DE10237414B4

DE10237414B4 - Dichtelement und Schwenkmotor

Info

Publication number: DE10237414B4
Application number: DE10237414A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Lehmann Kai; Dr. Rösener Jörg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2022-08-17
Also published as: US7305947B2; WO2004022985A1; US20050191171A1; DE10237414A1; JP2005535858A; EP1529168A1; JP4304507B2

Abstract

Dichtelement, insbesondere zur Abdichtung zwischen einem Flügelrad eines Schwenkmotors und einem das Flügelrad umgebenden Bauteil, das wenigstens ein an einem Grundkörper angeformtes erstes Federelement zur Erzeugung einer ersten Dichtanpresskraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) einen Innenraum (11) aufweist, der zur Erzeugung einer die erste Dichtanpresskraft verstärkenden zweiten Dichtanpresskraft mit Druckmittel (12) beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Schwenkmotor.
Aus der DE 198 34 143 A1 ist ein gattungsbildendes Dichtelement zur Abdichtung zwischen einem Flügelrad einer Nockenwellenverstellvorrichtung und einem das Flügelrad umgebenden Bauteil bekannt. Das Dichtelement umfasst einen hohlzylindrischen Rumpf- bzw. Grundkörper, an dem zwei voneinander wegweisende sowie als Druckangriffsflächen ausgebildete Federflügel angeformt sind. Der Grundkörper ist in einer Nut eines Flügels des Flügelrads arretiert, und die Federflügel liegen mit ihren freien Enden an einer Innenseite des das Flügelrad umgebenden Bauteils dichtend an, wobei die Federflügel jeweils eine Dichtanpresskraft erzeugen.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes, platzsparendes Dichtelement bereitzustellen, das leicht zu handhaben ist und vorteilhafte Dichteigenschaften aufweist. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Nebenanspruch.
Die Erfindung geht aus von einem Dichtelement, insbesondere zur Abdichtung zwischen einem Flügelrad eines Schwenkmotors und einem das Flügelrad umgebenden Bauteil, das wenigstens ein an einem Grundkörper angeformtes erstes Federelement zur Erzeugung einer ersten Dichtanpresskraft aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass der Grundkörper einen Innenraum aufweist, der zur Erzeugung einer die erste Dichtanpresskraft verstärkenden zweiten Dichtanpresskraft mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Es kann insbesondere vorteilhaft ein kolbenartiges, kompaktes Dichtelement erreicht werden, das einfach zu handhaben ist, und zwar insbesondere einfach von anderen Dichtelementen separierbar und montierbar ist, und vorteilhafte Dichteigenschaften aufweist. Der Grundkörper kann vorteilhaft bewegbar ausgebildet und die Montage erleichterndes Spiel kann vorteilhaft ausgeglichen werden, wodurch sich die erfindungsgemäße Lösung besonders für Vorrichtungen eignet, bei denen eine einfache Montage und ein Spielausgleich mit wesentliche Kriterien bilden, wie dies insbesondere bei Schwenkmotoren und speziell bei Schwenkmotoren für Nockenwellenverstellvorrichtungen der Fall ist.
Der Grundkörper kann verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Profile aufweisen, wobei diese vorteilhaft zu einer Seite offen und zu drei Seiten geschlossen ist, so dass vorteilhaft ein topfkolbenartiges, leichtes Dichtelement erreicht werden kann, dessen Innenraum über die offene Seite und beispielsweise vorteilhaft über einen sich durch Spiel zu einem angrenzenden Bauteil ergebenden Freiraum mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Zudem kann durch das Spiel eine gewünschte Beweglichkeit des Grundkörpers erreicht werden, so dass sich das Dichtelement mit seinen Dichtflächen vorteilhaft dichtend an korrespondierende Dichtflächen anlegen kann.
Ferner kann mit einem entsprechenden Profil im Innenraum eine vorteilhaft große Wirkfläche für das Druckmittel geschaffen werden, und es kann zu dem angrenzenden Bauteil, bei einem Schwenkmotor insbesondere in radialer Richtung nach außen oder in radialer Richtung nach innen, vorteilhaft eine einzelne, in sich geschlossene Dichtfläche erreicht werden. Der Grundkörper kann dabei ein U-Profil, ein W-Profil oder sonstige, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende, entsprechende Profile aufweisen. Bei einem U-Profil mit einer ersten und einer zweiten Seitenwange sowie einem Bodenteil kann jedoch ein besonders konstruktiv einfaches Bauteil erreicht werden, das kostengünstig in einem Stanz-Biegeprozess herstellbar ist, und bei dem insbesondere eine von den Seitenwangen abgewandte Außenfläche des Bodenteils einfach als Dichtfläche ausgebildet werden kann.
