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Die Erfindung betrifft ein Wellendichtungssystem sowie eine Verwendung eines Wellendichtungssystems, mit deren Hilfe eine Welle eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors, abgedichtet werden kann.
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Es ist bekannt eine Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors durch einen auf einer Mantelfläche der Kurbelwelle anliegenden Radialwellendichtring abzudichten.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis die Lebensdauer und/oder Wartungsfreundlichkeit der Abdichtung von Wellen eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine hohe Lebensdauer und/oder eine gute Wartungsfreundlichkeit der Abdichtung von Wellen eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Wellendichtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Wellendichtungssystem, insbesondere für eine Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors, vorgesehen mit einer Welle zum Einleiten eines Drehmoments, wobei die Welle einen Absatz zur Ausbildung eines Axialanschlags aufweist, einem mit der Welle drehfest verbundenen Übertragungselement zur Übertragung des Drehmoments der Welle, einer zwischen dem Übertragungselement und dem Axialanschlag der Welle verklemmten Dichthülse, wobei die Dichthülse eine nach radial außen weisende Dichtfläche aufweist, und einem an der Dichtfläche der Dichthülse anliegenden Radialwellendichtring zur Abdichtung der Welle gegenüber einem Gehäuse.
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Der Radialwellendichtring kann zur Abdichtung der Welle an der Dichthülse anliegen und muss nicht an der Welle selber anliegen. Dadurch wird die Dichtigkeit der Wellenabdichtung nicht durch Korrosionseffekte, beispielsweise Rosten, der Welle beeinträchtigt. Wenn eine Erneuerung der Dichtwirkung des Wellendichtungssystems im Rahmen von Wartungsarbeiten erfolgen soll, ist es ausreichend nur die Dichthülse und/oder den Radialwellendichtring auszutauschen. Hierzu ist es bereits ausreichend das Übertragungselement von der Welle zu lösen, um die Dichthülse und gegebenenfalls den Radialwellendichtring austauschen zu können. Eine kostenintensive Erneuerung der Welle selber ist nicht erforderlich, so dass die Wartung des Wellendichtungssystems schnell, unkompliziert und kostengünstig erfolgen kann. Dies ermöglicht eine verbesserte Wartungsfreundlichkeit. Zudem ist es möglich die Beschaffenheit der Dichthülse zur Optimierung ihrer Dichtwirkung und/oder ihrer Verschleißfestigkeit der Abdichtung auszulegen. Da die Dichthülse im Vergleich zu der Welle eine erheblich geringere Materialmenge aufweist, können für die Dichthülse leicht wertvollere und teurere Werkstoffe, beispielsweise legierte (Edel-)Stähle, eingesetzt werden, ohne dass sich die Gesamtkosten signifikant erhöhen. Durch eine geeignete Materialwahl für die Dichthülse kann der Verschleiß der Dichthülse und des Radialwellendichtrings reduziert werden, so dass die Lebensdauer der Wellenabdichtung bei einer ausreichend hohen Dichtwirkung erhöht werden kann. Durch die mit Hilfe der Dichthülse erreichte Verlagerung der Abdichtfunktion von der Welle auf die Dichthülse ist die Lebensdauer und/oder Wartungsfreundlichkeit der Abdichtung von Wellen eines Kraftfahrzeugs verbessert.
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Das Wellendichtungssystem kann für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, genutzt werden, bei denen eine vergleichsweise kompliziert geformte und/oder kostenintensiv hergestellte Welle relativ zu einem gelagerten Bauteil abgedichtet werden soll. Insbesondere kann die Welle aus einem kostengünstigen rostenden Stahl hergestellt sein, ohne dass ein Korrodieren der Welle die Dichtwirkung des Wellendichtungssystems beeinträchtigen kann. Bei der Welle kann es sich beispielsweise um eine Motorwelle, insbesondere Kurbelwelle, eines Kraftfahrzeugmotors, eine Nockenwelle zur Betätigung von Zylinderventilen des Kraftfahrzeugmotors, eine Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, eine Getriebeausgangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes und/oder eine Differentialwelle eines Differentialgetriebes für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs handeln. Bei derartigen Wellen ist in der Regel sowieso ein außerhalb eines abzudichtenden Volumens angeordnetes Übertragungselement mit der Welle verbunden, so dass leicht die Dichthülse an der Durchtrittsstelle des abzudichtenden Volumens vorgesehen werden kann. Das Übertragungselement kann beispielsweise eine Riemenscheibe eines Riementriebs, insbesondere zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs, ein Zahnrad, eine Druckplatte einer Reibungskupplung und/oder eine separat ausgeführten Nabe sein. Der Axialanschlag der Welle kann durch eine in das Material der Welle, insbesondere durch Drehen, eingebrachte absatzartige Stufe erzeugt werden, so dass die Dichthülse leicht auf das Wellenstück mit dem kleineren Durchmesser aufgesteckt werden kann, um an dem Axialanschlag der Welle auf einer definierten axialen Relativlage anschlagen zu können. Das Übertragungselement kann beispielsweise an der Axialseite des Wellenstück mit dem kleineren Durchmesser, insbesondere durch Verschrauben, befestigt werden, so dass die Dichthülse verliersicher zwischen dem Axialanschlag der Welle und einer zum Axialanschlag der Welle weisenden Axialseite des Übertragungselements eingesperrt ist.
