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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die dazu geeignet ist, eine Radialdichtung für Verbrennungsmotoren zu verbessern.
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STAND DER TECHNIK
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Wie bekannt, werden Radialwellendichtungen, die auch als Lippendichtungen bekannt sind, zum Dichten rotierender Elemente, wie etwa einer Welle, verwendet. Die Dichtungskonstruktion besteht aus einer gefederten Hauptdichtungslippe, die einen Punktkontakt mit der Welle aufweist. Für eine richtige Funktionsweise der Dichtungen muss eine Komponente, innerhalb derer eine Radialwellendichtung angeordnet ist, mit großer Präzision bezüglich der Wellendichtungsoberfläche positioniert sein, so dass die Dichtung konzentrisch zur Welle angeordnet ist.
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Verbrennungsmotoren sind in großem Umfang mit Radialwellendichtungen ausgerüstet. Ein Beispiel ist eine ölfeste Dichtung zwischen der Kurbelwelle und dem Steuergehäusedeckel, wo die Kurbelwelle aus dem Motordeckel axial vorragt.
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In einem solchen Fall ist die Wellendichtungsoberfläche ein Teil einer Riemenscheibe, die an der Kurbelwelle nach dem Steuergehäusedeckel montiert werden muss, wobei die Radialwellendichtung am Steuergehäusedeckel bereits angebracht ist.
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Toleranzstapelanalysen haben gezeigt, dass die erforderliche Präzision auch mit einem gedübelten Steuergehäusedeckel (ein Stift zentriert den Deckel auf dem Motorblock) nicht erreichbar ist. Dies liegt an einer sehr langen Toleranzkette, die von vielen an der relativen Zentrierung zwischen Deckel und Welle beteiligten Komponenten verursacht wird. Eine Reduzierung der Toleranzen wäre eine Möglichkeit, doch ist dies sehr teuer und aufgrund anderer Beschränkungen (Geometrie, Material usw.) nicht immer möglich. Eine andere Möglichkeit wäre die Verkürzung der Toleranzkette.
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Es besteht folglich Bedarf an einem neuen Design rund um die Dichtung, das die Verkürzung der Toleranzkette zwischen der Welle und dem anderen Teil (zum Beispiel dem Motordeckel) ermöglicht, der zur Welle konzentrisch sein muss.
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Ein Ziel eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist die Bereitstellung einer Montagevorrichtung zur Verbesserung einer Radialwellendichtung eines Verbrennungsmotors.
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Diese Ziele werden mit einer Vorrichtung und durch einen Verbrennungsmotor mit den in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen erreicht.
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Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Aspekte.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Ausführungsbeispiel der Offenbarung schafft eine Montagevorrichtung zum Zentrieren einer Radialwellendichtung zwischen einem äußeren stationären Element mit einem äußeren Dichtungssitz und einem inneren Rotationselement mit einem inneren Dichtungssitz, wobei das äußere stationäre Element, die Radialwellendichtung und die Montagevorrichtung zusammen angeordnet sind und die Montagevorrichtung als zylindrische Hülse geformt ist, versehen mit nachstehend aufgeführten Elementen:
- – einer äußeren zylindrischen Oberfläche, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser des inneren Dichtungssitzes ist,
- – einer zur äußeren zylindrischen Oberfläche konzentrischen Manschette, wobei die Manschette vom Rotationselement geführt wird, und
- – einem Griff zum Herausziehen der zylindrischen Hülse.
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Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Radialwellendichtung aufgrund der Tatsache, dass die Montagevorrichtung zusammen mit dem Steuergehäusedeckel und der Radialwellendichtung angeordnet ist und damit eine Gruppe gebildet wird und die Montagevorrichtung vom Rotationselement geführt wird, in den zwei Dichtungssitzen gut zentriert ist und folglich weder Dübel und kostspielige Oberflächenbearbeitungen noch spezifische Installationswerkzeuge in der Montagelinie erforderlich sind.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird die zylindrische Hülse mittels einer äußeren Oberfläche in die Radialwellendichtung eingesteckt.
