DE19827160A1

DE19827160A1 - Abdichtung einer Drehübertragungsvorrichtung für ein Servomittel

Info

Publication number: DE19827160A1
Application number: DE19827160A
Authority: DE
Inventors: Michael Haag
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 1999-12-23
Also published as: US6202612B1

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Abdichtung einer Drehübertragungsvorrichtung (2) für ein Servomittel, bei welcher auf Dichtringe oder ähnliches verzichtet werden kann. Erfindungsgemäß ist ein ringförmiger Dichtspalt (12) vorgeschlagen, welcher axial beidseits einer Servomittelzufuhr verläuft. Aufgrund einer speziellen Werkstoffauswahl und konstruktiven Gestaltung in diesem Bereich verkleinert sich der Dichtspalt (12) mit zunehmender Erwärmung der Vorrichtung (2). Diese Verkleinerung wirkt der abnehmenden Viskosität des Servomittels entgegen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung einer Drehübertragungsvorrichtung für ein Servomittel, mit einem äußeren Bauteil, das eine Bohrung aufweist, in die wenigstens ein Pfad für das Servomittel mündet, in welcher Bohrung ein vor zugsweise rotationssymmetrischer Körper wie eine Achse oder Welle mit einem Außenmantelbereich verläuft, welcher Körper von bevorzugt je einem Kanal je Pfad geschnitten ist, wobei das Bauteil und der Körper relativ zueinander um eine Axiallinie des Körpers rotieren bzw. der Körper um seine Axiallinie in der Bohrung des Bauteils rotiert, wobei ein Einlaß des jeweiligen Kanals zum Pfad derart fluchtet, daß ein Übertritt des Servomittels bei bestimmten Drehstellun gen oder sämtlichen Drehstellungen von Körper und Bauteil zueinander er möglicht ist und wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Werkstoffs vom Bauteil größer als der vom Körpers ist.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Abdichtungen von Drehübertragungsvorrichtungen finden im Maschi nen- und Kraftfahrzeugbau große Anwendung. Beispielsweise werden sie auch zur Zufuhr von Servomittel zu einer Vorrichtung zum hydraulischen Relativver stellen einer Nockenwelle eingesetzt, die in einen Ventiltrieb einer Brennkraft maschine eingebaut ist. So geht aus der JP 04-252 814 für den Fachmann die zuletzt genannte Vorrichtung hervor, deren Servomittelzufuhr über einen axial äußeren Steg eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine hergestellt ist. Dabei erfolgt die Abdichtung der Drehübertragungsvorrichtung über die relativ große axiale Länge der Dichtfläche im Bereich des Pfades zur Zufuhr des Servomittels und einer Ringnut am Außenmantel der Nockenwelle.

Auch sind aus dem Stand der Technik Lösungen vorbekannt, bei denen die Drehübertragungsvorrichtung durch beidseits der Pfade oder Kanäle angeord nete Dichtringe erfolgt. Diese Variante ist hinsichtlich ihres Bearbeitungsaufwan des nachteilig. Auch kann es während des Betriebes der jeweiligen Vorrichtung dazu kommen, daß diese Ringe sich in das gegenüberliegende Bauteil "ein graben" bzw. unerwünscht Abrieb erzeugen.

Generell haben die gattungsgemäßen Drehübertragungsvorrichtungen den Nachteil, daß mit zunehmender Erwärmung das die Bohrung aufweisende äußere Bauteil sich stärker ausdehnt als der mit seinem Außenmantelbereich in der Bohrung verlaufende Körper. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Bauteil aus einem Aluminiumwerkstoff und der Körper aus Stahl besteht. Somit vergrößert sich mit zunehmender Temperatur in unerwünschter Art und Weise der Leckspalt zwischen den abzudichtenden Teilen. Verstärkt wird dieser Leckeffekt noch dadurch, daß mit der genannten Erwärmung die Viskosität des verwendeten Servomittels sinkt. Aufgrund der somit verbesserten rheologischen Eigenschaften des Hydraulikmittels ist zusätzlich mit dessen erhöhtem Verlust zu rechnen.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung einer Drehüber tragungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei welcher die zitierten Nachteile beseitigt sind und bei der über alle Temperaturbereiche hinweg mit annähernd gleich niedrigem Verlust an Servomittel zu rechnen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