Ist diese Außenfläche konvex ausgestaltet, kann eine vorteilhaft kleine, linienhafte, einfach eindeutig bestimmbare Dichtfläche bzw. Kontaktfläche zu einem angrenzenden Bauteil erreicht werden, wobei die Außenfläche vorteilhaft gewölbt ausgeführt ist, wodurch diese wiederum vorteilhaft einfach und kostengünstig in einem Biegeprozess herstellbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das erste Federelement an einer vom Bodenteil abgewandten Stirnseite der ersten Seitenwange angeformt ist. Ungewünschte Einflüsse des Federelements und dessen Anformbereichs auf die Dichtwirkung können zumindest weitgehend vermieden werden, und zwar insbesondere auf die Dichtwirkung in axialer Richtung.
Weist das erste Federelement zwei sich in axialer Richtung des Grundkörpers erstreckende Federarme auf, kann eine zumindest weitgehend symmetrisch verteilte, durch das Federelement bedingte, gleichmäßige Dichtanpresskraft erreicht werden, und zwar insbesondere, wenn an der zweiten Seitenwange, an deren vom Bodenteil abgewandten Stirnseite ein dem ersten Federelement entsprechendes zweites Federelement angeformt ist. Ferner können die Federelemente an der vom Bodenteil abgewandten Stirnseite konstruktiv einfach verschiedenartigst ausgeführt werden, so dass unterschiedlichste Federkennlinien für verschiedene Dichtelemente erreicht werden können.
Ist an der ersten Seitenwange an deren vom Bodenteil abgewandten Stirnseite eine sich in Richtung der zweiten Seitenwange erstreckende erste Lasche angeformt, kann ein Verhaken zweier gleichartiger Dichtelemente, beispielsweise beim Transport oder bei einer Aufbewahrung in einem Sammelbehälter, vorteilhaft zumindest weitgehend vermieden werden. Diesbezüglich wirkt sich zudem vorteilhaft aus, wenn an der zweiten Seitenwange, an deren vom Bodenteil abgewandten Stirnseite eine sich in Richtung der ersten Seitenwange erstreckende zweite Lasche angeformt ist, und die Laschen insbesondere in axialen Endbereichen des Grundkörpers angeformt sind.
Das Dichtelement ist vorteilhaft aus einem Federstahlblech hergestellt, wodurch insbesondere eine hohe Formstabilität, eine hohe Verschleißbeständigkeit, hohe und dauerhafte Dichtanpresskräfte und gute Reibeigenschaften, insbesondere mit korrespondierenden Bauteilen aus Aluminium, erreichbar sind. Ferner ist Federstahlblech kostengünstig erhältlich, und es sind vorteilhaft dünne Wandstärken und ein geringes Gewicht realisierbar. Dabei wird vorteilhaft ein Federstahlblech mit einer Stärke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm verwendet, wobei grundsätzlich umso kleinere Radien und umso kompaktere Dichtelemente erzielt werden können, je kleiner die Stärke des Federstahlblechs gewählt wird. Grundsätzlich kann das Dichtelement jedoch auch aus anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Materialien hergestellt sein, wie beispielsweise aus einem speziellen Kunststoff usw.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 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.
Dabei zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Schwenkmotors für eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit zwei Dichtelementen,
2 ein Dichtelement des Schwenkmotors aus 1 schräg von oben,
3 das Dichtelement aus 2 in einer Seitenansicht,
4 das Dichtelement aus 2 in einer Draufsicht und
5 das Dichtelement aus 2 mit einem über dem Dichtelement und unter dem Dichtelement wirkenden Druck eines Druckmittels im Betrieb.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Schwenkmotors für eine Nockenwellenverstellvorrichtung, und zwar eines Kraftfahrzeugs. Der Schwenkmotor umfasst ein Flügelrad 27 mit sich radial nach außen erstreckenden Flügeln 28, 28' und ein das Flügelrad 27 umgebendes Bauteil 29 mit nicht näher dargestellten, sich radial nach innen erstreckenden Segmenten. Die Flügel 28, 28' des Flügelrads 27 grenzen mit ihren radialen Stirnseiten in radialer Richtung nach außen an einem die Segmente tragenden Ring des Bauteils 29 an, wobei die Segmente mit ihren radialen Stirnseiten in radialer Richtung nach innen an einem die Flügel 28, 28' tragenden Ring des Flügelrads 27 angrenzen, so dass zwischen den Flügeln 28, 28' und den Segmenten abgegrenzte Druckräume gebildet sind. In den radial nach außen weisenden Stirnseiten der Flügel 28, 28' ist jeweils eine sich in axialer Richtung des Flügelrads 27 erstreckende Nut 30, 30' eingebracht, in denen jeweils ein Dichtelement aus einem Federstahlblech montiert ist.
Die Flügel 28, 28' und die Dichtelemente sind jeweils identisch ausgestaltet, so dass nachfolgend die Beschreibung auf eine der beiden Flügel und auf eines der beiden Dichtelemente begrenzt werden kann. Bei den nachfolgend nicht näher beschriebenen Mitteln sind die Details mit denselben Ziffern versehen wie bei den beschriebenen Mitteln, die zur Unterscheidung lediglich durch ein Apostroph gekennzeichnet sind.
