DE102019123646B4

DE102019123646B4 - Kühlmittelregler mit einem Wellendichtring

Info

Publication number: DE102019123646B4
Application number: DE102019123646.0A
Authority: DE
Inventors: Hulian Zhou; Thomas Traudt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: US11808355B2; DE102019123646A1; US20220290760A1; WO2021043372A1; CN114341533A

Abstract

Kühlmittelregler (1), umfassend:- ein Gehäuse (2) mit einem Kühlmittelraum (4),- einen im Kühlmittelraum (4) angeordneten Drehschieber (5),- eine aus dem Kühlmittelraum (4) herausgeführte Antriebswelle (6), die den Drehschieber (5) verdreht,- und einen gegenüber dem Gehäuse (2) drehfesten Wellendichtring (20), der den Kühlmittelraum (4) gegen die Umgebung des Kühlmittelreglers (1) dichtet, wobei der Wellendichtring (20) gegen eine Gehäuseinnenmantelfläche (21) einer Gehäuseausnehmung dichtend eingesetzt ist und die Antriebswelle (6) dichtend umschließt und wobei ein dem Drehschieber (5) zugewandter Endabschnitt des Wellendichtrings (20) ein im Querschnitt wulstförmiger Kreisring (24) ist, der unter elastischer Verformung des Wulstes (25) außenumfänglich mit der Gehäuseinnenmantelfläche (21) dichtet und innenumfänglich einen Spreizring (19) umspannt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Spreizring (19) zur Begrenzung einer zum Drehschieber (5) hin gerichteten Axialverschiebung des Wellendichtrings (20) ein Axialanschlag (29) gegenübersteht, der die Axialverschiebung des Wellendichtrings (20) auf ein Maß d < s begrenzt, wobei das Maß s der axiale Abstand zwischen der Wulstmitte des unverschobenen Wellendichtrings (20) und der dem Drehschieber (5) zugewandten Mündung (31) der Gehäuseausnehmung ist und wobei der Spreizring (19) ein vergleichsweise unelastischer Anschlagpartner des Axialanschlags (29) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelregler, umfassend:

- ein Gehäuse mit einem Kühlmittelraum,
- einen im Kühlmittelraum angeordneten Drehschieber,
- eine aus dem Kühlmittelraum herausgeführte Antriebswelle, die den Drehschieber verdreht,
- und einen gegenüber dem Gehäuse drehfesten Wellendichtring, der den Kühlmittelraum gegen die Umgebung des Kühlmittelreglers dichtet,

