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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenanordnung für eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine, insbesondere eine Nockenwellenanordnung, mit einer Welle und einem in einer Wellenlängsrichtung an ein erstes Wellenende anschließenden Endstück, wobei die Welle gegenüber dem Endstück drehbar ist und ausgehend von dem Wellenende einen hohlen Wellenabschnitt aufweist und wobei das Endstück einen Ölablauf und einen Gasabführkanal aufweist. Insbesondere kann die Welle als Hohlwelle ausgestaltet sein. Die Erfindung betrifft auch eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine mit der Wellenanordnung.
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Bei Verbrennungsmotoren und Kolbenverdichtern werden in der Praxis Leckageverluste beobachtet, die auf eine nicht vollständige Abdichtung zurückzuführen sind. Diese Leckageverluste werden als Blowby-Gas bezeichnet und enthalten einen erheblichen Anteil an Öl. Bezogen auf Verbrennungsmotoren ist es deshalb üblich, das an der Nockenwelle anfallende Blowby-Gas zurück in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu leiten. Um einerseits den Verlust an Öl durch Blowby-Gas zu minimieren und andererseits eine optimale Verbrennung und eine minimale Umweltbelastung zu gewährleisten, ist es bekannt das Blowby-Gas einer Ölabscheideeinrichtung zuzuführen und das abgeschiedene Öl zurück in den Ölkreislauf zu führen.
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Für die Abscheidung von Öl sind verschiedene Konzepte bekannt. So kann beispielsweise in einem Nockenwellengehäuse eines mit Einlass- und Auslassventilen versehenen Verbrennungsmotors eine Ölabscheideeinrichtung als separate Baueinheit angeordnet sein. Entsprechende Ausgestaltungen sind aus der
DE 10 2004 006 082 A1 sowie der
DE 10 2010 033 955 A1 bekannt.
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Eine auf dem Prinzip der Fliehkraft beruhende Ölabscheideeinrichtung in Form einer separaten Baueinheit ist aus der
DE 10 2005 003 037 A1 bekannt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich dagegen auf eine Wellenanordnung mit einer drehbaren Welle, die einen hohlen Wellenabschnitt aufweist. Insbesondere kann es sich bei der Welle um eine Hohlwelle bzw. hohle Nockenwelle handeln. Es ergibt sich dann die Möglichkeit, Blowby-Gas durch die Welle bzw. den hohlen Wellenabschnitt abzuführen, wodurch separate Baueinheiten und der dafür erforderliche zusätzliche Bauraum vermieden werden können.
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Durch Eintrittsöffnungen gelangt das mit Öl beladene Blowby-Gas zunächst in den hohlen Wellenabschnitt und wird dann innerhalb des hohlen Wellenabschnittes zu dem Endstück geleitet, um abgeführt werden zu können. Innerhalb des hohlen Wellenabschnittes ist vorzugsweise ein Ölabscheider vorgesehen, mit dem zumindest ein Anteil des in dem Blowby-Gas in Form eines Nebels enthaltenen Öls an dem Innenumfang des hohlen Wellenabschnittes abgeschieden wird, wobei dann das an dem Innenumfang abgeschiedene Öl zu einem Ölablauf und das gereinigte Gas zu einem Gasabführkanal geführt werden.
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Eine Wellenanordnung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der
DE 10 2010 022 483 A1 bekannt, wobei eine Hohlwelle, insbesondere eine hohle Nockenwelle, beschrieben wird, die zur Ölabscheidung einen Drallerzeuger sowie vorzugsweise nachgelagerte Ölabscheideringe aufweist. Da sich durch diese Ölabscheider das Öl an der Innenwand des hohlen Wellenabschnittes sammelt, wird das so gereinigte Blowby-Gas an einer inneren Querschnittsfläche des hohlen Wellenabschnittes in einen Gasabführkanal geleitet, wozu ein zylindrischer Abschnitt des Endstückes mit einem umfangseitigen Spalt in den hohlen Wellenabschnitt hineingeführt werden kann. Der an dem Innenumfang vorhandene Ölfilm wird dann an dem zylindrischen Abschnitt vorbei zu dem Wellenende und von dort in einen Ölablauf geleitet.
