EP2406471B1 - Hohlkörper mit integrierter ölabscheideeinrichtung - Google Patents

Hohlkörper mit integrierter ölabscheideeinrichtung Download PDF

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EP2406471B1
EP2406471B1 EP10702027A EP10702027A EP2406471B1 EP 2406471 B1 EP2406471 B1 EP 2406471B1 EP 10702027 A EP10702027 A EP 10702027A EP 10702027 A EP10702027 A EP 10702027A EP 2406471 B1 EP2406471 B1 EP 2406471B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow body
oil
flow
gas
swirl generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP10702027A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2406471A1 (de
Inventor
Jürgen MEUSEL
Ulf MÜLLER
Andreas Stapelmann
Daniel Paul
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Presta TecCenter AG filed Critical ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Publication of EP2406471A1 publication Critical patent/EP2406471A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2406471B1 publication Critical patent/EP2406471B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0422—Separating oil and gas with a centrifuge device
    • F01M2013/0427—Separating oil and gas with a centrifuge device the centrifuge device having no rotating part, e.g. cyclone

Definitions

  • the present invention relates to an at least partially hollow cylindrical trained and hereinafter referred to as a hollow body with body ⁇ labscheide issued according to the preamble of claim 1.
  • the hollow body is formed by a camshaft.
  • the present invention has for its object to provide a generic hollow body with integrated oil separator, by the optimized production of oil from so-called blowby gases is ensured at the lowest possible manufacturing cost.
  • blow-by gas is also referred to as oil mist or oil-laden gas.
  • the swirl generator integrated into the hollow body which here forms a first (inner) oil separation stage, has a downstream oil separation ring (arranged coaxially in the cavity of the hollow body) as viewed in the flow direction (acting as a second (inner) oil separation stage).
  • the swirl generator is thereby advantageously designed as a body extending in the axial direction of the hollow body, which has or forms at least one screw flight circumferentially, so that at least one flow channel for guiding the screw conveyor into the screw body between the body of the swirl generator and the inner wall of the hollow body Camshaft introduced oil-laden gas and the inside wall-side deposition of oil particles is formed.
  • the blowby gas to be liberated from the oil flows through at least one, in particular tangentially to the inner wall of the hollow body arranged bore.
  • a plurality of bores are provided for the introduction of the blow-by gas, wherein preferably each of the bores is arranged in particular tangentially to the inner wall of the hollow body and the bores are mutually axially offset.
  • the body of the swirl generator at least partially on a second flight.
  • the feed openings are arranged such that the incoming oil-laden air (blowby gas) - substantially without fluidic resistors or with minimized fluidic resistances - in the interior of the hollow body is passed. Since the blow-by gas is sucked into the cavity of the hollow body essentially by a negative pressure generated in the interior of the hollow body, it is attempted to substantially maintain this underpressure by minimizing flow resistances.
  • the required negative pressure can be generated for example by a coupled to the cavity of the camshaft pump.
  • the second flight is advantageously designed so that it extends approximately over half of a complete screw winding of a total of 360 °.
  • the or each worm gear may be formed such that the pitch of the respective worm gear varies.
  • the slopes of the two flights are the same size, wherein the slope is predetermined by the total of the first (longer) flight or is dependent on the requirements of the same.
  • the pitch varies such that the distances of the screw walls of a flight and thus the cross section the flow paths or flow channels formed by the screw walls become smaller. As a result, the blow-by gas is further accelerated in the course of its flow path and the existing in the cavity of the hollow body vacuum substantially maintained.
  • one or more discharge openings can be provided in the hollow body on the shell side, whereby a flow-guiding element disposed in the cavity of the hollow body downstream of the discharge openings that is cleaned of the oil, in the axial direction through the hollow body flowing gas is deflected in the direction of the radial discharge opening (s) to the outside.
  • the separated oil which flows along the inner wall of the hollow body in the flow direction, is discharged from the hollow body through one or more shell-side oil discharge openings arranged in front of the shell-side discharge openings for the gas in the flow direction.
  • this has at a plurality of locations bearing portions over which it cooperates in the installed state with a corresponding bearing means.
  • these bearing sections are formed as hardened, smooth surfaces which cooperate with a corresponding bearing body for the rotatable mounting of the hollow body.
  • the bearing can be designed as a sliding bearing or as any rolling bearing.
  • the or each radial discharge opening for discharging the separated oil and / or for discharging the cleaned blowby gas are advantageously arranged in the region of a bearing section.
  • the bearing device cooperating with the bearing also has corresponding discharge openings or discharge channels. In this case, the discharge openings and the corresponding discharge channels can be arranged substantially rectified and parallel.
  • the discharge openings for oil or gas are each offset axially and arranged opposite one another in the hollow body and in the storage device.
  • a bypass channel is integrated in the swirl generator.
  • the bypass channel is formed by an axial, open on both sides (through) bore through the hollow body.
  • the bypass bore is pressure-dependent releasable via an integrated bypass valve.
  • the hollow body has at least one further shell-side supply opening for introducing oil laden gas into the hollow space of the hollow body. This is another Supply opening arranged in front of the swirl generator on the at least one discharge opening facing away from the swirl generator.
  • Fig. 1 is schematically the oil separator according to the invention or an inventive hollow body 2, which is also referred to below as the shaft body 2 or as a camshaft 2, shown with integrated oil separator.
  • the ⁇ labscheide worn is thereby formed by an axially hollow shaft body 2 with a cavity 3, a disposed in the cavity 3 swirl generator 4, an oil separator ring 5 and a ⁇ lab 1500kanal 6 and a Gasab technicallykanal 7.
  • the camshaft 2 has a feed opening 9 a longitudinal axis 9 a, wherein the longitudinal axis 9 a is not equal to any radial axis through the center of the shaft body 2.