Ein Kühlmittelregler findet Anwendung im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bei der stufenlosen Verteilung des Kühlmittelflusses über einzelne Teilkreisläufe und ist beispielsweise aus DE 10 2016 203 070 B3 bekannt.
Ein Kühlmittelregler der eingangs genannten Art ist aus DE 20 2018 105 090 U1 bekannt.
Weitere Kühlmittelregler mit Wellendichtringen bzw. ein Wellendichtring sind aus DE 10 2014 209 122 A1 , DE 10 2014 209 127 A1 und DE 44 34 573 A1 bekannt.
Falls die Erstbefüllung des Kühlkreislaufs unter Vakuum erfolgt, wirkt die Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck am Kühlmittelregler und dem Unterdruck innerhalb des evakuierten Kühlkreislaufs auf diejenige Stirnfläche des Wellendichtrings, die dem Kühlmittelraum abgewandt ist. Je nach Flächengröße, Druckdifferenz und Auspresskraft des Wellendichtrings besteht dann das Risiko, dass die der Druckdifferenz entsprechende Druckkraft den Wellendichtring in Richtung des Drehschiebers verschiebt, so dass im ungünstigsten Fall die betrieblich erforderliche Dichtwirkung des Wellendichtrings gegenüber der Gehäuseinnenmantelfläche irreversibel verloren geht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kühlmittelregler mit einer verbesserten Dichtkonstruktion anzugeben.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem Spreizring zur Begrenzung einer zum Drehschieber hin gerichteten Axialverschiebung des Wellendichtrings ein Axialanschlag gegenübersteht, der die Axialverschiebung des Wellendichtrings auf ein Maß d < s begrenzt, wobei das Maß s der axiale Abstand zwischen der Wulstmitte des unverschobenen Wellendichtrings und der dem Drehschieber zugewandten Mündung der Gehäuseausnehmung ist und wobei der Spreizring ein vergleichsweise unelastischer Anschlagpartner des Axialanschlags ist.
Die erfindungsgemäße Dichtkonstruktion bewirkt, dass der Spreizring einerseits den Wulst im elastisch verformten Dichtkontakt mit der Gehäuseinnenmantelfläche hält und andererseits ein vergleichsweise unelastischer Anschlagpartner des Axialanschlags ist. Dessen Abstand zum Spreizring ist so bemessen, dass im evakuierten Zustand des Kühlmittelreglers die auf den Wellendichtring wirkende Druckdifferenz den Wellendichtring keinesfalls so weit verschieben kann, dass die axiale Mitte des Wulstes die Mündung der Gehäuseausnehmung verlässt und infolgedessen den Dichtkontakt mit der Gehäuseinnenmantelfläche verliert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Kühlmittelregler im Längsschnitt;
2 die Einzelheit X gemäß 1;
3 den Drehschieber des Kühlmittelreglers in isolierter perspektivischer Darstellung.