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Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die zylindrische Hülse nicht bloß durch die Radialwellendichtung fixiert wird, da die federlose Lippe sehr welch ist, sondern in die Radialwellendichtung über ihre äußere zylindrische Oberfläche eingesteckt wird, weil die Radialwellendichtung dort wesentlich robuster ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Manschette mit einer inneren zylindrischen Oberfläche versehen, die mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche des Rotationselements gekoppelt ist.
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Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass eine solche Kopplung die Führung der Montagevorrichtung mit Bezug auf das Rotationselement gewährleistet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das innere Rotationselement eine Motorkurbelwelle und eine Riemenscheibe, die an der Kurbelwelle fest montiert ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das äußere stationäre Element ein Steuergehäusedeckel.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsbeispiele besteht darin, dass eine solche Montagevorrichtung auf einen Verbrennungsmotor angewendet werden kann, so dass Leckverluste von der Kurbelwelle aus dem Motordeckel vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weißt die äußere zylindrische Oberfläche der zylindrischen Hülse einen Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des inneren Dichtungssitzes der Radialwellendichtung auf, der eine äußere zylindrische Oberfläche der Riemenscheibe ist.
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Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht in der Gewährleistung der Zentrierung der Radialwellendichtung im spezifischen Ausführungsbeispiel, das eine Riemenscheibe für das Verteilersystem umfasst.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Offenbarung schafft einen Verbrennungsmotor, der mit einer Kurbelwelle, einem Steuergehäusedeckel und einer Radialwellendichtung ausgerüstet ist, die zwischen dem Steuergehäusedeckel und einer Riemenscheibe montiert ist, die an der Kurbelwelle angebracht ist, wobei die Zentrierung der Radialwellendichtung mittels einer Montagevorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele durchgeführt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele werden nachstehend exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:
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1 stellt ein Automobilsystem dar.
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2 ist eine Querschnittansicht eines Verbrennungsmotors, der zu dem Automobilsystem der 1 gehört.
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3 ist eine Ansicht der Baugruppe, welche die Radialwellendichtung enthält.
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4 zeigt eine Rückansicht (4a) und eine Vorderansicht (4b) einer Montagevorrichtung, welche die Dichtung verbessert.
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5 zeigt eine Querschnittansicht vor der Anbringung des Steuergehäusedeckels mit der Montagevorrichtung der 4.
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6 zeigt eine Querschnittansicht nach der Anbringung des Steuergehäusedeckels mit der Montagevorrichtung der 4.
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7 ist eine Detailansicht der am Steuergehäusedeckel angebrachten zylindrischen Hülse.
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DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Einige Ausführungsbeispiele können ein Automobilsystem 100 umfassen, wie in 1 und 2 dargestellt, das einen Verbrennungsmotor (ICE) 110 mit einem Motorblock 120 enthält, der wenigstens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 begrenzt, der zur Rotation einer Kurbelwelle 145 angekoppelt ist. Ein Zylinderkopf 130 wirkt mit dem Kolben 140 zusammen, um eine Brennkammer 150 zu begrenzen.
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Ein (nicht dargestelltes) Kraftstoff/Luft-Gemisch wird in die Brennkammer 150 eingebracht und gezündet, woraus heiße, expandierende Gase resultieren, die eine Hin-und-her-Bewegung des Kolbens 140 auslösen. Der Kraftstoff wird von mindestens einer Kraftstoffeinspritzdüse 160 zugeführt, und die Luft durch mindestens eine Einlassöffnung 210. Der Kraftstoff wird mit Hochdruck in die Einspritzdüse 160 von einer Kraftstoffleitung 170 zugeführt, die in Fluidkommunikation mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 180 steht, welche den Druck des von einer Kraftstoffquelle 190 kommenden Kraftstoffs erhöht.
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Jeder der Zylinder 125 weist mindestens zwei Ventile 215 auf, die von einer Nockenwelle 135 betätigt werden, welche in Abstimmung mit der Kurbelwelle 145 rotiert. Die Ventile 215 lassen über die Öffnung 210 selektiv Luft in die Brennkammer 150 und lassen abwechselnd Abgase durch eine Öffnung 220 ausdringen. In einigen Beispielen kann ein Nockenwellenversteller 155 die Taktung zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 selektiv variieren.