  • the longitudinal axis 9a of the feed opening 9 extends such that a bore wall section 9a 'extending parallel thereto (or its extended axis, Fig. 2 ) of the feed opening 9 tangentially to the circular inner wall 2a seen in cross-section (hereinafter also referred to as lateral surface 2a) of the cavity 3, in which it opens, runs.
  • a bore wall section 9a 'extending parallel thereto (or its extended axis, Fig. 2 ) of the feed opening 9 tangentially to the circular inner wall 2a seen in cross-section (hereinafter also referred to as lateral surface 2a) of the cavity 3, in which it opens, runs.
  • lateral surface 2a Under tangential to the inner wall of the shaft body 2 extending bore is to be understood within the meaning of the invention, which is positioned differently from a radial arrangement of a bore, that the bore transitionless (stepless) in the circular cross-sectional profile of the inner wall of the shaft body.
  • a plurality of supply openings 9 are introduced into the camshaft 2, which are then preferably distributed over the circumference of the camshaft 2 and axially spaced relative to the central axis of the camshaft 2.
  • the swirl of the blowing gas flowing into the cavity 3 and thus also the efficiency of the oil separation device can be increased again.
  • blades 2S. which are arranged on the outer circumference of the camshaft 2 in the region of the feed openings 9, which promote flow of the blow-by gas into the cavity 3 of the shaft body 2 ( Fig. 3 ).
  • the blades 2S can be fixed to the camshaft 2 by material, force and / or positive locking methods.
  • the swirl generator 4 arranged downstream of the feed openings 9 has a substantially helical shape, wherein it has at least one helix thread S circumferentially. It is through the helix S between the body of the swirl generator 4 and the inner wall 2a of the shaft body 2, a flow channel SW for guiding the introduced oil-laden gas (oil mist, blow-by gas) is formed.
  • the at least one feed opening 9 is arranged relative to the initial region of the at least one screw flight S of the swirl generator 4 such that the pressure loss is minimized by a flow deflection.
  • the swirl generator 4 is split functionally over its entire length into two subsections I and II. In this case, the section I is arranged upstream of the section II in the flow direction.
  • a helical Strömungsweg- or flow channel section is formed with the lateral surface 2a of the cavity 3, wherein the slope of the Scheckenganges S (or the flights S1, S2) over the length of the sections I and II may vary - in particular decreases in the flow direction. Furthermore, the pitch can also be formed differently within the sections I and II.
  • the slope in the sections I and II can directly influence the flow cross-section of the flow channel SW; SW1, SW2 of the swirl generator 4 are taken, and thus the flow velocity in the flow channel SW; SW1, SW2 are affected. For example, a reduction in the flow cross-section A causes an increase in the flow velocity in the corresponding flow channel section.
  • the swirl generator 4 at least partially have a further screw S2.
  • the second helical gear S2 extends in the illustrated embodiment, approximately over half of a complete (extending over 360 °) screw winding. He is in the same direction (same sense of direction) formed to the course of the first flight S1 and with respect to its axial starting point in the direction of flow (after) offset - in particular offset by about the length of half a helical gear - arranged.
  • two parallel flow paths SW1, SW2 with the lowest possible flow resistance can be formed, at least in certain regions, especially at the beginning of the screw flight.
  • the swirl generator 4 or its worm thread S or its worm threads S1, S2 are arranged in relation to the feed openings 9 in the shaft body 2 that the or each feed opening 9 opens into the cavity 3 of the shaft body 2 before the start of the first screw.
  • the swirl generator 4 is rigidly fixed in the cavity 3 of the shaft body 2, so that it performs the rotational movement of the driven camshaft 2 with.
  • the swirl generator 4 can via material, positive or non-positive connections in the shaft body 2 be arranged.
  • the swirl generator 4 has projections with which it is held in shell-side openings of the shaft body 2.
  • the swirl generator 4 is made of a material which resists well the heat occurring in the area of the camshaft 2 and the contact with oil.
  • the blow-in gas entering the cavity 3 via the feed opening 9 is forced by the swirl generator 4 into an additional swirl, as a result of which larger centrifugal forces act on the oil floating in the blow-by gas.
  • the oil particles drops and / or solid particles, which can not follow the flow, are thus deposited on the lateral surface 2a of the cavity 3 as an oil film.
  • the centrifugal force caused by the swirl generator 4 is so great that even low-mass oil particles are separated off.
  • the oil film is driven further downstream by the flow.
  • the swirl generator 4 imposes a twist on the blowby gas, which increases the proportion and mass of the oil particles floating in the oil mist as the radial distance from the axis of the camshaft 2 increases.
  • a (a second oil separation stage forming) downstream of the swirl generator 4 arranged Ülabscheidering 5 is located directly in the enriched in the shell-side cavity area with oil particles gas stream.
  • the oil separation ring 5 is partially supported with its circumference on the lateral surface 2a of the cavity 3.
  • the oil separator ring 5 is shown in various preferred embodiments.
  • the ⁇ labscheidering 5 is in each embodiment for the flow in the region of the lateral surface a significant Strömungshindemis in the form of a baffle.
  • the floating in the blowby gas oil particles can not follow the rapid change of direction on the oil separator ring 5, bounce against the end face of the ⁇ labscheideringes 5 and so separated from the oil mist.
  • the oil ring 5 is fixed in the desired position in the cavity 3 of the shaft body 2 by means of material, positive or non-positive methods known from the prior art.
  • the oil separator ring 5 is designed in a simple embodiment as a solid annular impact element (annular baffle plate).
  • FIG. 5b is the ⁇ labscheidering according to FIG. 5a ) provided with a plurality of holes or rows of holes.