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Vergleichbare Maßnahmen sind auch aus der gattungsgemäßen
WO 2006/ 119737 A1 bekannt.
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Bei den aus der
DE 10 2010 022 483 A1 sowie der
WO 2006/119737 A1 bekannten Ausgestaltungen ist an einem Zugang zu dem Gasabführkanal der Strömungsquerschnitt durch den umlaufenden Spalt zur Abführung von Öl begrenzt. Darüber hinaus können zumindest gewisse Mengen an Öl des an dem gesamten Innenumfanges vorhandenen Ölfilms von oben in den Gasabführkanal tropfen. Schließlich können sich am Ende der Hohlwelle auch größere Ölmengen ansammeln, bevor das Öl in den Ölablauf abtropft.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Wellenanordnung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen sowie einer mit der Wellenanordnung ausgerüsteten ölgeschmierten Arbeitsmaschine die Abführung von Öl und Gas zu verbessern.
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Gegenstand und Lösung der Aufgabe sind eine Wellenanordnung gemäß Patentanspruch 1 sowie eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine gemäß Patentanspruch 10.
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Erfindungsgemäß weist das Endstück der Wellenanordnung eine in den hohlen Wellenabschnitt eingreifende und mit einem Innenumfang des hohlen Wellenabschnittes zusammenwirkende Ölabstreifeinrichtung auf. Die Ölabstreifeinrichtung weist einen Abschnitt auf, der so weit an den Innenumfang des hohlen Wellenabschnittes herangeführt ist, dass der dort vorhandene Ölfilm zumindest zu einem Teil abgestreift wird.
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Ein direkter Kontakt zwischen der Ölabstreifeinrichtung und dem Innenumfang des hohlen Wellenabschnittes ist im Rahmen der Erfindung möglich, aber nicht zwingend notwendig. Ein Abstreifen von Öl ist nämlich auch möglich, wenn zwischen dem Innenumfang und dem zugeordneten Abschnitt der Ölabstreifeinrichtung ein geringer Spalt verbleibt, der beim Betrieb der Wellenanordnung durch einen Ölfilm geschlossen ist, so dass das Öl trotz des geringen Spaltes zumindest zu einem großen Anteil abgestriffen wird.
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Wenn kein direkter Kontakt vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil, dass sich während des Betriebs der Wellenanordnung keine Veränderungen der Geometrie ergeben. Die Ölabstreifeinrichtung kann aber auch so ausgestaltet sein, dass zunächst ein zumindest leichter oder teilweiser Kontakt vorhanden ist, aber das Abstreifen auch dann noch gewährleistet ist, wenn aufgrund von Verschleiß während des Betriebs der Wellenanordnung der Kontakt verloren geht.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird an dem Innenumfang des Wellenendes über die über die Länge der Ölabstreifeinrichtung ein ringförmiger Abschnitt gebildet, der frei von Öl ist. Dieser Abschnitt kann insbesondere eine Länge zwischen 2 mm und 20 mm aufweisen. Ein Anstauen von Öl am Wellenende sowie ein Herabtropfen von Öl in den Gasabführkanal können damit vermieden werden. Darüber hinaus sammelt sich das Öl an der Ölabstreifeinrichtung, so dass dann auch ein Abfließen und Abtransport des Öls durch den Ölablauf sichergestellt ist.
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Die Ölabstreifeinrichtung weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine an den Innenumfang herangeführte Lippe zum Abstreifen von Öl auf, wobei die Lippe wie zuvor beschrieben entweder einen kleinen Spalt gegenüber dem Innenumfang aufweisen oder an dem Innenumfang anliegen kann. Zumindest wenn die Lippe an dem Innenumfang anliegt, ist es von Vorteil, wenn diese elastisch federnd ausgestaltet ist und folglich mit einer elastischen Spannung an dem Innenumfang anliegt. Die Lippe kann dazu beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff, insbesondere Gummi oder einem federnden Blech gebildet sein, wobei grundsätzlich auch eine Kombination verschiedener Werkstoffe möglich ist.