Das in einem Stanzbiegevorgang hergestellte Dichtelement weist einen langgestreckten Grundkörper 10 mit einem U-Profil mit einer ersten und einer zweiten Seitenwange 13, 14 sowie einem Bodenteil 15 auf (1 bis 4). Das Dichtelement erstreckt sich in axialer Richtung über den gesamten Flügel 28 und ist mit Spiel quer zu dessen Längserstreckung in der Nut 30 angeordnet.
An vom Bodenteil 15 abgewandten Stirnseiten 18, 21 der Seitenwangen 13, 14 des Grundkörpers 10 ist jeweils ein Federelement 17, 22 angeformt, und zwar in axialer Richtung im mittleren Bereich des Grundkörpers 10. Die Federelemente 17, 22 bilden eine dem Bodenteil 15 gegenüberliegende Deckseite und umfassen jeweils zwei sich in axialer Richtung des Grundkörpers 10 erstreckende Federarme 19, 20. Die Federarme 19, 20 sind jeweils ausgehend von ihrer Anlenkstelle an den Seitenwangen 13, 14 in axialer Richtung nach außen in einem ersten Bereich mit einer konstanten Breite, in einem zweiten Bereich verjüngend und in einem dritten Bereich wiederum mit einer konstanten Breite ausgeführt. Ferner weisen die Federarme 19, 20 jeweils ausgehend von ihrer Anlenkstelle an den Seitenwangen 13, 14 einen zunehmenden Abstand zum Bodenteil 15 auf und sind kurz vor ihren freien Enden in Richtung Bodenteil 15 abgewinkelt, so dass in axialer Richtung jeweils ein großer Abstand zwischen Kontaktstellen 32, 33, 34, 35 der Federarme 19, 20 entsteht. Dabei sind die Abwinklungen der Federarme 19, 20 dergestalt, dass die freien Enden der Federarme 19, 20 in einen Innenraum 11 des Grundkörpers 10 ragen, so dass die freien Enden vor der Umgebung geschützt sind und die Umgebung vor den freien Enden geschützt ist.
Der Grundkörper 10 des Dichtelements ist in der Nut 30 beweglich gelagert und ist über die Kontaktstellen 32, 33, 34, 35 der Federarme 19, 20, 23, 24 am Grund der Nut 30 des Flügels 28 abgestützt (1). Die Federelemente 17, 22 drücken den Grundkörper 10 mit einer von den Seitenwangen 13, 14 abgewandten Außenfläche 16 des Bodenteils 15 mit einer ersten Dichtanpresskraft radial nach außen gegen einen Innenumfang des Bauteils 29. Die Außenfläche 16 ist konvex gekrümmt ausgestaltet, so dass diese eine sich im mittleren Bereich in axialer Richtung des Grundkörpers 10 erstreckende, linienhafte Dichtfläche bildet.
Der von den Seitenwangen 13, 14 und dem Bodenteil 15 begrenzte Innenraum 11 des Grundkörpers 10 wird im Betrieb zur Erzeugung einer die erste Dichtanpresskraft verstärkenden zweiten Dichtanpresskraft mit Druckmittel 12 beaufschlagt, die sich zu einer resultierenden Dichtanpresskraft F aufsummieren (5). Der Innenraum 11 wird dabei über einen durch das Spiel bedingten Freiraum 31, und zwar in Umfangsrichtung auf einer Hochdruckseite, mit dem Druckmittel 12 beaufschlagt (1). Ferner wird der Innenraum 11 über einen nicht näher dargestellten Axialspalt zwischen dem Flügelrad 27 und dem Bauteil 29 mit Druckmittel 12 beaufschlagt.
Der Grundkörper 10 wird über das Druckmittel 12 mit einer eine Dichtfläche bildenden Außenseite der Seitenwange 14 gegen eine parallel zur Seitenwange 14 verlaufende Seitenwand der Nut 30 gedrückt. Im radial inneren Bereich wirkt im Betrieb über dem Dichtelement im Wesentlichen ein auf der Hochdruckseite vorliegender Hochdruck 36, während im radial äußeren Bereich unter dem Dichtelement in Umfangsrichtung ausgehend von der Hochdruckseite in Richtung zur Niederdruckseite der Hochdruck 36 nur bis ca. zur Mitte des Dichtelements wirkt und ab der Mitte ein auf der Niederdruckseite herrschender Niederdruck 37 wirkt (5). Wird die Hochdruckseite zur Niederdruckseite und die Niederdruckseite zur Hochdruckseite, wird das Dichtelement über das Druckmittel 12 mit einer eine Dichtfläche bildenden Außenseite der Seitenwange 13 gegen eine parallel zur Seitenwange 13 verlaufende Seitenwand der Nut 30 gedrückt. Im radial äußeren Bereich wirkt unter dem Dichtelement wirkt in Umfangsrichtung ausgehend von der neuen Hochdruckseite in Richtung zur neuen Niederdruckseite der Hochdruck 36 bis ca. zur Mitte des Dichtelements, und ab der Mitte wirkt der auf der Niederdruckseite herrschende Niederdruck 37.
Das Dichtelement dichtet einen Radialspalt zwischen dem Flügel 28 des Flügelrads 27 und dem Bauteil 29 ab, wobei grundsätzlich auch denkbar wäre, dass das Dichtelement zusätzlich einen Axialspalt abdichtet. Ferner ist denkbar, dass entsprechende Dichtelemente verwendet werden, um die Segmente des Bauteils 29 radial nach innen gegen das Flügelrad 27 abzudichten.
Um ein Verhaken mehrerer Dichtelemente beim Transport oder bei der Lagerung derselben zu vermeiden, ist an der ersten Seitenwange 13, an deren vom Bodenteil 15 abgewandten Stirnseite 18 sowie an der zweiten Seitenwange 14, an der vom Bodenteil abgewandten Stirnseite 21 jeweils eine sich zur gegenüberliegenden Seitenwange 13 bzw. 14 erstreckende Lasche 25, 26 angeformt, und zwar in axialen Endbereichen des Grundkörpers 10.