  • a system of interconnected cavities can be formed by an arrangement of a plurality of identical annular disks, which are rotationally offset and held together via connector elements 5b in a composite, so that a labyrinth of cavities penetrating the oil separation ring 5 is formed.
  • the end face of the oil separator ring 5 further represents a baffle element, whereas the labyrinth is a combination of baffle and deflection elements.
  • the oil separation ring 5 also comprises a plastic or metal braid ( FIG. 5c )), which forms a plurality of cavities and labyrinths, wherein the oil separation ring 5 then preferably comprises a hollow cylindrical support ring T ( FIG. 5d )), which supports the braid and also serves to fix the braid in the cavity 3.
  • the oil separation ring 5 In no case is the oil separation ring 5 with its entire circumference on the lateral surface 8 at. Rather, the oil separator ring 5 has corresponding circumferential recesses 5 a, so that the separated oil can flow as an oil film along the jacket surface 8 of the cavity 3, through the recesses in the circumferential circumferential surface of the oil separation ring 5.
  • FIGS. 5e) and 5f illustrated embodiment of the ⁇ labscheiderings 5 is the sintered material, the plastic or metal mesh and / or the perforated metal sheet rings a closed ring 50 (end ring) with circumferential radially outwardly facing web portions 50a (support webs for radial support in the cavity 3) arranged downstream in the flow direction.
  • the support ring T which carries / holds the sintered material, braid and / or the perforated metal rings, prevents the entrainment of the already deposited in ⁇ labscheidring oil towards the center of the hollow body.
  • the closed ring 50 represents a further impact element for the flow and offers the gas stream flowing through the oil separation ring 5 in its labyrinthic separation regions only the possibility of moving radially outwards in the direction of the inner wall 2 a of the hollow body 2.
  • the ⁇ labscheidering 5 is flowed through or flowed through by the oil mist, so that the oil particles are deposited on this and flow to the already on the lateral surface of the cavity 3 (due to the first oil separator "swirl generator") located oil film.
  • the radial flow of oil in the oil separator 5 is caused by the rotation of the camshaft 2.
  • a discharge of the separated oil by an inclined mounting position of the shaft body target: expiration by weight and slope
  • other suitable measures such as a special guide the purified gas stream (target: "entrainment” of the separated oil) can be achieved.
  • the additional oil separator connected downstream of the swirl generator 4 is designed as a ring, a minimum flow cross section (inner cross section of the ring) for the gas stream is always provided.
  • the oil separator is effectively and reliably protected against loss of function by freezing or clogging.
  • the oil discharge channel 6 and the gas discharge channel 7 Downstream of the oil separation ring 5, for example at the end of the shaft body 2, there is the oil discharge channel 6 and the gas discharge channel 7 (FIG. Fig. 1 ).
  • the ⁇ labzhoukanal 6 and the Gasab technicallykanal 7 close, for example, the front side of the camshaft 2 at. Since the purified gas flows exclusively in the vicinity of the axis of the camshaft 2, also the gas discharge channel 7 or its discharge opening is located near the axis of the camshaft 2, so that the gas discharge channel 7 receives and discharges only the cleaned gas.
  • a T-shaped dip tube 12 seen in cross-section protrudes with its central leg in the open end camshaft and centrally, in the near-axis region of the camshaft outlet a central gas discharge channel 7 and forms an oil discharge channel 6 at the edge with the wall of the hollow camshaft.
  • the running of the separated oil or the oil film is in a development of the oil separator by an internal phase at the end of the camshaft 2 and by the rotation of the camshaft 2 supported.
  • the angle of the phase is to be chosen so that, taking into account the installation position of the engine, an independent outflow of the oil after the deposition can be done even when the engine and thus standing camshaft 2.
  • both the ⁇ lab 1500kanal 6 and the Gasab technicallykanal 7 is integrated in a bearing means 14 for supporting the camshaft 2.
  • the components located upstream of the oil separation ring 5 and the oil separation ring 5 itself are formed in accordance with the above-described components, and thus are not repetitively described.
  • Fig. 6 is a rotatably mounted in a bearing device 14 and designed as a hollow shaft shaft body 2 shown with integrated oil separator in a partial longitudinal section.
  • the bearing device 14 comprises a bearing body 14a, which can be designed either in the form of a bearing block (formed for example by a cylinder head part) or as a separate component which can be fastened to the cylinder head.
  • the bearing device 14 in the form of the bearing body 14a, which is formed on its hollow cylindrical inner surface so as to form a sliding bearing with a hardened portion (bearing portion 2a) of the shaft body 2, be executed.
  • the bearing device 14 may have a plurality of rolling elements 14b via its hollow cylindrical inner surface, via which the shaft body 2, which is at least partially surface-hardened, is rotatably mounted. In the latter, also in the FIGS.
  • the bearing device has a sealing ring 14c through which the adjacent gas discharge channel 7 is sealed off from the area with rolling elements 14b. This prevents that not purified gas is sucked into the gas discharge channel 7 and the internal combustion engine is supplied.
  • the shaft body 2 has at least one substantially radial discharge opening 16 for discharging the oil separated from the so-called blow-by gas.
  • radial discharge openings 16, 18 are provided for oil and gas, wherein the shaft body 2 in the region of the discharge openings 16, 18 is supported by the bearing device 14.
  • the storage device 14 has for discharging the purified gas and for discharging the separated oil in each case one with the respective discharge opening 16, 18 corresponding discharge channel 6, 7 for oil or gas.
  • a radial seal 14d arranged, which has at least one of the oil discharge opening 16 as well as with the oil discharge channel 6 corresponding oil passage 6 '.
  • the radial sealing ring 14d On its inner surface, the radial sealing ring 14d has a circumferential groove N, into which the oil deposited on the inner wall of the hollow body 2 and exiting through the circumferentially distributed oil discharge openings 16 can be taken up and discharged via the oil channel 6 'opening into the groove N.