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So liegt es unabhängig von einem direkten Kontakt zwischen der Ölabstreifeinrichtung und dem Innenumfang des hohlen Wellenabschnittes im Rahmen der Erfindung, das gesamte Endstück mit der daran ausgebildeten Ölabstreifeinrichtung als ein Spritzgießteil vorzugsweise aus Kunststoff zu fertigen. Andererseits kann das Endstück auch aus mehreren Teilen und/oder Materialen zusammengesetzt sein. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Grundkörper des Endstückes aus einem nicht elastischen Kunststoff durch Spritzgießen gebildet ist, während die Ölabstreifeinrichtung mit der Lippe aus einem anderen Material, beispielsweise elastischem Kunststoff oder Federblech, gebildet und in den Grundkörper eingesetzt ist.
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Hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung der Ölabstreifeinrichtung kann vorgesehen sein, dass diese die Form einer in den hohlen Wellenabschnitt eingreifenden Zunge aufweist, an der seitlich die Lippe angeordnet ist, wobei sich die Zunge nur über einen Teil des Innenumfangs des hohlen Wellenabschnitts erstreckt. Mit einer solchen Zunge kann das an der Lippe abgestreifte Öl zu dem Ölablauf geführt werden, wobei die Zunge auch eine räumliche Trennung des Innenquerschnitts des hohlen Wellenabschnittes bewirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wellenanordnung weist das Endstück zwischen einem Zugang zu dem Ölablauf und einem Zugang zu dem Gasabführkanal einen Trennsteg auf, der die Zunge trägt. Der Trennsteg verläuft dabei an der Stirnseite des hohlen Wellenabschnittes in Querrichtung und gewährleistet eine sichere Abführung des Öls von der Zunge zu dem Ölablauf, ohne dass Öl in dem Gasabführkanal gelangen kann. Der Trennsteg trennt vorzugweise einen Randbereich des Querschnittes direkt um den Ölablauf ab, so dass auf der anderen Seite des Trennsteges der Querschnitt für einen Zugang zu dem Gasabführkanal mit einem maximalen Durchmesser ausgestaltet werden kann, wobei der Zugang zu dem Gasabführkanal dort auch zumindest unmittelbar an den Innenumfang heranreicht. Im montierten Zustand der Wellenanordnung an einer ölgeschmierten Arbeitsmaschine ist der Trennsteg mit dem daran anschließenden Ölablauf zweckmäßiger in einem unteren Bereich der Wellenanordnung vorgesehen, um die Abführung des Öls durch die Schwerkraft zu erleichtern und ein Zurückfließen von Öl zu vermeiden.
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Der Trennsteg kann beispielsweise eine Wellenform aufweisen, wobei ein mittlerer Abschnitt des Trennstegs in etwa auf einem Radius um eine Längsachse der Welle verläuft und wobei die Seiten des Trennstegs dann nach außen geführt sind, um einen Teil des Querschnittes des hohlen Wellenabschnittes abzutrennen.
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Die erfindungsgemäße Wellenanordnung ist, wie eingangs beschrieben, dazu vorgesehen, Blowby-Gas kontrolliert abzuführen und dabei vorzugsweise auch eine weitreichende Ölabscheidung zu ermöglichen. Vor diesem Hintergrund ist es auch zweckmäßig, zwischen dem Endstück und dem Wellenende eine Dichtung anzuordnen. Es ist eine geeignete Dichtung auszuwählen, welche eine Drehung der Teile gegeneinander ermöglicht, wobei im montierten Zustand die Welle drehend in einem Gehäuse gelagert ist, während das Endstück gehäusefest angeordnet wird. Das Endstück kann grundsätzlich auch einstückig in ein Gehäuse integriert sein.
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Die Dichtung kann beispielsweise nach Art einer Gleitringdichtung ausgestaltet sein, wobei je nach Anordnung ein die Relativbewegung ermöglichender Dichtungsspalt parallel zu der Wellenlängsrichtung und/oder senkrecht zu der Wellenlängsrichtung verlaufen kann.