1 zeigt einen Kühlmittelregler 1 eines mehrere Teilkreisläufe umfassenden Kühlkreislaufs einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Der Kühlmittelregler steuert in an sich bekannter Weise den Kühlmittelfluss über die Teilkreisläufe und hat ein Gehäuse 2 mit einem Antriebsraum 3 und einem davon separierten Kühlmittelraum 4, in dem ein Drehschieber 5 drehbar gelagert ist. Die Verdrehung des Drehschiebers 5 erfolgt stufenlos über eine am Drehschieber 5 befestigte Antriebswelle 6, die aus dem Kühlmittelraum 4 herausgeführt und mit einem im Antriebsraum 3 angeordneten Drehantrieb 7 verbunden ist.
Der in 3 dargestellte Drehschieber 5 hat zwei radiale Durchflussöffnungen 8 und 9, die mit umfangsveränderlicher Breite zwei kugelschichtförmige Abschnitte 10 und 11 des Drehschiebers 5 durchsetzen und in Abhängigkeit von dessen Drehposition den Kühlmittelfluss über Anschlussstutzen steuern. In 1 sind zwei der Anschlussstutzen mit 12 und 13 bezeichnet.
Wie es in Zusammenschau mit 2 deutlich wird, sind der Antriebsraum 3 und der Kühlmittelraum 4 durch eine Trennwand 14 des Gehäuses 2 voneinander separiert. Die Antriebswelle 6 ist durch die Trennwand 14 hindurchgeführt und beidseits einer die Wellendurchführung mit der Umgebung des Kühlmittelreglers 1 verbindenden Leckageöffnung 15 abgedichtet. Der Antriebsraum 3 ist mit einem handelsüblichen Radialwellendichtring 16 und der Kühlmittelraum 4 ist mit einer speziell angepassten Dichtkonstruktion zur Umgebung des Kühlmittelreglers 1 hin abgedichtet. Die spezielle Dichtkonstruktion umfasst in axialer Reihenschaltung seitens der Leckageöffnung 15 einen an einem Absatz 17 einer Gehäuseausnehmung anschlagenden Stützring 18, seitens des Kühlmittelraums 4 einen Spreizring 19 und einen zwischen dem Stützring 18 und dem Spreizring 19 angeordneten Wellendichtring 20 aus Elastomerwerkstoff. Der Stützring 18 und der Spreizring 19 bestehen aus vergleichsweise hartem Polymerwerkstoff.
Der Wellendichtring 20 ist in einer Gehäuseinnenmantelfläche 21 der Gehäuseausnehmung drehfest und dichtend eingesetzt, umschließt die Antriebswelle 6 mit zwei Dichtlippen 22 und 23 und hat zwecks seiner dichtenden Befestigung in der Gehäuseinnenmantelfläche 21 einen dem Drehschieber 5 zugewandten Endabschnitt, der als Kreisring 24 mit einem wulstförmigen Querschnitt ausgebildet ist. Der Kreisring 24 umspannt innenumfänglich den Spreizring 19 und dichtet unter elastischer Verformung des Wulstes 25 außenumfänglich mit der Gehäuseinnenmantelfläche 21. Der Wellendichtring 20 ist in den 1 und 2 ohne seine einbaubedingt elastische Verformung und folglich mit Überdeckungen zur Gehäuseinnenmantelfläche 21, zur Antriebswelle 6 und zum Spreizring 19 dargestellt. Gleiches gilt für den Radialwellendichtring 16.
Die das Gehäuse 2 durchsetzende Leckageöffnung 15 bewirkt, dass an der dem Drehschieber 5 abgewandten Rückseite 26 des Wellendichtrings 20 der Umgebungsdruck des Kühlmittelreglers 1 herrscht. Bei dessen Erstmontage in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine wird der Kühlkreislauf und folglich auch der Kühlmittelraum 4 zwecks vollständiger und schneller Befüllung mit Kühlmittel evakuiert. Die dabei wirkende Druckdifferenz zwischen der Rückseite 26 des Wellendichtrings 20 und dessen (dem Drehschieber 5 zugewandter) Vorderseite 27 kann dazu führen, dass am Wulst 25 eine Losbrechkraft gegenüber der Gehäuseinnenmantelfläche 21 überschritten wird und infolgedessen der Wellendichtring 20 zum Drehschieber 5 hin axial verschoben wird.
Um trotz der Dichtringverschiebung den Dichtkontakt zwischen dem Wulst 25 und der Gehäuseinnenmantelfläche 21 nicht zu beeinträchtigen, ist die potentielle Axialverschiebung auf ein Maß d begrenzt. Die Begrenzung erfolgt dadurch, dass der dem Drehschieber 5 zugewandten Vorderseite 28 des Spreizrings 19 ein Axialanschlag 29 gegenübersteht, der Teil des Drehschiebers 5 und vorliegend durch drei umfänglich verteilte Vorsprünge 30 auf dem Drehschieber 5 gebildet ist; s. 3.
Die Axialverschiebung ist auf das eingezeichnete Maß d < s begrenzt, wobei das Maß s der axiale Abstand zwischen der Wulstmitte des unverschobenen Wellendichtrings 20 und der dem Drehschieber 5 zugewandten Mündung 31 der Gehäuseausnehmung ist. Diese Beziehung bewirkt zunächst, dass bei Verschiebung des Wellendichtrings 20 die axiale Mitte des Wulstes 25 keinesfalls die Mündung 31 verlässt und folglich auch bei maximal verschobenem Wellendichtring 20 dessen Dichtkontakt zur Gehäuseinnenmantelfläche 21 bestehen bleibt.
Darüber hinaus ist vorliegend die Axialverschiebung auf das Maß d < s - c begrenzt, wobei das Maß c die Breite eines sich im Durchmesser zum Drehschieber 5 hin erweiternden Abschnitts der Gehäuseinnenmantelfläche 21 zwischen einem zylindrischen Abschnitt der Gehäuseinnenmantelfläche 21 und der Mündung 31 der Gehäuseausnehmung ist. Die gestrichelte Linie in 2 kennzeichnet den Übergang vom zylindrischen Abschnitt in den sich erweiternden Abschnitt. Diese zusätzliche Begrenzung der Axialverschiebung bewirkt, dass bei Verschiebung des Wellendichtrings 20 die axiale Wulstmitte keinesfalls den zylindrischen Abschnitt verlässt und folglich die elastische Verformung im Dichtkontakt des Wulstes 25 mit der Gehäuseinnenmantelfläche 21 unverändert bleibt.
In einer nicht dargestellten Alternativausführung kann die Begrenzung der Axialverschiebung mittels einer formschlüssigen (Schnapp-)Verbindung des Wellendichtrings 20 oder des Spreizrings 19 beispielsweise mit einer Umlaufnut in der Gehäuseinnenmantelfläche 21 erzeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kühlmittelregler
2: Gehäuse
3: Antriebsraum
4: Kühlmittelraum
5: Drehschieber
6: Antriebswelle
7: Drehantrieb
8: Durchflussöffnung
9: Durchflussöffnung
10: Abschnitt
11: Abschnitt
12: Anschlussstutzen
13: Anschlussstutzen
14: Trennwand
15: Leckageöffnung
16: Radialwellendichtring
17: Absatz
18: Stützring
19: Spreizring
20: Wellendichtring
21: Gehäuseinnenmantelfläche
22: Dichtlippe
23: Dichtlippe
24: Kreisring
25: Wulst
26: Rückseite
27: Vorderseite
28: Vorderseite
29: Axialanschlag
30: Vorsprung
31: Mündung

