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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist ein Ölnebelabscheider mit einer Baueinheit mit einem zylindrischen Bauteil und einem Blechelement bekannt, welches an dem Bauteil befestigt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Baueinheit mit einer hohen Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Die Erfindung geht aus von Baueinheit mit einem zylindrischen Bauteil und einem Blechelement, welches an dem Bauteil befestigt ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Blechelement eine Durchhalsung aufweist, welche eine Position des Blechelements relativ zu dem zylindrischen Bauteil in Bezug auf Radialrichtungen des Bauteils im Wesentlichen bestimmt. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann eine einfache Herstellbarkeit der Baueinheit erreicht werden, da eine Positionierung des zylindrischen Bauteils relativ zu dem Blechelement mittels der Durchhalsung erfolgt und die Positionierung damit nicht auf aufwändige Weise in einem Spritzwerkzeug, mittels dem Kunststoff zur Befestigung des Blechelements an dem Bauteil angespritzt wird, erfolgen muss.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
- 1 zeigt einen Schnitt entlang einer axialen Richtung durch eine erfindungsgemäße Baueinheit,
- 2 zeigt eine Draufsicht auf die Baueinheit entlang einer axialen Richtung der Baueinheit,
- 3 einen Schnitt entlang der axialen Richtung durch ein Blechelement der Baueinheit,
- 4 zeigt eine Draufsicht auf das Blechelement entlang der axialen Richtung,
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Blechelements,
- 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Blechelements und eines Kunststoffelements der Baueinheit, wobei das Kunststoffelement an dem Blechelement befestigt ist,
- 7 zeigt einen Schnitt durch die Baueinheit, wobei ein Segment des Blechelements, welches von dem Kunststoffelement umgeben ist, andeutungsweise gezeigt ist,
- 8 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit einer Kunststoffeinheit und dem Blechelement, wobei das Blechelement in einem inneren Bereich vereinfacht dargestellt ist,
- 9 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung entlang der axialen Richtung, wobei ein innerer Bereich des Blechelements ebenfalls vereinfacht dargestellt ist und Segmente des Blechelements, welche nicht direkt sichtbar sind, andeutungsweise gezeigt sind.
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1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Baueinheit, welche ein zylindrisches Bauteil 10 und ein einstückig ausgebildetes Blechelement 12 aufweist. Das Bauteil ist als Wälzlager ausgebildet und in 1 lediglich schematisch dargestellt. Die Baueinheit weist ferner ein Kunststoffelement 18 auf, welches das Blechelement an dem Bauteil befestigt. Das Blechelement weist eine Durchhalsung 14 auf, welche eine Position des Blechelements relativ zu dem zylindrischen Bauteil in Bezug auf Radialrichtungen des Bauteils im Wesentlichen, d.h. bis auf 0,1 mm, bestimmt. Die Durchhalsung ist segmentiert ausgebildet, d.h. sie weist einzelne Segmente auf. Radial innenliegendes Kontaktflächen 15 der Segmente liegen entweder direkt an dem Bauteil 10 an oder sind von dem Bauteil höchstens 0,1 mm entfernt (3 bis 7).