  • the radial seal 14d which is circumferentially frictionally held in the bearing device 14 and sealed by its inwardly directed on the shaft body surface sealing lips against the rotating in the radial seal 14d shaft body 2, a safe discharge of the separated oil is ensured and an aspiration in the adjacent Gas discharge channel 7 safely prevented.
  • the shaft body 2 is rotatably supported in the bearing device 14 via the rolling elements 14b.
  • the bearing portion (s) 2b of the shaft body 2 cooperating with the rolling elements 14b (rolling bearings) or portions of the bearing body 14a (plain bearings) may be made of a hardened and / or surface-treated shaft body portion (s). If the bearing device 14 is not designed as a plain bearing but as a roller bearing, roller-body-free regions are provided for arranging the discharge openings for oil or for oil and gas in the bearing device 14 or in the bearing body 14a.
  • At least one radial discharge opening (or bore) 16; 18 provided for the discharge of oil or gas.
  • a plurality of annularly distributed over the circumference of the shaft body 2 arranged holes are provided as discharge openings for gas or oil, such that one of a plurality of annularly distributed over the circumference arranged holes existing bore ring for discharging the purified blow-by gas and a bore ring for discharging the separated from the blowby gas oil is formed.
  • the or each shell-side discharge opening 16; 18 cooperates with a discharge channel 6, 7 formed in the bearing device 14 or in the bearing body 14a and corresponding to the respective discharge opening 16, 18.
  • the discharge channel 6, 7 corresponding to the respective discharge opening (s) 16, 18 is designed as an annular channel with at least one corresponding radial discharge section for discharging the oil or gas to be discharged from the shaft body 2.
  • a flow guide 15 is arranged through which the axially flowing gas flow is diverted into the at least one radial Gasabriosö réelle 18.
  • the flow guide 15 is provided circumferentially with a sealing element D in order to be able to divert as much as possible of all gas fractions of the cleaned blow-by gas via the radial discharge openings 18.
  • the flow guide 15 is substantially plug or cork-like and has on its end face, which faces the oncoming gas flow, a substantially centrally oriented conical projection 15a.
  • the flow guide 15 has a threaded bore 15c. This is used in particular for easier disassembly of the device shown.
  • the oil guide element 15b may, as in Fig. 6 shown, be made in one piece with the flow guide 15.
  • the oil guide element 15b ' may be formed as a separate component in the form of a single separating ring arranged between the Gasab Industriesö réelleen 18 and the ⁇ labzhouö réelleen 16.
  • a bypass channel 21 which can be released by means of a bypass valve 22 to release the blow-by gas an additional flow area and thus to ensure a corresponding pressure regulation within the hollow body 2.
  • the bypass channel 21 opens (as seen in the flow direction) in the end region of the swirl generator 4 into the cavity 3 preferably at an angle between 0 ° and 110 ° degrees (in particular approximately 90 ° degrees) to the longitudinal axis of the swirl generator 4.
  • the outlet angle, below which the bypass channel 21st into the cavity 3 of the shaft body 2, is preferably dimensioned such that the blow-by gas emerging from the bypass channel 21 acts on the downstream of the oil separation ring 5 (on, um- or flows through) so that this most efficient oil separation takes place.
  • the bypass channel 21 is designed in its outlet region such that the central axis of its outlet opening (or its outlet channel section) extends at an angle of approximately 90 ° to the longitudinal axis of the swirl generator 4.
  • the bypass valve 22 is connected by means of additional feed openings 23 in the hollow body 2 with the outside and is acted upon by the pressure of the blow-by gas.
  • the swirl generator 4 is designed such that it divides the cavity 3 of the shaft body 2 into two pressure-technically separate and connectable via the bypass valve 22 pressure ranges.
  • the additional feed openings 23 are separated from the at least one first feed opening 9 by a separating body region of the swirl generator 4 (in which, for example, the bypass valve 22 is arranged) in terms of flow technology. If excessive pressure is generated by a pump P connected via the gas discharge channel 7, via which the negative pressure in the cavity 3 of the shaft body 2 is generated, or if the pressure of the blowby gas in the outer region of the camshaft 2 is too great, the bypass valve 22 opens and gives the bypass channel 21 for the blow-by gas free. In this way, the pressure drop over the swirl generator 4 volume flow dependent kept almost constant and the swirl generator 4 are operated at a predetermined efficiency.
  • FIGS. 9 and 10 illustrated embodiment of the invention is at least one screw S; S1, S2 formed at least partially axially displaceable on or on the main body of the swirl generator 4 stored.
  • at least one worm gear S1, S2 (or a wall of a worm gear) is at least partially displaceable on or on the main body of the swirl generator 4, so that the cross section of the helical flow path / flow channel SW is actively changeable / adjustable.
  • Such an active adjustment can be done for example by the gas flow of the blow-by gas itself.
  • the wall or the corresponding worm gear (section) is displaceably mounted longitudinally along or on the base body of the swirl generator 4.
  • a predetermined force eg by a (return) spring
  • the sliding screw (section) is held in a predetermined position as long as a flow force greater than the spring force is generated by the blowby gas flowing through and the worm gear (section) flow pressure dependent axially is moved forward in the flow direction.
  • the axial adjustment can also be done manually or automatically depending on predetermined control parameters.
  • the slidably mounted worm gear (section) S ' is shown filled with a dot pattern, wherein in FIG. 10 one of FIG. 9 different operating position of the displaceable worm gear (abschitts) S 'is shown, in which it is displaced by a distance x seen in the flow direction.

Landscapes

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  • Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen zumindest bereichsweise hohlzylindrisch ausgebildeten und im Folgenden als Hohlkörper bezeichneten Körper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bevorzugt ist der Hohlkörper durch eine Nockenwelle gebildet.
