DE10307471A1

DE10307471A1 - Wellendurchführung

Info

Publication number: DE10307471A1
Application number: DE2003107471
Authority: DE
Inventors: Matthias Brendle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-11-18

Abstract

Bei einer Wellendurchführung mit einer Durchgangsöffnung (18) und einer durch die Durchgangsöffnung (18) hindruchtretenden, um ihre Längsachse drehbaren Stellwelle (12), sowie mit einer Dichtung (20) zum gas- und/oder flüssigkeitsdichten Abdichten der Durchgangsöffnung (18) ist zur Erzielung einer auch bei tiefen Temperaturen leckagefreien, zuverlässigen Abdichtung der Durchgangsöffnung (18) die Dichtung (20) von einem drehelastischen Schlauch (21) gebildet. Der Schlauch (21) ist mit seinem einen Endabschnitt (211) auf einen die Durchgangsöffnung (18) zumindest über einen Teil ihrer Axiallänge umschließenden Stutzen (19) und mit seinem anderen Endabschnitt (212) auf die Stellwelle (12) aufgeschoben. Die beiden Endabschnitte (211, 212) sind jeweils dichtend und drehfest auf Stutzen (19) und Stellwelle (12) festgelegt (Fig. 1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Wellendurchführung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Eine solche Wellendurchführung dient zum gas- und/oder flüssigkeitsdichten Durchführen einer Stell- oder Antriebswelle durch Wandbereiche, die ein gasförmiges oder fluides Medium nach außen abschotten. Die Stellwelle verbindet dabei ein im Medium schwenkbar angeordnetes Stellorgan mit einer jenseits des Wandbereichs außerhalb des Mediums angeordneten Stelleinheit, die ihrerseits über die Stellwelle eine notwendige Schwenkstellung des Stellorgans herbeiführt.

Eine solche Wellendurchführung findet sich beispielsweise in Drosselklappenstelleinheiten für Brennkraftmaschinen. Eine solche Drosselklappenstelleinheit ist in der DE 41 22 801 C1 beschrieben. Die Abdichtung der Durchgangsöffnung im Wandbereich ist hier durch einen auf die Stellwelle aufgeschobenen, außen an der Trennwand anliegenden Dichtring vorgenommen, der entweder auf der Stellwelle festgesetzt ist, an der Trennwand schleift und die Durchgangsöffnung axial abdichtet oder an der Trennwand befestigt ist, auf der Stellwelle schleift und die aus der Durchgangsöffnung austretende Stellwelle radial abdichtet.

Eine solche Abdichtung verursacht erhebliche Reibung im Antriebssystem für das Stellorgan, insbesondere aufgrund des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Dichtungsmaterials bei Extremtemperaturen und bei Druckaufbau in der Durchgangsöffnung. Außerdem sind, wenn auch geringe, Leckagen nicht zuverlässig auszuschließen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Wellendurchführung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer zuverlässigen, leckagefreien, elastischen Abdichtung der drehenden Durchführung der Stellwelle durch die Durchgangsöffnung im Wandbereich. Der drehelastische Schlauch überzieht den am Wandbereich ausgebildeten Stutzen und den dem Stutzen vorgelagerten Wellenabschnitt der Stellwelle. Die Festlegung der Schlauchenden auf Stutzen und Wellenabschnitt ist gas- und/oder flüssigkeitsdicht ausgeführt und überträgt das für das Verdrehen des Schlauchs erforderliche Drehmoment. Die dabei auftretende maximale Dehnung des Schlauchs liegt unter dessen zulässiger maximalen Dehnung. Der Schlauch ist ein einfaches, kostengünstiges Dichtelement ohne Metallteile. Er erzeugt an der Stellwelle nur sehr geringe Reibung und unterliegt praktisch keinem Verschleiß. Die Anforderung an Stellwelle und Stutzen hinsichtlich des Werkstoffs und der Härte ihrer Oberfläche zur Erzielung einer dichtenden Festlegung der Endabschnitte des Schlauchs sind äußerst gering.

Durch die in den weiteren Ansprüche aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Wellendurchführung möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Schlauch ein torsionsweiches Profil auf. Unter einem torsionsweichen Profil wird hier ein Profil verstanden, das im Verhältnis zum Querschnitt ein kleines Widerstandmoment gegen Torsion besitzt. Ein typisches Beispiel für ein solches torsionsweiches Profil ist eine sternförmige Kontur des Schlauchs. Aufgrund des torsionsweichen Profils braucht beim Verstellen der Stellwelle ein nur extrem kleines Torsionsmoment auf den Schlauch aufgebracht zu werden, so dass die Leichtgängigkeit der Verstellung des Stellorgans nicht nachteilig beeinflusst wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auf dem Stutzen und auf der Stellwelle je ein über den Außenmantel radial überstehender, umlaufender Wulst ausgebildet sowie mindestens ein Nocken, vorzugsweise mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, Nocken angeordnet, der bzw. die radial vom Außenmantel abstehen. Wulst und Nocken werden von jeweils einem Endabschnitt des Schlauchs übergriffen. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird eine einfache, dichtende und drehfeste Verbindung zwischen den Innenflächen der Schlauchendabschnitte einerseits und der Außenfläche der Stellwelle bzw. des Stutzens anderseits erzielt.

Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ausschnittweise einen Längsschnitt einer Drosselklappenstelleinheit mit einer Wellendurchführung durch einen eine Drosselklappe aufnehmenden Drosselstutzen,
2 eine perspektivische Darstellung eines Schlauchs der Wellendurchführung in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3 einen Schnitt längs der Linie III-III in 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 im Längsschnitt ausschnittweise dargestellte Drosselklappenstelleinheit für eine Brennkraftmaschine weist einen Drosselklappenstutzen 10 auf, in dem ein Gaskanal 11 verläuft. Der Gaskanal 11 führt beispielsweise von einem Luftfilter zu einem Brennraum oder zu mehreren Brennräumen der Brennkraftmaschine. Durch den Gaskanal 11 kann dabei Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch strömen. Quer durch den Gaskanal 11 erstreckt sich eine Drosselklappenwelle 12, im folgenden Stellwelle 12 genannt, die im Drosselklappenstutzen 10 mittels reibarmer Lager 13, 14 schwenkbar gelagert ist. An der Drosselklappenwelle 12 ist mittels Befestigungsschrauben 15 eine Drosselklappe 16 befestigt, die je nach Schwenkstellung einen mehr oder weniger großen Querschnitt des Gaskanals 11 zu verschließen bzw. freizugeben vermag. Die Stellwelle 12 ist beispielsweise zwischen zwei Endstellungen um 90° schwenkbar, wobei die Drosselklappe 16 in der einen, in 1 dargestellten Endstellung der Stellwelle 12 den Gaskanal 11 nahezu vollständig verschließt und in der anderen Endstellung der Stellwelle 12 den Gaskanal 11 maximal öffnet.
Die Stellwelle 12 ist mittels einer Wellendurchführung 17 gasdicht aus dem Drosselklappenstutzen 10 herausgeführt. Die Wellendurchführung 17 umfasst eine die Drosselklappenwelle 12 konzentrisch mit Radialspalt umschließende Durchgangsöffnung 16, die in dem in 1 rechten Wandbereich 101 des Drosselklappenstutzens 10 eingebracht ist, einen einstückig vom Wandbereich 101 sich koaxial zur Drosselklappenwelle 12 fortsetzenden Stutzen 19, der ebenfalls die Durchgangsöffnung 18 umschließt, sowie eine die Durchgangsöffnung 18 gasdicht abdichtende Dichtung 20. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das eine Lager 14 der Drosselklappenwelle 12 in der Wellendurchführung 17 angeordnet und stützt die Drosselklappenwelle 12 innerhalb der Durchgangsöffnung 18 drehbar ab.
Die Dichtung 20 besteht aus einem drehelastischen Schlauch 21, der aus einem Elastomer hergestellt ist. Der Schlauch 21 ist mit seinem einen Endabschnitt 211 auf den Stutzen 19 und mit seinem anderen Endabschnitt 212 auf die Stellwelle 12 aufgeschoben. Die beiden Endabschnitte 211, 212 sind jeweils dichtend und drehfest auf dem Stutzen 19 bzw. auf der Stellwelle 12 festgelegt. Die Endabschnitte 211, 212 sind dabei den Außenkonturen von Stutzen 19 und Stellwelle 12 im Aufschiebebereich für den Schlauch 21 angepasst und weisen hierzu in dem Ausführungsbeispiel der 1 ein kreisringförmiges Profil auf, da Stutzen 19 und Stellwelle 12 im Aufschiebebereich zylinderförmig ausgeführt sind. Zur dichtenden und drehfesten Festlegung der beiden Endabschnitte 211, 212 trägt sowohl der Stutzen 19 als auch die Stellwelle 12 einerseits einen über die Außenfläche radial überstehenden umlaufenden Wulst 22 und andererseits im Axialabstand davon mindestens einen von der Außenflächen radial nach außen abstehenden Nocken 23. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind insgesamt vier um gleichen Umfangswinkel zueinander versetzte Nocken 23 vorhanden. Wulst 22 und Nocken 23 werden jeweils von einem Endabschnitt 211 bzw. 212 des Schlauchs 21 übergriffen, wobei die Endabschnitte 211, 212 sich elastisch auf diese und auf die Außenfläche von Stutzen 19 und Stellwelle 12 aufpressen. Wulst 22 und Nocken 23 garantieren eine gasdichte und drehfeste Verbindung zwischen dem Schlauch 21 einerseits und dem Stutzen 19 bzw. der Stellwelle 12 andererseits, die ein für das Verdrehen des Schlauchs 21 erforderliches Drehmoment zu übertragen vermag.
Zwischen den beiden Endabschnitten 211 und 212 besitzt der Schlauch 21 ein torsionsweiches Profil. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das Profil 24 kreisringförmig ausgeführt. Damit in dem zwischen den auf Stutzen 19 und Stellwelle 12 festgelegten Endabschnitten 211 und 212 sich erstreckenden Bereich des Schlauchs 21 keine zusätzliche Reibung zwischen Schlauch 21 und Stellwelle 12 beim Verdrehen des Schlauchs 21 auftritt, ist die Stellwelle 12 in dem Bereich der den Endabschnitt 212 des Schlauchs 21 aufnimmt, im Durchmesser größer ausgeführt als in ihrem übrigen Bereich, der in den Drosselklappenstutzen 10 eingeführt ist.
Wie nicht weiter dargestellt ist, ist das in 1 sich an den durchmessergrößeren Bereich der Stellwelle 12 anschließende Wellenende der Stellwelle 12 an eine motorische oder mechanische Stelleinheit ankoppelbar, durch deren Betätigung die Stellwelle 12 um einen entsprechenden Schwenkwinkel um ihre Längsachse schwenkbar ist.
In 2 und 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schlauchs 21 dargestellt, wie er bei der Wellendurchführung 17 in 1 verwendet werden kann. Der Schlauch 21 weist in dem Bereich zwischen seinen zwei wiederum mit ringförmigem Profil ausgeführten Endabschnitten 211, 212 ein sternförmiges Profil auf, wie dies aus der Schnittdarstellung in 3 zu entnehmen ist. Dieses sternförmige Profil ist ebenfalls torsionsweich, so dass zur Verdrehung des mit seinen Schlauchenden einerseits auf dem feststehenden Stutzen 19 und andererseits auf der schwenkenden Stellwelle 12 undrehbar festgelegten Schlauchs 21 ein nur sehr kleines Torsionsmoment von der Stelleinheit aufgebracht werden muss.
Die vorstehend beschriebene Wellendurchführung 17 ist nicht auf die Verwendung in einer Drosselklappenstelleinheit beschränkt. Sie kann bei allen Klappen- oder Stellorganantrieben zum Einsatz kommen, wenn entsprechender Bauraum vorhanden ist. Sie wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn hohe Dichtheit oder der Betrieb bei sehr tiefen Temperaturen gefordert wird.