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Vorzugsweise ist die Dichthülse mit dem Übertragungselement verbunden. Insbesondere ist die Dichthülse in einer Öffnung des Übertragungselements, die beispielsweise durch ein axial abstehendes Rohrstück ausgebildet ist, eingepresst. Die Dichthülse kann mit dem Übertragungselement vormontiert sein, so dass die Montage vereinfacht und beschleunigt werden kann. Beispielsweise kann die Dichthülse auf ein Wellenende der Welle aufgesteckt werden, wodurch das mit der Dichthülse befestigte Übertragungselement gleichzeitig an der Welle zentriert wird. Nachfolgend kann das Übertragungselement mit der Welle verschraubt werden, wodurch gleichzeitig die Dichthülse zwischen dem Übertragungselement und dem Axialanschlag der Welle verklemmt werden kann. Es ist auch möglich, dass die Dichthülse mit dem Übertragungselement mit Hilfe eines Befestigungsmittels, beispielsweise eine Verschraubung und/oder Vernietung, oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen und/oder Löten, verbunden ist. Die Dichthülse kann mit dem Übertragungselement auch verklebt und/oder vercrimpt und/oder verstemmt sein.
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Insbesondere ist die Dichthülse aus einem zum Material der Welle verschiedenen Material hergestellt. Dies ermöglicht es, dass das Material der Welle für ihren designierten Einsatzzweck, beispielsweise einer kostengünstigen Übertragung möglichst großer Drehmomente, ausgewählt ist, während das Material der Dichthülse für eine gute und/oder verschleißarme Dichtwirkung mit dem Wellendichtring ausgewählt ist. Dies ermöglicht eine gute Dichtwirkung bei einem kostengünstigen Material für die Welle.
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Vorzugsweise weist die Dichtfläche der Dichthülse eine von der Oberflächenbeschaffenheit einer Mantelfläche der Welle verschiedene Oberflächenbeschaffenheit auf, wobei insbesondere die Dichtfläche eine geringere Rauigkeit als die Welle aufweist. Für eine verschleißarme Dichtwirkung ist es ausreichend lediglich die Dichthülse mit einer hierzu geeigneten Oberflächenbeschaffenheit zu versehen, während an die Welle selber deutlich geringere Anforderungen bezüglich der Oberflächenbeschaffenheit gestellt werden können. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Welle bei einer guten Dichtwirkung des Wellendichtungssystems.
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Besonders bevorzugt weist die Dichthülse eine zur Härte der Welle verschiedene Härte auf. Für eine verschleißarme Dichtwirkung ist es ausreichend lediglich die Dichthülse einem Härteprozess zu unterziehen. An die Welle selber können deutlich geringere Anforderungen bezüglich der Härte und Festigkeit gestellt werden. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Welle bei einer guten Dichtwirkung des Wellendichtungssystems.
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Insbesondere ist die Dichthülse an ihren Axialseiten mit einer einen flüssigkeitsdichten Kontakt herstellenden Anpresskraft angepresst, wobei insbesondere das Material der Dichthülse in das Material der Welle und/oder in das Material des Übertragungselements eingegraben ist und/oder das Material der Welle und/oder in das Material des Übertragungselements in das Material der Dichthülse eingegraben ist. Beispielsweise ist das Übertragungselement mit der Welle verschraubt, wobei das Anzugsmoment der Schrauben so hoch gewählt sein kann, dass die axiale Anpresskraft der zwischen dem Axialanschlag der Welle und dem Übertragungselement verpressten Dichthülse einen hinreichend flüssigkeitsdichten Kontakt mit dem Axialanschlag eingehen kann. Hierzu kann die Dichthülse sogar etwas in das Material der Welle eingegraben sein oder umgekehrt, so dass sich eine entsprechend höhere Dichtwirkung ergibt. Ein Austritt von Flüssigkeiten aus dem abzudichtenden Volumen heraus und/oder ein Eintritt von Verunreinigungen in das abzudichtenden Volumen hinein an der radial inneren Mantelfläche der Dichthülse vorbei ist dadurch vermieden.