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Die Segmente der Durchhalsung sind geometrisch identisch ausgebildet. Ein Segment 24 weist einen Hinterschnitt 16 auf, welcher an einer Stelle angeordnet ist, an welchem das Segment übergeht in den restlichen Bereich des Blechelements. In Umfangsrichtung gegenüberliegend weist das Segment 24 einen weiteren Hinterschnitt auf. Das Kunststoffelement befestigt das Blechelement in Bezug auf die Axialrichtungen 20 des zylindrischen Bauteils an dem Bauteil. Dies wird bei einer Herstellung der Baueinheit der Art bewerkstelligt, dass nach einem Einführen des zylindrischen Bauteils in die Durchhalsung des Blechelements die Segmente mit Kunststoff umspritzt werden, sodass die Segmente vollständig in dem Kunststoff eingebettet sind. Nach dem Aushärten des Kunststoff bildet dieser das Kunststoffelement 18. Damit liegen auch axiale Stirnseiten der Segmente an dem Kunststoffelement an. Unter anderem deshalb ist das Blechelement in Bezug auf die Axialrichtungen 20 an dem zylindrischen Bauteil befestigt, weil auch noch das Kunststoffelement aufgrund des um Spritzen an dem zylindrischen Bauteil befestigt ist. Ein zweiter Grund für die axiale Befestigung des Blechelements an dem zylindrischen Bauteil ist, dass bei einem Umspritzen der Segmente mit dem Kunststoff der Kunststoff auch in die Hinterschnitte der Segmente einfließt, sodass nach dem Aushärten des Kunststoffs das Blechelement aufgrund des Anliegens des Kunststoffs an den Hinterschnitten in Bezug auf eine der Axialrichtungen 20 an dem zylindrischen Bauteil befestigt ist. Aufgrund dieser axialen Befestigung kann auf eine Fixierung des Blechelements an dem zylindrischen Bauteils mittels einer Planfläche verzichtet werden. Ein zu erwähnender Vorteil der Segmentierung ist, dass der eingespritzt Kunststoff die Segmente umfliesen kann und ein Durchfluss des Kunststoffs von einer auf die andere Seite ermöglicht bzw. verbessert wird und der Kunststoff dadurch in die jeweiligen Hinterschnitte einfließen kann. Ein weiterer Vorteil der Hinterschnitte ist, dass sich durch sie eine Querschnittsfläche des Kunststoffelements erhöht, wodurch eine höhere Festigkeit des Grundstoffelements gegeben ist.
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Das zylindrische Bauteil weist einen radialen Außenoberflächenbereich 22 ( 1) auf, welcher frei von unmittelbar an ihm anliegenden Teilen und frei von unmittelbar an ihm befestigten Teilen ist. Mithilfe dieses Außenoberflächenbereichs kann bei einer Montage einer Komponente, welche nicht zu der Baueinheit gehört, diese relativ zu der Baueinheit positioniert werden, in dem eine Ausrichtung und Fixierung der betreffenden Komponente relativ zu diesem Außenoberflächenbereich vorgenommen wird.
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Alternativ oder zusätzlich zu dem Außenoberflächenbereich 22 können derartige Außenoberflächenbereiche des zylindrischen Bauteils dadurch gebildet sein, dass das Kunststoffelement 18 segmentförmige Aussparungen aufweist, welche sich bis zur Oberfläche des zylindrischen Bauteils erstrecken und welche verteilt in Umfangsrichtung des Kunststoffelements angeordnet sind. Aufgrund des oder der Außenoberflächenbereiches bzw. Außenoberflächenbereiche braucht eine Positionierung der Baueinheit nicht über einen Innenring des als Wälzlager ausgebildeten zylindrischen Bauteils erfolgen, was den Nachteil hätte, dass das Lagerspiel die Positionierung verfälschen würde. Eine Positionierung mittels des Außenoberflächenbereichs bzw. der Außenoberflächenbereiche hat den weiteren Vorteil, dass diese Positionierung auch nicht mittels des Blechelements erfolgen muss und deshalb eine Position des Blechelements relativ zu dem zylindrischen Bauteil für diese Positionierung unerheblich ist. Damit ist eine grobe Toleranz der Außenform des Blechelements relativ zu dem Außenoberflächenbereich bzw. den Au-ßenoberflächenbereichen erlaubt.
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Radial außerhalb der Segmente weist das Blechelement Aussparungen 13 auf, welche bei einem Betriebsvorgang von Gasen oder Flüssigkeiten durchströmt werden können.
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Die Baueinheit kann Teil eines Ölnebelabscheiders sein. Der Kunststoff kann beispielsweise ein Thermoplast, ein Elastomer oder ein Duromer sein.