Claims

Wellendurchführung mit einer einen Wandbereich (101) durchstoßenden Durchgangsöffnung (18) und einer durch die Durchgangsöffnung (18) hindurchtretenden, um ihre Längsachse drehbaren Stellwelle (12), sowie mit einer die Durchgangsöffnung (18) gegenüber einem nichtfesten Medium abdichtenden Dichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (18) zumindest über einen Teil ihrer Axiallänge von einem Stutzen (19) umschlossen ist und dass die Dichtung (20) von einem mit seinem einen Endabschnitt (211) auf dem Stutzen (19) und mit seinem anderen Endabschnitt (212) auf der Stellwelle (12) aufgeschobenen, drehelastischen Schlauch (21) gebildet ist, dessen Endabschnitte (211, 212) jeweils dichtend und drehfest auf Stutzen (19) und Stellwelle (12) festgelegt sind.
Wellendurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (21) zumindest außerhalb seiner Endabschnitte (211, 212) ein torsionsweiches Profil aufweist.
Wellendurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil kreisringförmig ist.
Wellendurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil sternförmig ist.
Wellendurchführung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Endabschnitte (211, 212) des Schlauchs (21) auf Stutzen (19) und Stellwelle (12) kraft- und/oder formschlüssig vorgenommen ist.
Wellendurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekenrzeichnet, dass die Endabschnitte (211, 212) des Schlauchs (21) ein den Außenkonturen von Stutzen (19) und Stellwelle (12) in deren Aufschiebebereich für die Schlauchenden angepasstes Profil aufweisen.
Wellendurchführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Endabschnitte (211, 212) kreisringförmig ist und dass die Außenflächen von Stutzen (19) und Stellwelle (12) zumindest im Aufschiebebereich der Endabschnitte (211, 212) eine zylindrische Außenkontur aufweisen.
Wellendurchführung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Stutzen (19) und/oder auf der Stellwelle (12) ein über die Außenfläche radial überstehender, umlaufender Wulst (22) ausgebildet ist, der von einem Endabschnitt (211, 212) des Schlauchs (21) übergriffen ist.
Wellendurchführung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass auf Stutzen (19) und/oder Stellwelle (12) mindestens ein von der Außenfläche radial abstehender Nocken (23) angeordnet ist, der von einem Endabschnitt (211, 212) des Schlauchs (21) übergriffen ist.
Wellendurchführung nach einem der Ansprüche 1–9, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einer Drosselklappenstelleinheit für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, indem der Stutzen (19) an einem die Drosselklappe (16) aufnehmenden Drosselklappenstutzen (10) vorzugsweise einstückig angeformt ist und die Drosselklappe (16) drehfest auf der Stellwelle (12) sitzt.