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Die Luft kann über einen Ansaugkrümmer 200 zu der/den Lufteinlassöffnung(en) 210 verteilt werden. Ein Lufteinlasskanal 205 kann dem Ansaugkrümmer 200 die Luft aus der Umgebung zuführen. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein Drosselklappengehäuse 330 dazu vorgesehen sein, die Luftströmung in den Ansaugkrümmer 200 zu regeln. In noch anderen Ausführungsbeispielen kann ein Druckluftsystem, wie beispielsweise ein Turbolader 230, mit einem drehbar an einer Turbine 250 gekoppelten Kompressor 240, vorgesehen sein. Die Rotation des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft im Kanal 205 und im Krümmer 200. Eine im Kanal 205 angeordnete Ladeluftkühlung 260 kann die Lufttemperatur reduzieren. Die Turbine 250 dreht sich infolge des Eintretens von Abgasen aus einem Abgaskrümmer 225, der die Abgase von den Abgasöffnungen 220 und über eine Reihe von Flügeln vor der Expansion durch die Turbine 250 leitet. Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden einer Abgasanlage 270 zugeführt. In diesem Beispiel ist eine Turbine mit fester Geometrie (VGT) 250 mit einem VGT-Stellglied 290 dargestellt, das dazu angeordnet ist, die Flügel zur Änderung der Strömung der Abgase durch die Turbine zu bewegen. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Turbolader 230 eine Turbine mit fester Geometrie einschließlich einer Ladedruckregelklappe sein.
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Die Abgasanlage 270 kann ein Abgasrohr 275 mit einer oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 umfassen. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können jede Vorrichtung sein, die dazu konfiguriert ist, die Zusammensetzung der Abgase zu ändern. Einige Beispiele für Nachbehandlungsvorrichtungen 280 umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, (Zwei- oder Dreiweg-)-Katalysatoren, Oxidationskatalysatoren, NOx-Speicherkatalysatoren, Kohlenwasserstoff-Adsorber und SCR-Abgasreinigungssysteme. Andere Ausführungsbeispiele können ein Abgasrückführungssystem (EGR) 300 umfassen, das zwischen dem Abgaskrümmer 225 und dem Ansaugkrümmer 200 angekoppelt ist. Das EGR-System 300 kann einen EGR-Kühler 310 zur Senkung der Temperatur der Abgase im EGR-System 300 umfassen. Ein EGR-Ventil 320 steuert eine Abgasströmung im EGR-System 300.
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Das Automobilsystem 100 kann ferner eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 450 in Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Vorrichtungen in Verbindung mit dem ICE 110 umfassen. Unter derartigen Vorrichtungen sind Glühkerzen 360, eine für jeden Zylinder, verfügbar.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend eine Montagevorrichtung beschrieben, wobei die Montagevorrichtung eine Radialdichtung eines Verbrennungsmotors verbessert. Es ist zu beachten, dass diese Montagevorrichtung auch für andere Anwendungen als Verbrennungsmotoren nutzbar ist, zumal die Erfindung eine allgemeine Anwendbarkeit für Radialdichtungen beansprucht. Allgemeine Beispiele umfassen Federbeindichtungen, Dichtungen für hydraulische Pumpen, Achsendichtungen, Dichtungen für Servolenkungen und Ventilschaftdichtungen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Montagevorrichtung auf eine Dichtung zwischen der Motorkurbelwelle und dem Steuergehäusedeckel angewendet. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Baugruppe dargestellt, die die Radialwellendichtung enthält. An der Vorderseite des Motors 110 treibt die Kurbelwelle 145 bekanntlich die Motorverteilungs- und/oder zusätzliche Komponenten an. Dies erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Zahnrades 530 oder einer Riemenscheibe 520. Insbesondere die Riemenscheibe, die einen Riemen antreibt, ist außerhalb des Steuergehäusedeckels 510 angeordnet, weshalb die Kurbelwelle aus dem Gehäusedeckel hervorragen sollte. Ein Bolzen 540 verbindet die Riemenscheibe fest mit der Kurbelwelle. Da die Kurbelwelle geschmiert ist, bedarf es einer Dichtung, um einen Ölaustritt aus dem Gehäusedeckel zu verhindern. In der Regel dient eine Radialwellendichtung 500 dazu, Ölleckverluste zu verhindern. Die Radialwellendichtung ist zwischen dem Steuergehäusedeckel und der Riemenscheibe angebracht, insbesondere zwischen einem äußeren Dichtungssitz 512, der eine innere zylindrische Oberfläche des Gehäusedeckels ist, und einem inneren Dichtungssitz 522, der eine äußere zylindrische Oberfläche der Riemenscheibe ist.