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Dadurch, dass bei der Herstellung der Baueinheit eine Positionierung der zentralen Achse des zylindrischen Bauteils relativ zu dem Blechelement durch die radial innenliegenden Kontaktflächen der Segmente erfolgt, entfällt eine aufwändige Positionierung des Blechelements relativ zu dem zylindrischen Bauteil im Spritzwerkzeug, welches zum Umspritzen mit dem Kunststoff verwendet wird. Das Blechelement und das zylindrische Bauteil sind in der Baueinheit koaxial positioniert und das Blechelement nimmt Kräfte des zylindrischen Bauteils, die in radialer Richtung wirken, auf. Die erwähnte Positionierung der zentralen Achse des zylindrischen Bauteils relativ zu dem Blechelement durch die radialinnen liegenden Kontaktflächen der Segmente beinhaltet auch eine gewisse Abstützung des zylindrischen Bauteils gegen ein Verkippen. Wenn beipsielsweise eine Welle mit dem Innenring des als Lager ausgebildeten zylindrische Bauteils verbunden ist und diese nur in etwa in radialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt wird, stützen die Segmente das Lager gegen Verkippung ab. Ohne die Segmente würde in einer derartigen Situation wohl der Kunststoff reißen und das Lager wäre nicht mehr in seiner Position gesichert.
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Prinzipiell ist denkbar, dass zwischen dem zylindrischen Bauteil und dem Blechelement keine Spielpassung sondern eine Übergangs- oder Presspassung vorliegt. Ferner ist auch alternativ denkbar, dass die Segmente sich ausgehend von den Bereichen, in denen sie in einen Bereich des Blechelements, der die Aussparungen aufweist, übergehen, sich in verschiedene Axialrichtungen erstrecken.
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Die Segmente des Blechelements haben in jedem Fall auch eine Stützfunktion in radialer Richtung.
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Das Blechelement 12 ist Teil einer Vorrichtung, welche außerdem eine Kunststoffeinheit 26 aufweist (8 und 9). Das Blechelement ist an der Kunststoffeinheit 26 befestigt. Mittig weist das Blechelement ein Durchgangsloch 28 (4) auf, welches in Bezug auf eine Achse 30 symmetrisch ausgebildet ist, d.h., dass Drehungen um 90°, 180° und 270° um die Achse eine Berandung des Durchgangslochs geometrisch identisch in sich überführt. Das Blechelement weist an einer ersten Ausformung 32, welche an einem radialen Außenbereich 34 des Blechelements angeordnet ist, eine erste kreissegmentförmige Kontur 36 auf, die nicht-zentrisch zu der Achse 30 ist, d.h., dass ein Mittelpunkt des Kreises, dessen Teil die Kontur 36 ist, nicht auf der Achse 30 liegt. Ferner weist das Blechelement an seinem radialen Außenbereich 34 eine zweite kreissegmentförmige Kontur 38 auf, die ebenfalls nicht-zentrisch zu der Achse 30 ist. Die Ausformung weist einen ersten Bereich 40 auf, der einen kürzeren Abstand zu der Achse 30 hat als ein zweiter Bereich 42 der Ausformung. Der erste Bereich 40 erstreckt sich weniger weit in Umfangsrichtung der Achse 30 als sich der zweite Bereich 42 in die Umfangsrichtung erstreckt. In Bezug auf eine Blickrichtung entlang der Achse 30 auf das Blechelement erstreckt sich die Ausformung in radialer Richtung und Umfangsrichtung.
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Außer der Ausformung 32 weist das Blechelement weitere Ausformungen 44 auf, die ebenfalls an dem radialen Außenbereich 34 angeordnet sind und zusammen mit der Ausformung 32 gleichmäßig über den Umfang des Blechelements verteilt sind. Die Ausformungen 44 sind geometrisch identisch mit der Ausformung 32. Zwischen zwei benachbarten Ausformungen weist das Blechelement jeweils eine Kontur auf, die kreissegmentförmig ist und nicht-zentrisch zu der Achse 30 ist.
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Die Kunststoffeinheit ist einstückig ausgebildet und ein Gehäuse oder ein Teil eines Gehäuses und ist ebenfalls ein Teil des Ölnebelabscheiders.