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Innerhalb des hohlen Wellenabschnittes ist vorzugsweise ein Ölabscheider angeordnet, mit dem das Öl zumindest in einem gewissen Anteil an dem Innenumfang abgeschieden und das Blowby-Gas so gereinigt wird. Geeignet sind beispielsweise Drallerzeuger, wie sie aus der
DE 10 2010 022 483 A1 sowie der
WO 2006/119737 A1 bekannt sind. Die Ölabscheidung kann zusätzlich oder alternativ auch mit Hilfe von Labyrinthen, Abscheideringen oder dergleichen erfolgen.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine, insbesondere ein Verbrennungsmotor mit der zuvor beschriebenen Wellenanordnung, wobei die Welle eine vorgegebene Drehrichtung aufweist und der hohle Wellenabschnitt mit dem daran anschließenden Gasabführkanal für eine Rückführung von Blowby-Gas vorgesehen ist und wobei die Ölabstreifeinrichtung derart angeordnet ist, dass das Abstreifen von Öl an einer dem Ölablauf zugewandten Seite der Ölabstreifeinrichtung erfolgt.
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Bei der ölgeschmierten Arbeitsmaschine handelt es sich vorzugsweise um den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, bei dem Blowby-Gas aus dem Zylinderkopf durch eine hohle Nockenwelle in der beschriebenen Weise abgeführt wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 ein an eine drehbare hohle Welle anzuschließendes Endstück,
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2 eine Wellenanordnung mit einer hohlen Welle und dem Endstück gemäß der 1 in einem perspektivischen Längsschnitt,
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3 einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß der 2,
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4 einen Längsschnitt durch die Anordnung gemäß der 2 entlang einer Vertikalebene,
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5 einen Schnitt entlang der A-A der 3,
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6 eine alternative Ausgestaltung der Anordnung gemäß der 2 in einem Längsschnitt.
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Die 2 zeigt eine Wellenanordnung, insbesondere Nockenwellenanordnung, für eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine. Die Wellenanordnung umfasst eine Welle 1 mit einem hohlen Wellenabschnitt, wobei es sich in dem Ausführungsbeispiel um eine Hohlwelle handelt. In einer Wellenlängsrichtung x schließt ein Endstück 2 an. Während die Welle 1 in einem Gehäuse drehbar angeordnet ist, ist das Endstück 2 gehäusefest montiert.
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Zur Abführung von Blowby-Gas wird dieses zunächst in die hohle Welle 1 eingeleitet und strömt dann entlang der Wellenlängsrichtung x in Richtung des Endstückes 2, wobei vor dem in 2 dargestellten Bereich mit dem Wellenende und dem Endstück 2 ein Ölabscheider 3 vorgesehen ist, der rein schematisch in der 4 dargestellt ist. Mit dem Ölabscheider 3 wird das üblicherweise als Nebel oder in Form von kleinen Tröpfchen in dem Blowby-Gas enthaltene Öl an dem Innenumfang der hohlen Welle 1 abgeschieden. Das abgeschiedene Öl wird dann mit der Strömung des Blowby-Gases innerhalb der hohlen Welle 1 in Richtung des Endstückes 2 transportiert, wobei sich ein Ölfilm an dem Innenumfang der hohlen Welle 1 bildet.
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In den Figuren ist zu erkennen, dass das Endstück 2 einen Gasabführkanal 4 und in einem unteren Bereich einen Ölablauf 5 aufweist. Um das als Ölfilm an dem Innenumfang vorhandene Öl effektiv zu dem Ölablauf 5 führen zu können, um zu vermeiden, dass Öl in dem Gasabführkanal 4 gelangt und um ein Anstauen von Öl am Ende der hohlen Welle 1 zu vermeiden, weist das Endstück 2 erfindungsgemäß eine in den hohlen Wellenabschnitt eingreifende und mit dem Innenumfang des hohlen Wellenabschnittes zusammenwirkende Ölabstreifeinrichtung in Form einer Zunge 6 auf, die mit einer seitlichen Lippe 7 zum Abstreifen von Öl unmittelbar bis an den Innenumfang herangeführt ist (siehe 1 und 5).
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Die Lippe 7 kann in einem direkten Kontakt mit dem Innenumfang stehen. Es ist aber bevorzugt, wenn die Lippe 7 in einem so geringen Abstand zu dem Innenumfang angeordnet ist, dass auch ohne einen dauerhaften Kontakt der verbleibende Spalt von einem Ölfilm überbrückt wird und eine zumindest weitreichende Abstreifung erfolgt. Aufgrund der beschriebenen Funktion kann die Ölabstreifeinrichtung auch als Ölhobel oder Ölschaber bezeichnet werden.