  • Aus der WO 2006/119737 A1 ist bereits eine Hohlwelle mit integrierter Ölabscheideeinrichtung bekannt, wobei neben einem auf dem äußeren Umfang der Welle angeordneten Vorabscheider ein in den Hohlraum der Welle integrierter Drallerzeuger als Endabscheider vorgesehen ist.
  • Darüber hinaus ist bereits aus einem VDI-Bericht (VDI-Berichte Nr. 2042, 2008, Seite 152, Kapitel 4 und Bild 6) eine Nockenwelle mit integrierter Ölabscheidung bekannt, wobei im Hohlraum der Nockenwelle ein schneckenförmiger Drallerzeuger angeordnet ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen Hohlkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung bereitzustellen, durch den bei möglichst geringem herstellungstechnischen Aufwand eine optimierte Ölabscheidung aus sogenannten Blowby - Gasen gewährleistet wird. Nachfolgend wird das Blowby-Gas gleichbedeutend auch als Ölnebel oder als ölbeladens Gas bezeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Hohlkörper mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Gemäß der Erfindung ist dem in den Hohlkörper integrierten Drallerzeuger, der hier eine erste (innere) Ölabscheidestufe bildet, in Strömungsrichtung gesehen ein (als zweite (innere) Olabscheidestufe wirkender) Ölabscheidering nachgelagert (koaxial im Hohlraum des Höhlkörpers angeordnet).
  • Der Drallerzeuger ist dabei mit Vorteil als ein sich in axialer Richtung des Hohlkörpers erstreckender Körper ausgebildet, der umfänglich zumindest einen Schneckengang aufweist oder bildet, so dass durch den Schneckengang zwischen dem Körper des Drallerzeugers und der Innenwand des Hohlkörpers zumindest ein Strömungskanal zur Führung des in die Nockenwelle eingeleiteten ölbeladenen Gases und zur innenwandseitigen Abscheidung von Ölpartikeln gebildet ist. Dabei strömt das vom Öl zu befreiende Blowby-Gas durch zumindest eine, insbesondere tangential zur Innenwand des Hohlkörpers angeordnete Bohrung. Mit Vorteil sind zur Einführung des Blowby-Gases mehrere Bohrungen vorgesehen, wobei vorzugsweise jede der Bohrungen insbesondere tangential zur Innenwand des Hohlkörpers angeordnet ist und die Bohrungen untereinander axial versetzt angeordnet sind. Unter tangential zur Innenwand des Hohlkörpers verlaufender Bohrung ist im Sinne der Erfindung eine solche zu verstehen, die abweichend von einer radialen Anordnung einer Bohrung derart positioniert ist, dass die Bohrung übergangslos (stufenlos) in den im Querschnitt gesehen kreisförmigen Verlauf der Innenwand des Hohlkörpers übergeht - d.h., dass eine parallel zur Bohrungslängsachse verlaufende Bohrungsmantellinie tangential zu der im Querschnitt gesehen kreisförmigen Innenwand des Hohlkörpers angeordnet ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Körper des Draller-zeugers zumindest bereichsweise einen zweiten Schneckengang auf. Hierdurch werden zumindest bereichsweise zwei parallel verlaufende Strömungswege gebildet. Dabei ist die Ausgestaltung des Hohlkörpers mit zwei Schneckengängen mit Vorteil im Anfangsbereich des Drallerzeugers vorgesehen, und sind die Zuführöffnungen derart angeordnet, dass das einströmende ölbeladene Luft (Blowby-Gas) - im Wesentlichen ohne strömungstechnische Widerstände bzw. mit minimierten strömungstechnischen Widerständen - in das Innere des Hohlkörpers geleitet wird. Da das Blowby-Gas im Wesentlichen durch einen im Hohlkörperinneren erzeugten Unterdruck in den Hohlraum des Hohlkörpers angesaugt wird, wird versucht, diesen Unterdruck durch die Minimierung von Strömungswiderständen im Wesentlichen aufrechtzuerhalten. Der erforderliche Unterdruck kann dabei beispielsweise durch eine an den Hohlraum der Nockenwelle angekoppelte Pumpe erzeugt werden. Der zweite Schneckengang ist mit Vorteil derart ausgebildet, dass er sich in etwa über die Hälfte einer vollständigen Schneckenwindung von insgesamt 360° erstreckt.
  • Der bzw. jeder Schneckengang kann derart ausgebildet sein, dass die Steigung des jeweiligen Schneckenganges variiert. Bevorzugt sind die Steigungen der beiden Schneckengänge gleich groß, wobei die Steigung insgesamt durch den ersten (längeren) Schneckengang vorgegeben ist bzw. von den Anforderungen an denselben abhängig ist. Mit Vorteil variiert die Steigung derart, dass die Abstände der Schneckenwände eines Schneckenganges und damit der Querschnitt der durch die Schneckenwände gebildeten Strömungswege bzw. Strömungskanäle sich verkleinern. Hierdurch wird das Blowby-Gas im Laufe seines Strömungsweges weiter beschleunigt und der im Hohlraum des Hohlkörpers bestehende Unterdruck im Wesentlichen beibehalten.