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Die Kunststoffeinheit wird durch ein Umspritzen des Blechelements hergestellt. In der fertig hergestellten Vorrichtung sind die Ausformungen komplett in der Kunststoffeinheit eingebettet und die kompletten Oberflächen der Ausformungen und die kreissegmentförmigen Konturen zwischen den Ausformungen sind vollständig mit Kunststoff der Kunststoffeinheit überzogen.
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Die Kunststoffeinheit und das Blechelement haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Aufgrund der geometrischen Ausbildung des radialen Außenbereichs 34 ist sichergestellt, dass bei unterschiedlichen Temperaturen und auch unterschiedlichen Temperaturveränderungen des Blechelements und der Kunststoffeinheit jederzeit eine sichere und spielfrei Befestigung des Blechelements an der Kunststoffeinheit gegeben ist.
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Als Beispiel der letztgenannten sicheren Befestigung sollen zwei Konstellationen aufgezeigt werden. Wird beispielsweise die Vorrichtung in eine sehr kalte Umgebung gebracht und nur das Blechelement von heißen Gasen oder Flüssigkeiten umströmt, so kühlt sich die Kunstoffeinheit ab und schrumpft. Das Blechelement wird heiss und dehnt sich aus. Dies hat ein ausgedehntes Setzungsverhalten des Kunststoffs an den Befestigungsstellen in Konstruktionen gemäß dem Stand der Technik zur Folge, während bei der vorgestellten erfindungsgemäßen Ausbildung nur ein minimales Setzungsverhalten resultiert, da hier an jeder Kontaktfläche zwischen Blechelement und Kunststoffeinheit ein nicht-zentrisch angebrachtes Kreissegment angeordnet ist.
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Bei der zweiten Konstellation wird die Vorrichtung in eine warme Umgebung gebracht und das Blechelement wird von kühlen Gasen oder Flüssigkeiten umströmt. Die Kunststoffeinheit wird heiß und dehnt sich im Vergleich zum Blechelement aus. Das Blechelement kühlt ab und schrumpft bzw. dehnt sich nicht konform zu der Kunststoffeinheit aus. Bei Konstruktionen gemäß dem Stand der Technik ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass es zu einem gewissen radialen Spiel zwischen Kunststoffeinheit und Blechelement kommt, während bei der erfindungsgemäßen vorgeschlagenen Ausbildung kein radiales Spiel auftritt und eine Fixierung des Blechelements an der Kunststoffeinheit jederzeit sichergestellt ist, wobei stets eine formschlüssige Befestigung vorliegt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Segmente der Durchhalsung identisch ausgebildet (1). In anderen Ausführungsbeispielen können die Segmente geometrisch verschieden ausgebildet sein. Insbesondere kann in Umfangsrichtung betrachtet jedes zweite Segment in axialer Richtung länger ausgebildet sein als die unmittelbar zu ihm benachbart angeordneten Segmente. Die länger ausgebildeten Segmente können beispielsweise in axialer Richtung in etwa so lang sein wie eine axiale Erstreckungslänge eines Außenrings des als Wälzlager ausgebildeten Bauteils 10. Durch die längere Ausbildung mancher Segmente in axialer Richtung lässt sich ein guter Schutz des Bauteils 10 gegen Verkippung erreichen.
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Ferner können auch eines, mehrere oder alle der Segmente an ihrem freien axialen Ende einen Fortsatz aufweisen, welcher sich unter einen Winkel zum Segment radial nach innen erstreckt und an einer Stirnseite eines Außenrings des als Wälzlager ausgebildeten Bauteils 10 diesen zusätzlich axial fixiert und axial in Position hält.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil
- 12
- Blechelement
- 13
- Aussparung
- 14
- Durchhalsung
- 15
- Kontaktfläche
- 16
- Hinterschnitt
- 18
- Kunststoffelement
- 20
- Axialrichtungen
- 22
- Außenoberflächenbereich
- 24
- Segment
- 26
- Kunststoffeinheit
- 28
- Durchgangsloch
- 30
- Achse
- 32
- Ausformung
- 34
- Außenbereich
- 36
- Kontur
- 38
- Kontur
- 40
- Bereich
- 42
- Bereich
- 44
- Ausformung