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Bei der Montage des Motors muss der Gehäusedeckel mit der bereits daran montierten Radialwellendichtung vor der Riemenscheibe an den Motorblock 120 geschraubt werden. Folglich muss der innere Dichtungssitz der Radialwellendichtung, der einen Teil einer Riemenscheibe bildet, nach dem Steuergehäusedeckel an der Kurbelwelle montiert werden. Wie erwähnt, kann die erforderliche Präzision auch mit einem gedübelten Steuergehäusedeckel nicht erreicht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Montagevorrichtung bereitgestellt, die einen inneren Dichtungssitz für die Radialwellendichtung enthält, der den Dichtungssitz auf der Riemenscheibe reproduziert, jedoch zusammen mit dem Steuergehäusedeckel angebracht und von der Kurbelwelle geführt werden kann, so dass die Dichtung mit der Welle konzentrisch ist. Dahinter steckt die Idee, eine zylindrische Versandhülse zu verwenden, die in die Radialwellendichtung eingeführt wird. Diese Versandhülse dient ursprünglich dazu, die Wellendichtung während Lagerung und Transport zu schützen; sie wird auf jede neue Wellendichtung bzw. jeden Steuergehäusedeckel mit vormontierter Wellendichtung aufgebracht.
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In 4 ist eine Rückansicht (4a) und eine Vorderansicht (4b) der Montagevorrichtung zur Verbesserung der Dichtung dargestellt. Eine solche Montagevorrichtung wird zur Zentrierung einer Radialwellendichtung 500 zwischen einem äußeren stationieren Element 510 (beispielsweise dem Steuergehäusedeckel) und einem inneren Rotationselement 515 verwendet (beispielsweise der Kurbelwelle 145 mit dem Zahnrad 530 und der Riemenscheibe 520). Die Montagevorrichtung ist als zylindrische Hülse 600 geformt, die mit einer ersten äußeren Oberfläche 602, einer zweiten äußeren zylindrischen Oberfläche 605 in Entsprechung zu einem inneren Dichtungssitz, einer zur äußeren zylindrischen Oberfläche 605 konzentrischen Manschette 610, wobei die Manschette vom Rotationselement geführt wird, und einem Griff 620 ausgerüstet ist, um die zylindrische Hülse herauszuziehen, nachdem der Steuergehäusedeckel auf dem Motorblock 120 befestigt worden ist.
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Die Manschette 610 ist mit einer inneren zylindrischen Oberfläche 615 versehen, die mit einer äußeren zylindrischen Oberfläche 525 des Rotationselements 515 gekoppelt ist, wo die Riemenscheibe positioniert wird.
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In 5 ist eine Querschnittansicht vor der Anbringung des Steuergehäusedeckels mit der Montagevorrichtung der 4 dargestellt, während in 6 eine Querschnittansicht nach Anbringung des Steuergehäusedeckels mit der Montagevorrichtung der 4 dargestellt ist. Wie zu sehen, ist die Radialwellendichtung zwischen dem Deckel und der Hülse angebracht, insbesondere zwischen dem äußeren Dichtungssitz 512 auf dem Deckel und dem inneren Dichtungssitz 605 auf der Hülse. Die Hülse ist auf der Kurbelwelle dank der Kopplung zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche 525 der Kurbelwelle und der inneren zylindrischen Oberfläche 615 der Manschette 610 der Hülse 600 zentriert. Nachdem der Steuergehäusedeckel an den Motorblock geschraubt wurde, kann die Hülse leicht mit Hilfe des Griffes 620 demontiert und die Riemenscheibe 520 kann an der Kurbelwelle angebracht werden.