Claims

Dichtelement, insbesondere zur Abdichtung zwischen einem Flügelrad eines Schwenkmotors und einem das Flügelrad umgebenden Bauteil, das wenigstens ein an einem Grundkörper angeformtes erstes Federelement zur Erzeugung einer ersten Dichtanpresskraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) einen Innenraum (11) aufweist, der zur Erzeugung einer die erste Dichtanpresskraft verstärkenden zweiten Dichtanpresskraft mit Druckmittel (12) beaufschlagbar ist.
Dichtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) zumindest ein zu drei Seiten geschlossenes und zu einer Seite offenes Profil mit einer ersten und einer zweiten Seitenwange (13, 14) sowie einem Bodenteil (15) aufweist.
Dichtelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine von den Seitenwangen (13, 14) abgewandte Außenfläche (16) des Bodenteils (15) zumindest eine erste Dichtfläche bildet.
Dichtelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (16) konvex ausgestaltet ist.
Dichtelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (17) an einer vom Bodenteil (15) abgewandten Stirnseite (18) der ersten Seitenwange (13) angeformt ist.
Dichtelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (17) zwei sich in axialer Richtung des Grundkörpers (10) erstreckende Federarme (19, 20) aufweist.
Dichtelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Seitenwange (14), an deren vom Bodenteil (15) abgewandten Stirnseite (21) ein zweites Federelement (22) angeformt ist.
Dichtelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seitenwange (13), an deren vom Bodenteil (15) abgewandten Stirnseite (18) eine sich in Richtung der zweiten Seitenwange (14) erstreckende Lasche (25) angeformt ist.
Dichtelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Seitenwange (14), an deren vom Bodenteil (15) abgewandten Stirnseite (21) eine sich in Richtung der ersten Seitenwange (13) erstreckende Lasche (26) angeformt ist.
Dichtelement nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (25, 26) in axialen Endbereichen des Grundkörpers (10) angeformt sind.
Dichtelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Herstellung aus einem Federstahlblech.
Schwenkmotor, insbesondere für eine Nockenwellenverstellvorrichtung, mit einem Flügelrad (27) und einem das Flügelrad (27) umgebenden Bauteil (29) sowie mit einem Dichtelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Schwenkmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement in einer Nut (30) mit Spiel quer zu dessen Längserstreckung angeordnet und der Innenraum (11) über einen durch das Spiel bedingten Freiraum (31) mit dem Druckmittel (12) beaufschlagbar ist.