- daß entweder der Körper im Bereich der Drehübertragungsvorrichtung eine nutförmige Aussparung hat und über diese in der Bohrung des Bauteils verläuft oder das der Körper im Bereich der Drehübertragungsvorrichtung einen ringför migen Ansatz besitzt, der in einer Ringaussparung der Bohrung des Bauteils verläuft,
- daß zwischen Seitenwänden der Aussparung und anliegenden Stirnseiten des Bauteils oder zwischen Stirnseiten des Ansatzes und anliegenden Seitenwänden des Körpers je ein ringförmiger Dichtspalt für das Servomittel ausgebildet ist und
- daß der Dichtspalt in Abhängigkeit einer Kombination der Werkstoffe von Bauteil und Körper derartig dimensioniert ist, daß über alle Betriebstempera turen der Drehübertragungsvorrichtung hinweg eine annhähernd gleich geringe Leckmenge an Servomittel vorliegt.

Somit wird ein zwischen den Seitenwände der Aussparung und anliegenden Stirnseiten des Bauteils befindlicher Minimalspalt als Dichtspalt für das Servo mittel verwendet. Durch konstruktiv geschickte Bestimmung der Spaltgröße bei Umgebungstemperatur durch den Konstrukteur ist mit einer annähernd gleich großen Leckmenge an Servomittel über alle Temperaturbereiche hinweg wäh rend des Betriebes der Drehübertragungsvorrichtung zu rechnen. Auf zusätzli che Bauteile wie die eingangs genannten Dichtringe kann verzichtet werden. Auch braucht der Außenmantelbereich des Körpers im Bereich der Drehüber tragungsvorrichtung nicht als Dichtlänge verwendet werden. Hierdurch kann die Drehübertragungsvorrichtung axial relativ kurzbauend realisiert werden. Gleich zeitig ist am Dichtspalt ein Axiallager für den Körper/die Welle hergestellt, wobei zwischen dem Außenmantel des Körpers und der Bohrung des äußeren Steges ein Radiallager gebildet ist.

Ein Einsatz der erfindungsgemäßen Drehübertragungsvorrichtung bezieht sich beispielsweise auf eine Vorrichtung zum hydraulischen Relativverstellen einer Nockenwelle in bezug auf ein sie treibendes Antriebsrad einer Brennkraftma schine. Dort erfolgt beispielsweise die Zufuhr des Servomittels zur Vorrichtung über Stege des Zylinderkopfes oder separate, die Nockenwelle umschließende Zuführbrillen. Der Schutzbereich dieser Erfindung ist jedoch ausdrücklich nicht nur auf Abdichtungen an den zuletzt genannten Vorrichtungen beschränkt. Es sind eine Vielzahl von Drehübertragungsvorrichtungen denkbar, auch derartige, bei denen das Bauteil und der Körper zueinander eine Drehbewegung aus führen.

In zweckmäßiger Konkretisierung der Erfindung kann der Einlaß in den Kanal des Körpers als Ringnut im Außenmantelbereich des Körpers hergestellt werden. Vorteilhafterweise ist diese Ringnut axial nach außen zu einer Seitenwand der Aussparung begrenzt.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann der Einlaß des Kanals auch als Ringnut in der Bohrung der Lagerstelle gefertigt sein und ebenfalls axial nach außen zu einer Seitenwand der Aussparung begrenzt werden. Diese Maßnahme ist hinsichtlich des Fertigungsaufwandes besonders günstig.

Vorgeschlagen ist es, daß Bauteil aus einem Aluminium- und die Nockenwelle aus einem Stahlwerkstoff zu fertigen. Wichtig ist es für die Erfindung jedoch lediglich, daß die entsprechenden Werkstoffe für die jeweilige Anwendung derartig gepaart werden, daß der ringförmige Dichtspalt sich mit zunehmender Erwärmung der Bauteile und gleichzeitig abnehmender Viskosität des Servo mittels derartig verkleinert, daß stets mit einer in etwa gleich geringen Leckmen ge an Hydraulikmittel zu rechnen ist.