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Die hohle Welle weist eine in der 2 dargestellte vorgegebene Drehrichtung auf, so dass bei der Darstellung gemäß der 2 das Öl an der Unterseite der Lippe 7 abgestreift und unterstützt durch die Schwerkraft zu dem Ölablaufkanal 5 geführt wird. Die Zunge 6 erstreckt sich dabei in etwa von einer senkrechten Mittelebene der Welle 1 bis zu dem Innenumfang und endet dort mit der Lippe 7.
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Um eine zuverlässige Trennung zwischen einem Zugang zu dem Gasabführkanal 4 und einem Zugang zu dem Ölablauf 5 zu gewährleisten, ist ein an die Stirnseite der Welle 1 anschließender Trennsteg 8 vorgesehen, der den Querschnitt der hohlen Welle vollständig in einen oberen Bereich mit dem Gasabführkanal 4 und einem unteren Bereich mit dem Ölablauf 5 trennt.
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Durch die Zunge 6 mit der seitlichen Lippe 7 wird an dem hohlen Wellenabschnitt ein ringförmiger Endbereich erzeugt, der frei oder zumindest weitgehend frei von einem Ölfilm ist. Die Länge dieses Bereiches entlang der Wellenlängsrichtung x entspricht dabei der Erstreckung der Lippe 7 in die hohle Welle 1 und kann beispielsweise zwischen 2 mm und 20 mm betragen.
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Die 1 bis 5 zeigen eine bevorzugte Ausgestaltung, bei der das gesamte Endstück 2 aus zwei Halbteilen, nämlich einem Vorderteil mit der Zunge 6 und einer Kanalrückwand gebildet ist (s. 2). Diese Halbteile oder optional das gesamte Endstück 2 als ein Teil können durch Spritzgießen gebildet werden. Zur Herstellung ist entsprechend in besonderem Maße Kunststoff geeignet. Bei einer Ausgestaltung mit zwei Halbteilen können diese insbesondere stoffschlüssig durch Verschweißen oder Verkleben verbunden werden.
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Insbesondere wenn die Lippe 7 direkt an dem Innenumfang der hohlen Welle 1 anliegt, kann diese auch aus einem elastisch federnden Material, wie beispielsweise Blech oder Gummi, gebildet sein. Insbesondere kann das Endstück 2 dann einen Grundkörper sowie die an dem Grundkörper befestigte Zunge 6 aufweisen, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.
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In dem Ausführungsbeispiel ist das Endstück 2 dazu vorgesehen, gehäusefest verschraubt zu werden, wozu das Endstück 2 Bohrungen 9 aufweist. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das beschriebene Endstück 2 integraler Bestandteil eines Gehäuses ist.
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Zweckmäßigerweise ist eine Dichtung 10 vorgesehen, mit der die hohle Welle 1 gegenüber dem Endstück 2 abgedichtet ist und die eine Drehung der Welle 1 gegenüber dem Endstück 2 ermöglicht. Gemäß dem in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Dichtung 10 an einem Außenumfang der Welle 1 anliegen, wozu die Dichtung 10 beispielsweise in einem nicht dargestellten Lagerblock integriert sein kann, so dass ein Austreten oder ein Eindringen von Ölpartikeln und von Blowby-Gas an dem Übergang von Welle 1 und Endstück 2 vermieden wird. Dadurch wird sichergestellt, dass Blowby-Gas ausschließlich durch die hohle Welle 1 abgeführt wird, so dass eine zuverlässige Abscheidung von Öl durch den Ölabscheider 3 sowie eine Abführung mittels Zunge 6 und Ölablauf 5 erfolgen kann.
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Davon ausgehend zeigt die 6 eine Variante, bei der die Dichtung 10 an dem Endstück 2 angeordnet ist. Die Dichtung 10 kann an dem Lagerblock bzw. dem Endstück 2 kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig befestigt werden, wobei eine Befestigung insbesondere durch Kleben erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004006082 A1 [0003]
- DE 102010033955 A1 [0003]
- DE 102005003037 A1 [0004]
- DE 102010022483 A1 [0007, 0009, 0023]
- WO 2006/119737 A1 [0008, 0009, 0023]
