der Gleitscheibe 20 ist eine Bundbuchse 22 auf der Welle 8 angeordnet. Diese Bundbuchse 22 wird über eine Feder 24 gegen die Gleitscheibe 20 und somit gegen das Gehäuse 2 gedrückt. Hierzu stützt sich die Feder 24 gegen eine Platte 26 ab, die am Ende der Welle 8 auf dieser befestigt ist und als Hebel zur Verstellung der Welle 8 dient. Die Feder 24 liegt entsprechend vorgespannt mit ihrem ersten Ende gegen die Platte 26 an und mit ihrem zweiten Ende gegen einen Absatz 28, der am Außendurchmesser der Bundbuchse 22 ausgebildet ist.
Um zusätzlich einen Leckstrom entlang der Welle 8 zwischen der Welle 8 und der Bundbuchse 22 zu verhindern, ist am Innendurchmesser der Bundbuchse 22 sowie Außendurchmesser der Welle 8 jeweils eine Nut 30, 32 ausgebildet. In 1 ist die Nut 30, welche an der Welle 8 ausgebildet ist, näher zum Lager 12 angeordnet als die Nut 32 der Bundbuchse 22. Die Bundbuchse 22 dient hier als mit der Nut 30 zusammenwirkendes Dichtmittel, da es die Nut 30 in radialer Richtung verschließt und somit eine Wirbelbildung in der Nut 30 ermöglicht. Zusätzlich ist das Volumen der Nut 30 kleiner als das der Nut 32. So wird ein weiterer Druckabbau erreicht.
Strömt ein Gas durch den Kanal 4, so besteht die Gefahr, dass dieses Gas entlang der Welle 8 zwischen dem Lager 12 und der Welle 8 nach außen gelangt. Liegt im Kanal 4 ein Überdruck an, so besteht ein treibendes Druckgefälle nach außen. Durch die Belüftungsbohrung 14 liegt hinter dem Lager 12 der gleiche Druck an wie im Kanal, so dass eine Strömung entlang des Lagers deutlich verringert wird.
Zusätzlich ist jedoch darauf zu achten, dass von der Belüftungsbohrung 14 aus kein Gas durch das hier anliegende Druckgefälle nach außen dringt. An der Welle 8 entlang strömendes, in den Spalt zwischen der Bundbuchse 22 und der Welle 8 gelangendes Gas, gelangt zunächst in die Nut 32. Durch den dort zusätzlich vorhandenen Raum bildet sich ein Wirbel in der Nut 32, durch den ein Strömungswiderstand gebildet wird. Gleiches passiert auch in der dahinterliegenden Nut 30. Dadurch, dass diese Nut 30 jedoch ein kleineres Volumen aufweist, besteht ein Druckabbau im Vergleich zur ersten Nut 32, so dass das treibende Druckgefälle verringert wird. Durch diese Maßnahmen können die Leckagewerte deutlich verringert werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß der 2 unterscheidet sich von dem der 1 lediglich dadurch, dass die Nut 32 der Bundbuchse 22 näher zum Lager 12 angeordnet ist als die Nut 30 der Welle 8. Die Funktionsweise bleibt jedoch im Wesentlichen identisch zu der zu 1 beschriebenen, wobei auch hier zur Verstärkung der Dichtwirkung die Nut 32 kleiner ausgeführt werden kann als die Nut 30 der Welle 8.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung gemäß 3 ist in der Nut 30 als mit dieser zusammenwirkendes Dichtmittel ein geschlitzter metallischer Dichtring 34 vorgesehen, der in der Nut 30 angeordnet ist. Die Nut ist vom Kanal 4 aus betrachtet wiederum hinter einer Öffnung 36 der Belüftungsbohrung 14 in die Lagerbohrung 10 angeordnet. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungen gemäß der 1 und 2 befindet sich die Nut 30 und auch der geschlitzte metallische Dichtring 34 jedoch radial innerhalb der Lagerbohrung 10. Der Außenumfang des Dichtrings 34 liegt vorgespannt gegen eine Innenumfangswand 38 der Lagerbohrung 10 an. Unter einem geschlitzten metallischen Dichtring wird im Sinne dieser Anmeldung eine Art Kolbenring verstanden, der eine axiale Trennebene aufweist, so dass er geringfügig im Durchmesser veränderbar ist. Die Trennebene ist vorzugsweise nicht rein axial, sondern schräg verlaufend, also in einem Winkel zur Mittelachse, oder stufenförmig verlaufend, so dass ein axial durchgehender Spalt, der als Strömungsspalt mit geringem Strömungswiderstand dienen könnte, vermieden wird. Die beiden Enden des Dichtringes 34 liegen entsprechend zumindest teilweise axial gegeneinander an.