Schließlich ist als Servomittel ein Hydraulikmittel wie Motorenöl vorgeschlagen. Dieses ist beim Einsatz der erfindungsgemäßen Abdichtung im Bereich einer Brennkraftmaschine ohnehin leicht verfügbar. Jedoch ist auch an ein Servomittel wie Bremsflüssigkeit und ähnliches gedacht.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert:

Es zeigen die Fig. 1 und 2 zweckmäßige Ausgestaltungen einer Abdichtung einer Drehübertragungsvorrichtung, hier am Beispiel einer Abdichtung an einer Vorrichtung zum hydraulischen Relativverstellen einer Nockenwelle in bezug auf ein sie treibendes Antriebsrad, die in einen Ventiltrieb einer Brennkraftma schine eingebaut ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 offenbart eine Abdichtung einer Drehübertragungsvorrichtung 2 für ein Servomittel. Die Vorrichtung 2 besteht aus einem äußeren Bauteil 3, das hier als Steg eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine hergestellt ist. Das äußere Bauteil 3 besitzt eine Bohrung 4, die als Lagerschale ausgebildet ist. In der Bohrung 4 ist mit einem Außenmantelbereich 5 ein rotationssymmetrischer Körper 6 (Nockenwelle) abgestützt. Der Körper 6 rotiert um seine eigene Achse in dem Bauteil 3. Die Bohrung 4 ist von zwei axial beabstandeten Pfaden 7 zur Zuführung des Servomittels geschnitten.

Der Körper 6 ist im Bereich der Drehübertragungsvorrichtung 2 mit einer nutförmigen Aussparung 8 versehen, die axial durch Seitenwände 9 begrenzt ist. Axial durch den Körper 6 verläuft je Pfad 7 ein Kanal 10. Jeder Kanal 10 besitzt einen Einlaß 11, der hier in jeder Drehstellung des Körpers 6 zum Bauteil 3 mit dem Pfad 7 kommuniziert. Der Einlaß 11 ist nach Fig. 1 als Ringnut herge stellt. Die Pfade 7 verlaufen axial derartig weit außen, daß eine Begrenzung für den Einlaß 11 die jeweils benachbarte Seitenwand 9 bildet.

Nach der Erfindung erfolgt eine Abdichtung der Drehübertragungsvorrichtung 2 über einen zwischen einer Stirnseite 13 des Bauteils 3 und den Seitenwänden 9 des Körpers 6 gebildeten Dichtspalt 12. Da das Bauteil 3 so ausgewählt ist, daß es einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizient als der Körper 6 besitzt, verkleinert sich mit zunehmender Temperatur dieser Dichtspalt 12. Diese Spaltverkleinerung wiederum kompensiert zumindest annähernd die mit steigen der Temperatur abnehmende Viskosität des Servomittels. Somit ist über alle Temperaturbereiche der Drehübertragungsvorrichtung 2 hinweg mit einer annä hernd gleich geringen Leckmenge an Servomittel zu rechnen. Es werden keine zusätzlichen Bauteile wie Dichtringe benötigt bzw. kann die Drehübertragungs vorrichtung 2 axial relativ klein bauen, da man auf die axiale Dichtlänge im Außenmantelbereich 5 verzichten kann.

Eine alternative Ausgestaltung zu der in Fig. 1 gezeigten Variante geht aus Fig. 2 hervor. Hiernach ist der Einlaß 11 des Kanals 10 als Ringnut in der Bohrung 4 hergestellt.