Claims

Kühlmittelregler (1), umfassend: - ein Gehäuse (2) mit einem Kühlmittelraum (4), - einen im Kühlmittelraum (4) angeordneten Drehschieber (5), - eine aus dem Kühlmittelraum (4) herausgeführte Antriebswelle (6), die den Drehschieber (5) verdreht, - und einen gegenüber dem Gehäuse (2) drehfesten Wellendichtring (20), der den Kühlmittelraum (4) gegen die Umgebung des Kühlmittelreglers (1) dichtet, wobei der Wellendichtring (20) gegen eine Gehäuseinnenmantelfläche (21) einer Gehäuseausnehmung dichtend eingesetzt ist und die Antriebswelle (6) dichtend umschließt und wobei ein dem Drehschieber (5) zugewandter Endabschnitt des Wellendichtrings (20) ein im Querschnitt wulstförmiger Kreisring (24) ist, der unter elastischer Verformung des Wulstes (25) außenumfänglich mit der Gehäuseinnenmantelfläche (21) dichtet und innenumfänglich einen Spreizring (19) umspannt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Spreizring (19) zur Begrenzung einer zum Drehschieber (5) hin gerichteten Axialverschiebung des Wellendichtrings (20) ein Axialanschlag (29) gegenübersteht, der die Axialverschiebung des Wellendichtrings (20) auf ein Maß d < s begrenzt, wobei das Maß s der axiale Abstand zwischen der Wulstmitte des unverschobenen Wellendichtrings (20) und der dem Drehschieber (5) zugewandten Mündung (31) der Gehäuseausnehmung ist und wobei der Spreizring (19) ein vergleichsweise unelastischer Anschlagpartner des Axialanschlags (29) ist.
Kühlmittelregler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseinnenmantelfläche (21) einen zylindrischen Abschnitt hat, wobei die Axialverschiebung des Wellendichtrings (20) auf das Maß d < s - c begrenzt ist und das Maß c die Breite eines sich im Durchmesser zum Drehschieber (5) hin erweiternden Abschnitts der Gehäuseinnenmantelfläche (21) zwischen deren zylindrischem Abschnitt und der dem Drehschieber (5) zugewandten Mündung (31) der Gehäuseausnehmung ist.
Kühlmittelregler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialanschlag (29) Teil des Drehschiebers (5) ist.
Kühlmittelregler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialanschlag (29) durch umfänglich verteilte Vorsprünge (30) auf dem Drehschieber (5) gebildet ist.