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Vorzugsweise ist zwischen der Dichthülse und der Welle ein Dichtelement, insbesondere ein O-Ring, vorgesehen. Ein Austritt von Flüssigkeiten aus dem abzudichtenden Volumen heraus und/oder ein Eintritt von Verunreinigungen in das abzudichtenden Volumen hinein an der radial inneren Mantelfläche der Dichthülse vorbei ist durch das Dichtelement vermieden. Eine gewünschte Dichtwirkung kann hierbei ohne hohe Anpresskräfte erreicht werden, wodurch die Montage vereinfacht sein kann und/oder die Beanspruchung der beteiligten Bauteile reduziert werden kann.
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Besonders bevorzugt ist zwischen dem Axialanschlag der Welle und der Dichthülse das Dichtelement, insbesondere ein in einer Nut aufgenommener O-Ring, und/oder zwischen einer nach radial außen weisenden Mantelfläche der Welle und der Dichthülse das Dichtelement, insbesondere ein in einer Nut aufgenommener O-Ring, angeordnet. An diesen Kontaktstellen ergeben sich hinreichend große parallel zueinander verlaufende Flächen, in denen leicht eine Nut für einen O-Ring vorgesehen werden kann.
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Insbesondere ist in einem zwischen dem Axialanschlag der Welle und einer nach radial außen weisenden Mantelfläche der Welle ausgebildeten Einstichbereich zwischen dem Axialanschlag der Welle und der Dichthülse, insbesondere einer Einführungsschräge der Dichthülse, das Dichtelement angeordnet. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass der Axialanschlag der Welle für die auf die Welle aufgesteckte Dichthülse durch Drehen einer Stufe hergestellt werden kann und sich hierbei der Einstichbereich ergibt. Der Einstichbereich kann einen gerundeten Übergang zwischen der axial verlaufenden Mantelfläche des Wellenstücks mit dem kleineren Durchmesser zu dem radial verlaufenden Axialanschlag ausbilden, an dem sich ein O-Ring leicht anschmiegen kann. Vorzugsweise bildet der Einstichbereich eine umlaufende Vertiefung aus, so dass für das Dichtelement keine separate Nut vorgesehen werden muss. Die Dichthülse kann an ihrem radial inneren Rand an ihrer zum Axialanschlag der Welle weisenden Axialseite die Einführungsschräge aufweisen, so dass die Dichthülse leicht auf den von dem Axialanschlag axial abstehenden Teil der Welle aufgeschoben werden kann. Zwischen der Einführungsschräge der Dichthülse und dem Einstichbereich der Welle ergibt sich ein hinreichend großes Volumen, in dem das Dichtelement angeordnet werden kann, um eine ausreichende Abdichtung bereitstellen zu können.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Riemenscheibenanordnung zur Übertragung eines in einem Kraftfahrzeugmotor erzeugten Drehmoments, mit einer Welle, insbesondere Motorwelle des Kraftfahrzeugmotors oder Nockenwelle zur Betätigung von Zylinderventilen des Kraftfahrzeugmotors, einer Riemenscheibe zur Übertragung eines Drehmoments zwischen der Welle und einem Riementrieb und einem feststehenden Gehäuse, insbesondere Motorgehäuse des Kraftfahrzeugmotor, wobei die Welle gegenüber dem Gehäuse durch ein Wellendichtungssystem, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, abgedichtet ist. Mit Hilfe des als Riemenscheibe ausgestalteten Übertragungselement des Wellendichtungssystems können beispielsweise Nebenaggregate des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Ölförderpumpe, ein Klimakompressor einer Klimaanlage oder weitere Aggregate, angetrieben werden. Die Welle des Wellendichtungssystems kann hierbei als Motorwelle des Kraftfahrzeugmotors oder Nockenwelle zur Betätigung von Zylinderventilen ausgestaltet sein. Durch die mit Hilfe der Dichthülse erreichte Verlagerung der Abdichtfunktion von der Welle auf die Dichthülse ist die Lebensdauer und/oder Wartungsfreundlichkeit der Abdichtung von Wellen eines Kraftfahrzeugs verbessert.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines Wellendichtungssystems, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Abdichtung einer rotierenden Welle in einem Kraftfahrzeug, wobei insbesondere zum Zwecke der Erneuerung der Dichtwirkung des Wellendichtungssystems lediglich der Radialwellendichtring und/oder die Dichthülse und/oder Dichtelemente ausgetauscht wird. Durch die mit Hilfe der Dichthülse erreichte Verlagerung der Abdichtfunktion von der Welle auf die Dichthülse ist die Lebensdauer und/oder Wartungsfreundlichkeit der Abdichtung von Wellen eines Kraftfahrzeugs verbessert.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische perspektivische Schnittansicht eines als Riemenscheibenanordnung ausgestalteten Wellendichtungssystems,
- 2: eine schematische Detailansicht des Wellendichtungssystems aus 1,
- 3: eine schematische Detailansicht einer zweiten Ausführungsform des Wellendichtungssystems und
- 4: eine schematische Detailansicht einer dritten Ausführungsform des Wellendichtungssystems.