  • Zur Abführung des abgeschiedenen Öls und/oder des vom Öl bereinigten Blowby-Gases können im Hohlkörper mantelseitig eine oder mehrere Abführöffnungen vorgesehen sein, wobei durch ein im Hohlraum des Hohlkörpers angeordnetes, den Abführöffnungen nachgeordnetes Strömungsleitelement dass vom Öl gereinigte, in axialer Richtung durch den Hohlkörper strömende Gas in Richtung der radialen Abführöffnung(en) nach außen umgelenkt wird. Das abgeschiedne Öl, welches in Strömungsrichtung an der Innenwand des Hohlkörpers entlang fließt, wird durch eine oder mehrere, in Strömungsrichtung gesehen vor den mantelseitigen Abführöffnungen für das Gas angeordnete mantelseitige Öl-Abführöffnungen aus dem Hohlkörper ausgeleitet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Hohlkörpers weist dieser an einer Mehrzahl von Stellen Lagerabschnitte auf, über die er im Einbauzustand mit einer entsprechenden Lagereinrichtung zusammenwirkt. Mit Vorteil sind diese Lagerabschnitte ais gehärtete, glatte Oberflächen ausgebildet, die mit einem entsprechenden Lagerkörper zur drehbaren Lagerung des Hohlkörpers zusammenwirken. Dabei kann das Lager als Gleitlager oder als beliebiges Wälzlager ausgeführt sein. Die bzw. jede radiale Abführöffnung zur Ableitung des abgeschiedenen Öls und/oder zur Ableitung des gereinigten Blowby-Gases sind mit Vorteil im Bereich eines Lagerabschnittes angeordnet. Zur Weiterführung des abgeleiteten Öls und/oder des gereinigten Blowby-Gases weist die mit der Lagerstelle zusammenwirkende Lagereinrichtung ebenfalls entsprechende Abführöffnungen bzw. Abführkanäle auf. Dabei können die Abführöffnungen sowie die entsprechenden Abführkanäle im Wesentlichen gleichgerichtet und parallel verlaufend angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform ist denkbar die Abführöffnungen für Öl bzw. Gas jeweils axial versetzt und einander gegenüberliegend im Hohlkörper und in der Lagereinrichtung anzuordnen.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in den Drallerzeuger ein Bypasskanal integriert. Der Bypasskanal ist dabei durch eine axiale, beidseitig offene (Durchgangs-)Bohrung durch den Hohlkörper gebildet. Dabei ist die Bypassbohrung über ein integriertes Bypassventil druckabhängig freigebbar. Zur strömungstechnischen Umleitung von Blowby-Gas weist der Hohlkörper zumindest eine weitere mantelseitige Zufuhröffnung zur Einleitung von mit Öl beladenem Gas in den Hohlraum des Hohlkörpers auf. Dabei ist diese weitere Zufuhröffnung vor dem Drallerzeuger auf der der zumindest einen Abführöffnung abgewandten Seite des Drallerzeugers angeordnet.
  • Weitere Vorteile und Besonderheiten sowie zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen erfindungsgemäßen Hohlkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung in einer möglichen Ausführungsform im Längsschnitt gesehen,
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch den Hohlkörper gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A,
    Fig. 3
    einen Querschnitt durch den Hohlkörper analog zu Fig. 2 in einer anderen Ausführungsform,
    Fig. 4
    einen in den Hohlkörper zu integrierenden Drallerzeuger in einer möglichen Ausführungsform in schematischer Darstellung,
    Fig. 5a)-g)
    einen Ölabscheidering in unterschiedlichen möglichen Ausführungsformen,
    Fig. 6
    einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Hohlkörpers im Bereich der Abführkanäle für Öl und Gas in einer ersten möglichen Ausführungsform im Längsschnitt gesehen,
    Fig. 7
    eine weitere mögliche Ausführungsform des Hohlkörpers im Teilbereich seiner Abführkanäle für Öl und Gas im Längsschnitt gesehen,
    Fig. 8
    einen Querschnitt durch den Hohlkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung mit Bypasskanal, und
    Fig. 9, 10
    eine ausschnittsweise Darstellung des Hohlkörpers mit integriertem Drallkörper mit axial verschiebbarem Schneckengang(abschnitt).
  • In Fig. 1 ist schematisch die erfindungsgemäße Ölabscheideeinrichtung bzw. ein erfindungsgemäßer Hohlkörper 2, der im Folgenden auch als Wellenkörper 2 oder als Nockenwelle 2 bezeichnet wird, mit integrierter Ölabscheideeinrichtung dargestellt. Die Ölabscheideeinrichtung wird dabei durch einen axial hohlen Wellenkörper 2 mit einem Hohlraum 3, einem in dem Hohlraum 3 angeordneten Drallerzeuger 4, einem Ölabscheidering 5 sowie einen Ölabführkanal 6 und einem Gasabführkanal 7 gebildet. Die Nockenwelle 2 weist eine Zuführöffnung 9 mit einer Längsachse 9a auf, wobei die Längsachse 9a ungleich einer beliebigen Radialachse durch den Mittelpunkt des Wellenkörpers 2 ist. Mit Vorteil verläuft die Längsachse 9a der Zuführöffnung 9 derart, dass ein hierzu parallel verlaufender Bohrungswandabschnitt 9a' (bzw. dessen verlängerte Achse, Fig. 2) der Zuführöffnung 9 tangential zur im Querschnitt gesehen kreisförmigen Innenwand 2a (im Folgenden auch als Mantelfläche 2a bezeichnet) des Hohlraums 3, in den sie mündet, verläuft. Unter tangential zur Innenwand des Wellenkörpers 2 verlaufender Bohrung ist im Sinne der Erfindung eine solche zu verstehen, die abweichend von einer radialen Anordnung einer Bohrung derart positioniert ist, dass die Bohrung übergangslos (stufenlos) in den im Querschnitt gesehen kreisförmigen Verlauf der Innenwand des Wellenkörpers 2 übergeht - d.h., dass ein parallel zur Bohrungslängsachse 9a verlaufender Bohrungswandabschnitt 9a' tangential zu der im Querschnitt gesehen kreisförmigen Innenwand 2a des Wellenkörpers 2 angeordnet ist bzw. verläuft. Das vom Öl zu reinigende Blowby-Gas strömt durch die tangentiale Zufuhröffnung 9 in den Hohlraum 3 und erhält bereits bei Eintritt durch die Zuführöffnung(en) 9 einen vorbestimmten Drall. Der tangentiale Verlauf der Zuführöffnungen 9 begünstigt das An- und Durchströmen des Blowby-Gases durch die Zufuhröffnungen 9 in den Hohlraum 3 und leitet zudem das Blowby-Gas unmittelbar an die Mantelfläche des Hohlraumes 3. Aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte werden schwerere Ölpartikel des Blowby-Gases an die Innenwand 2a (Mantelfläche) des Hohlraumes 3 gedrängt und dort als Ölfilm abgeschieden.