Bezugszeichenliste

2

Drehübertragungsvorrichtung

3

äußeres Bauteil, Steg

4

Bohrung, Lagerschale

5

Außenmantelbereich

6

Körper, Nockenwelle

7

Pfad

8

Aussparung

9

Seitenwand

10

Kanal

11

Einlaß, Ringnut

12

Dichtspalt

13

Stirnseite

Claims

1. Abdichtung einer Drehübertragungsvorrichtung (2) für ein Servomittel, mit einem äußeren Bauteil (3), das eine Bohrung (4) aufweist, in die wenigstens ein Pfad (7) für das Servomittel mündet, in welcher Bohrung (4) ein vorzugsweise rotationssymmetrischer Körper (6) wie eine Achse oder Welle mit einem Außen mantelbereich (5) verläuft, welcher Körper (6) von bevorzugt je einem Kanal (10) je Pfad (7) geschnitten ist, wobei das Bauteil (3) und der Körper (6) relativ zueinander um eine Axiallinie des Körpers (6) rotieren bzw. der Körper (6) um seine Axiallinie in der Bohrung (4) des Bauteils (3) rotiert, wobei ein Einlaß (11) des jeweiligen Kanals (10) zum Pfad (7) derart fluchtet, daß ein Übertritt des Servomittels bei bestimmten Drehstellungen oder sämtlichen Drehstellungen von Körper (6) und Bauteil (3) zueinander ermöglicht ist und wobei der Wärme ausdehnungskoeffizient des Werkstoffs vom Bauteil (3) größer als der vom Körpers (6) ist, dadurch gekennzeichnet,

1. daß entweder der Körper (6) im Bereich der Drehübertragungsvorrichtung (2) eine nutförmige Aussparung (8) hat und über diese in der Bohrung (4) des Bauteils (3) verläuft oder das der Körper (6) im Bereich der Drehübertragungs vorrichtung (2) einen ringförmigen Ansatz besitzt, der in einer Ringaussparung der Bohrung (4) des Bauteils (3) verläuft,
2. daß zwischen Seitenwänden (9) der Aussparung (8) und anliegenden Stirn seiten (13) des Bauteils (3) oder zwischen Stirnseiten des Ansatzes und anliegen den Seitenwänden des Körpers (6) je ein ringförmiger Dichtspalt (12) für das Servomittel ausgebildet ist und
3. daß der Dichtspalt (12) in Abhängigkeit einer Kombination der Werkstoffe von Bauteil (3) und Körper (6) derartig dimensioniert ist, daß über alle Betriebs temperaturen der Drehübertragungsvorrichtung (2) hinweg eine.annhähernd gleich geringe Leckmenge an Servomittel vorliegt.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung an einer Vorrichtung zum hydraulischen Relativverstellen einer Nockenwelle in bezug auf ein sie treibendes Antriebsrad eingesetzt ist, welche Vorrichtung in einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, wobei das Bauteil (3) vorzugsweise ein Steg des Zylinderkopfes oder ein mit dem Zylinderkopf verbundenes Element mit seiner als Lagerschale ausgebildeten Bohrung (4) ist, in welcher der als Nockenwelle hergestellte Körper (6) mit seinem Außenman telbereich (5) gelagert ist, wobei radial durch den Steg der zumindest eine Pfad (7) zur Zuleitung des Servomittels zu wenigstens einer Druckkammer der Vorrichtung zur Lagerschale verläuft.

3. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (11) des Kanals (10) als Ringnut im Außenmantelbereich (5) der Nockenwelle herge stellt ist, die axial nach außen von einer Seitenwand (9) der Aussparung (8) begrenzt sein kann, wobei der Kanal (10) axial durch oder entlang der Noc kenwelle verläuft und die Ringnut axial oder radial schneidet (Fig. 1).

4. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (11) des Kanals (10) als Ringnut in der Bohrung (4) der Lagerschale hergestellt ist, die axial nach außen von einer Seitenwand (9) der Aussparung (8) begrenzt sein kann, wobei der Kanal (10) axial durch oder entlang der Nockenwelle verläuft und die Ringnut axial oder radial schneidet (Fig. 2).

5. Abdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (3) / die Lagerschale aus einem Aluminiumwerkstoff und der Körper (6) / die Nockenwelle aus einem Stahlwerkstoff gefertigt sind.

6. Abdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Servomittel ein Hydraulikmittel wie Motorenöl eingesetzt ist.