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Das in 1 dargestellte als Riemenscheibenanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ausgestaltete Wellendichtungssystem 10 weist eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgestaltete Welle 12 auf, über die ein Drehmoment an ein mit Schrauben 14 drehfest mit der Welle befestigtes als Riemenscheibe ausgestaltetes Übertragungselement 16 übertragen werden kann. Das Übertragungselement 16 kann direkt oder über dazwischengeschaltete Elemente, wie beispielsweise ein Riemenscheibenentkoppler, ein Dämpfer oder Ähnliches, über einen Keilriemen Nebenaggregate des Kraftfahrzeugs antreiben. Wie in 2 dargestellt, ist ein Wellenende der Welle 12 durch einen umlaufenden Absatz gestuft ausgestaltet, so dass sich ein zum Übertragungselement 16 weisender Axialanschlag 18 ergibt. Zwischen dem Axialanschlag 18 und dem Übertragungselement 16 ist eine auf dem Wellenende der Welle 12 aufgesteckte Dichthülse 20 verklemmt. Die Dichthülse 20 weist eine nach radial außen weisende Dichtfläche 22 auf, an der ein mit einem feststehenden Gehäuse 24 befestigter Radialwellendichtring 26 dichtend anliegt.
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Die Dichthülse 20 kann von dem Übertragungselement 16 mit einer so hohen Anpresskraft gegen den Axialanschlag 18 der Welle 12 gepresst sein, dass sich eine flüssigkeitsdichte Abdichtung ergibt. Zusätzlich oder alternativ kann wie in 3 dargestellt ein beispielsweise als O-Ring ausgestaltetes Dichtelement 28 vorgesehen sein. Das Dichtelement 28 kann in einer in radialer Richtung oder axial Richtung geöffneten Nut 30 vorgesehen sein. Da der Axialanschlag 18 der Welle 12 durch ein Abdrehen der Welle 12 hergestellt sein kann, kann sich am radial inneren Ende des Axialanschlags 18 ein Einstichbereich 32 ergeben, der von einer Einführungsschräge 34 der angefasten Dichthülse 20 zumindest teilweise überdeckt ist. Zusätzlich oder alternativ kann das insbesondere als O-Ring ausgestaltete Dichtelement 28 zwischen dem Axialanschlag 18 der Welle und der Einführungsschräge 34 der Dichthülse in dem Einstichbereich 32 angeordnet sein, ohne dass hierzu eine separate Nut für das Dichtelement 28 vorgesehen sein muss.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform des Wellendichtungssystems 10 ist im Vergleich zu der in 2 dargestellten Ausführungsform des Wellendichtungssystems 10 und der in 3 dargestellten Ausführungsform des Wellendichtungssystems 10 die Dichthülse 20 mit dem Übertragungselement 16 vormontiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu die Dichthülse 20 in einen kragenförmig axial abstehenden Rohransatz 36 des Übertragungselements 16 eingepresst.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wellendichtungssystem
- 12
- Welle
- 14
- Schraube
- 16
- Übertragungselement
- 18
- Axialanschlag
- 20
- Dichthülse
- 22
- Dichtfläche
- 24
- Gehäuse
- 26
- Radialwellendichtring
- 28
- Dichtelement
- 30
- Nut
- 32
- Einstichbereich
- 34
- Einführungsschräge
- 36
- Rohransatz