  • Bevorzugt werden mehrere Zufuhröffnungen 9 in die Nockenwelle 2 eingebracht, wobei diese dann vorzugsweise über den Umfang der Nockenwelle 2 verteilt und bezogen auf die Mittelachse der Nockenwelle 2 axial voneinander beabstandet sind. So kann der Drall des in den Hohlraum 3 strömenden Blowby-Gases und damit auch der Wirkungsgrad der Ölabscheideeinrichtung nochmals erhöht werden.
  • Bei der Ausgestaltung der Ölabscheideeinrichtung können Schaufeln 2S. die am äußeren Umfang der Nockenwelle 2 im Bereich der Zuführöffnungen 9 angeordnet sind, die Anströmung des Blowby-Gases in den Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 unterstützen (Fig. 3). Die Schaufeln 2S können durch stoff-, kraft- und/oder formschlüssige Verfahren an der Nockenwelle 2 befestigt werden.
  • Der stromabwärts nach den Zuführöffnungen 9 angeordnete (als erste Abscheidestufe wirkende) Drallerzeuger 4 ist im Wesentlichen schneckenförmig ausgebildet, wobei er umfänglich zumindest einen Schneckengang S aufweist. Dabei ist durch den Schneckengang S zwischen dem Körper des Drallerzeugers 4 und der Innenwand 2a des Wellenkörpers 2 ein Strömungskanal SW zur Führung des eingeleiteten ölbeladenen Gases (Ölnebel, Blowby-Gas) gebildet. Die mindestens eine Zuführöffnung 9 ist relativ zum Anfangsbereich des mindestens einen Schneckengangs S des Drallerzeugers 4 derart angeordnet, dass der Druckverlust durch eine Strömungsumlenkung minimiert ist. Der Drallerzeuger 4 ist über seine Gesamtlänge in zwei Teilabschnitte I und II funktional aufgeteilt. Dabei ist der Teilabschnitt I in Strömungsrichtung gesehen vor dem Teilabschnitt II angeordnet. In den Teilabschnitten I und II ist mit der Mantelfläche 2a des Hohlraums 3 ein wendelförmiger Strömungsweg- bzw. Strömungskanalabschnitt gebildet, wobei die Steigung des Scheckenganges S (bzw. der Schneckengänge S1, S2) über die Länge der Teilabschnitte I und II variieren kann - insbesondere in Strömungsrichtung abnimmt. Ferner kann die Steigung auch innerhalb der Teilabschnitte I bzw. II unterschiedlich ausgebildet sein. Mittels der Steigung in den Teilabschnitten I und II kann direkt Einfluss auf den Strömungsquerschnitt des Strömungskanals SW; SW1, SW2 des Drallerzeugers 4 genommen werden und somit die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal SW; SW1, SW2 beeinflusst werden. So bewirkt beispielsweise eine Verringerung des Strömungsquerschnittes A eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im entsprechenden Strömungskanalabschnitt.
  • Wie insbesondere in Fig. 4 veranschaulicht kann der Drallerzeuger 4 zumindest bereichsweise einen weiteren Schneckengang S2 aufweisen. Der zweite Schneckengang S2 erstreckt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel in etwa über die Hälfte einer vollständigen (sich über 360° erstreckenden) Schneckenwindung. Er ist dabei in seinem Verlauf gleichläufig (gleicher Richtungssinn) zum Verlauf des ersten Schneckenganges S1 ausgebildet und im Hinblick auf seinen axialen Anfangspunkt in Richtung der Strömung (nach vom) versetzt - insbesondere um etwa die Länge eines halben Schneckengangs versetzt - angeordnet. Hierdurch können insbesondere zu Beginn des Schneckenganges zumindest bereichsweise zwei parallel verlaufende Strömungswege SW1, SW2 mit möglichst geringem Strömungswiderstand gebildet werden.
  • Der Drallerzeuger 4 bzw. dessen Schneckengang S oder dessen Schneckengänge S1, S2 sind im Verhältnis zu den Zuführöffnungen 9 derart im Wellenkörper 2 angeordnet, dass die bzw. jede Zuführöffnung 9 in den Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 noch vor Beginn des ersten Schneckenganges mündet. Mit Vorteil ist der Drallerzeuger 4 starr im Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 fixiert, so dass er die Drehbewegung der angetriebenen Nockenwelle 2 mit durchführt. Der Drallerzeuger 4 kann über stoff-, form- oder kraftschlüssige Verbindungen im Wellenkörper 2 angeordnet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Drallerzeuger 4 Vorsprünge auf, mit denen er in mantelseitigen Öffnungen des Wellenkörpers 2 gehalten ist. Der Drallerzeuger 4 besteht aus einem Material, welches der im Bereich der Nockenwelle 2 auftretenden Wärme sowie dem Kontakt mit Öl gut widersteht.
  • Dem in den Hohlraum 3 über die Zuführöffnung 9 eintretenden Blowby-Gas wird über den Drallerzeuger 4 ein zusätzlicher Drall aufgezwungen, wodurch auf das im Blowby-Gas schwebende Öl größere Zentrifugalkräfte wirken. Die Ölpartikel (Tropfen und/oder Festpartikel), die der Strömung nicht folgen können, werden somit an der Mantelfläche 2a des Hohlraumes 3 als Ölfilm abgeschieden. Die durch den Drallerzeuger 4 hervorgerufene Zentrifugalkraft ist so groß, dass auch Ölpartikel geringer Masse abgeschieden werden. Der Ölfilm wird durch die Strömung weiter stromab getrieben.