Ein Dichteffekt in der Nut 30, also am Innenumfang des Dichtrings 34, entsteht durch die vorhandene Druckdifferenz, durch die der Dichtring 34 gegen die die Nut 30 axial begrenzende Wand 40 gedrückt wird. Auf die Bundbuchse kann bei dieser Ausführung entsprechend verzichtet werden.
In 4 ist eine weitere Modifizierung der Ausführung gemäß der 3 dargestellt. Der Dichtring 34 liegt hierbei gegen einen Absatz 42 an, der in der Lagerbohrung 10 vom Kanal 4 aus betrachtet unmittelbar hinter der Öffnung 36 der Belüftungsbohrung 14 zur Lagerbohrung 10 ausgebildet ist. Um eine verbesserte Dichtwirkung zu erhalten, wird der Dichtring 34 mittels der Feder 24 gegen den Absatz 42 gedrückt, so dass ein Strömen des Gases in radialer Richtung mittels der Anlagefläche des Dichtringes 34 verhindert wird. Entsprechend gelangt das Gas nicht zum Außenumfang des Dichtringes 34.
Es werden somit Dichtanordnungen für Regelvorrichtungen geschaffen, welche eine gute Dichtwirkung sowohl entlang der Welle als auch über den Umfang der Dichtelemente erzielen. So können deutlich verbesserte Leckagewerte erreicht werden. Dabei bleiben die Regelvorrichtungen kostengünstig herstellbar und leicht montierbar.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern verschiedene konstruktive Änderungen je nach Anwendung insbesondere bezüglich des Aufbaus der Regelvorrichtung denkbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006054041 B3 [0003]

Claims

Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, einem Gas durchströmten Kanal, der in dem Gehäuse ausgebildet ist, einem Regelorgan, mittels dessen ein Gasstrom im Kanal steuerbar ist, einer Welle, auf der das Regelorgan angeordnet ist, Lagern, mittels derer die Welle in Lagerbohrungen des Gehäuses gelagert ist und einer Belüftungsbohrung, die sich im Gehäuse von einer Innenwand des Kanals auf einer Anströmseite des Regelorgans zu einer nach außerhalb des Kanals weisenden Rückseite der im Gehäuse angeordneten Lager in die Lagerbohrung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass vom Kanal (4) aus betrachtet hinter dem Lager (12) an der Welle (8) eine umlaufende Nut (30) ausgebildet ist, welche radial von einem mit der Nut (30) zusammenwirkenden Dichtmittel (22; 34) umgeben ist.
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (30) der Welle (8) radial innerhalb einer als weiteres Dichtmittel dienenden Bundbuchse (22) angeordnet ist, welche auf der Welle (8) angeordnet ist.
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenumfang der Bundbuchse (22) eine Nut (32) angeordnet ist.
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die näher zum Lager (12) liegende Nut (30; 32) ein größeres Volumen aufweist als die weiter entfernte Nut (32; 30).
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (32) der Bundbuchse (22) näher zum Lager (12) angeordnet ist als die Nut (30) der Welle (8).
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bundbuchse (22) mittels einer Feder (24) gegen eine auf der Welle (8) angeordnete Gleitscheibe (20) belastet ist, welche von außen gegen das Gehäuse (2) anliegt.
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (30) der Welle (8) ein als weiteres Dichtmittel dienender geschlitzter metallischer Dichtring (34) angeordnet ist.
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlitzte metallische Dichtring (34) gegen eine Innenumfangswand (38) der Lagerbohrung (10) vorgespannt ist.
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlitzte metallische Dichtring (34) unter Vorspannung axial gegen einen Absatz (42) anliegt, der in der Lagerbohrung (10) ausgebildet ist.
Dichtungsanordnung für eine Regelvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden des geschlitzten metallischen Dichtrings (34) axial gegeneinander anliegen.