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In 7 ist ein Detail der am Steuergehäusedeckel angebrachten zylindrischen Hülse dargestellt. Die zylindrische Hülse 600 ist nicht nur durch die Radialwellendichtung 500 befestigt, da die federlose Lippe sehr weich ist. Sie wird über ihre erste äußere Oberfläche 602 in die Radialwellendichtung gesteckt, da die Radialwellendichtung an dieser Stelle wesentlich fester ist. Die zweite äußere zylindrische Oberfläche 605 der Hülse dient nur dem Schutz der Radialwellendichtung und fixiert sie mit einer gewissen Vorspannung auf der Stelle.
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Dank der Verwendung einer solchen Montagevorrichtung sind weder Dübel oder teure Oberflächenbearbeitungen, noch spezifisches Installationswerkzeug in der Montagelinie erforderlich. Die Händlerwerkstätte benötigt auch keine spezifischen Installationswerkzeuge. Da eine neue Radialwellendichtung diese spezifische Versandhülse enthält, ist die Positioniervorrichtung immer zur Hand.
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Während in der voranstehenden Zusammenfassung und detaillierten Beschreibung wenigstens ein exemplarisches Ausführungsbeispiel präsentiert wurde, ist zu beachten, dass eine große Zahl von Variationen besteht. Es ist zudem zu beachten, dass das exemplarische Ausführungsbeispiel oder die exemplarischen Ausführungsbeispiele nur Beispielcharakter haben und nicht geeignet sind, den Geltungsumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration wie auch immer zu beschränken. Vielmehr geben die voranstehenden Zusammenfassung und die detaillierte Beschreibung einschlägig bewanderten Fachleuten eine praktische Anleitung zur Implementierung wenigstens eines exemplarischen Ausführungsbeispiels zur Hand, wobei zu beachten ist, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und Anordnung der im exemplarischen Ausführungsbeispiel beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsumfang abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen und deren rechtsgültigen Äquivalenten festgelegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Automobilsystem
- 110
- Verbrennungsmotor
- 120
- Motorblock
- 125
- Zylinder
- 130
- Zylinderkopf
- 135
- Nockenwelle
- 140
- Kolben
- 145
- Kurbelwelle
- 150
- Brennkammer
- 155
- Nockenversteller
- 160
- Kraftstoffeinspritzdüse
- 165
- Kraftstoffeinspritzanlage
- 170
- Kraftstoffleitung
- 180
- Kraftstoffpumpe
- 190
- Kraftstoffquelle
- 200
- Ansaugkrümmer
- 205
- Lufteinlasskanal
- 210
- Einlassöffnung
- 215
- Ventile
- 220
- Öffnung
- 225
- Abgaskrümmer
- 230
- Turbolader
- 240
- Kompressor
- 245
- Turboladerwelle
- 250
- Turbine
- 260
- Ladeluftkühler
- 270
- Abgasanlage
- 275
- Abgasrohr
- 280
- Nachbehandlungsvorrichtungen
- 290
- VGT-Stellglied
- 300
- Abgasrückführung
- 310
- EGR-Kühler
- 320
- EGR-Ventil
- 330
- Drosselklappengehäuse
- 360
- Zündkerzen
- 450
- ECU
- 500
- Radialwellendichtung
- 510
- Äußeres stationäres Element/Steuergehäusedeckel
- 512
- Äußerer Dichtungssitz der Radialwellendichtung
- 515
- Inneres Rotationselement
- 520
- Riemenscheibe
- 522
- Innerer Dichtungssitz der Radialwellendichtung
- 525
- Äußere zylindrische Oberfläche des inneren Rotationselements
- 530
- Zahnrad
- 540
- Bolzen
- 600
- Montagevorrichtung/zylindrische Hülse
- 602
- Erste äußere Oberfläche der Hülse
- 605
- Zweite äußere zylindrische Oberfläche der Hülse
- 610
- Manschette der Hülse
- 615
- Innere zylindrische Oberfläche der Manschette
- 620
- Griff der Hülse