  • Der Drallerzeuger 4 prägt dem Blowby-Gas einen Drall auf, wodurch mit zunehmendem radialem Abstand von der Achse der Nockenwelle 2 der Anteil und die Masse der im Ölnebel schwebenden Ölpartikel zunehmen. Ein (eine zweite Ölabscheidestufe bildender) stromabwärts nach dem Drallerzeuger 4 angeordneter Ülabscheidering 5 befindet sich direkt in dem, im mantelseitigen Hohlraumbereich mit Ölpartikeln angereicherten Gasstrom. Der Ölabscheidering 5 stützt sich teilweise mit seinem Umfang an der Mantelfläche 2a des Hohlraumes 3 ab. Mit Vorteil sind über den Umfang des Ölabscheideringes 5 verteilt, in axialer Richtung verlaufende Ausnehmungen 5a angeordnet, wodurch der Ölabscheidering 5 nicht über seinen gesamten Umfang an der Mantelfläche 2a des Hohlraumes 3 anliegt und das abgeschiedene Öl bzw. der an der Mantelfläche 2a fließende Ölfilm in Richtung Ölabführkanal 6 fließen kann.
  • Bei einer Ausgestaltung gemäß den Fig. 5a) - 5g) ist der Ölabscheidering 5 in unterschiedlichen bevorzugten Ausgestaltungen dargestellt. Der Ölabscheidering 5 stellt in jeder Ausgestaltung für die Strömung im Bereich der Mantelfläche ein erhebliches Strömungshindemis in Form eines Prallelementes dar. Die in dem Blowby-Gas schwebenden Ölpartikel können dem schnellen Richtungswechsel am Ölabscheidering 5 nicht folgen, prallen gegen die Stirnfläche des Ölabscheideringes 5 und werden so aus dem Ölnebel abgeschieden. Wie auch der Drallerzeuger 4 wird auch der Ölring 5 mittels aus dem Stand der Technik bekannter stoff-, form - oder kraftschlüssiger Verfahren in der gewünschten Position im Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 fixiert.
  • Gemäß Figur 5a ist der Ölabscheidering 5 in einer einfachen Ausführung als massives kreisringförmiges Prallelement (kreisringförmige Prallplatte) ausgeführt.
  • In der Figur 5b) ist der Ölabscheidering gemäß Figur 5a) mit einer Vielzahl von Löchern bzw. Lochreihen versehen. In dieser Ausgestaltung kann durch eine Anordnung mehrerer gleicher Kreisringscheiben, die drehversetzt hintereinander angeordnet und über Verbinderelemente 5b in einem Verbund zusammengehalten werden, ein System miteinander verbundener Hohlräume gebildet werden, so dass ein den Ölabscheidering 5 durchdringendes Labyrinth von Hohlräumen entsteht. Die Stirnfläche des Ölabscheideringes 5 stellt weiter ein Prallelement dar, wogegen das Labyrinth eine Kombination von Prall- und Umlenkelementen ist. Mittels dieser Prall- und Umlenkelemente werden auch leichtere Ölpartikel aus dem Ölnebel abgeschieden, so dass der Ölnebel stromabwärts des Olabscheiderings 5 nun als gereinigtes Gas betrachtet werden kann. Materialien für die vorgenannten Ausgestaltungen des Ölabscheideringes 5 können beispielsweise poröse Kunststoffe oder Sinterwerkstoffe sein. Vorzugsweise umfasst der Ölabscheidering 5 auch ein Kunststoff- oder Metallgeflecht (Figur 5c)), welches eine Vielzahl von Hohlräumen und Labyrinthen ausbildet, wobei der Ölabscheidring 5 dann vorzugsweise einen hohlzylindrischen Trägerring T umfasst (Figur 5d)), der das Geflecht stützt und der zudem zur Fixierung des Geflechtes im Hohlraum 3 dient.
  • In keinem Fall liegt der Ölabscheidering 5 mit seinem gesamten Umfang an der Mantelfläche 8 an. Vielmehr weist der Ölabscheidering 5 entsprechende umfängliche Ausnehmungen 5a auf, so dass das abgeschiedene Öl als Ölfilm an der Mantelfläche 8 des Hohlraumes 3 entlang, durch die Ausnehmungen in der umfänglichen Mantelfläche des Ölabscheiderings 5 hindurch fließen kann.
  • In einer weiteren, in den Figuren 5e) und 5f) dargestellten Ausführungsform des Ölabscheiderings 5 ist dem Sinterwerkstoff, dem Kunststoff- oder Metallgeflecht und/oder den gelochten Blechringen ein geschlossener Ring 50 (Abschlussring) mit umfänglichen radial nach außen weisenden Stegbereichen 50a (Abstützstege zur radialen Abstützung im Hohlraum 3) in Strömungsrichtung gesehen nachgeordnet. Der Trägerring T, der das Sintermaterial, Geflecht und/oder die gelochten Blechringe trägt/hält, verhindert das Mitreißen des bereits im Ölabscheidring abgeschiedenen Öls in Richtung Hohlkörpermitte. Der geschlossene Ring 50 stellt für die Strömung ein weiteres Prallelement dar und bietet dem den Ölabscheidering 5 in seinen labyrintmäßigen Abscheidebereichen durchströmenden Gasstrom nur die Möglichkeit radial nach außen in Richtung Innenwand 2a des Hohlkörpers 2 zu bewegen.
  • In jedem Fall wird der Ölabscheidering 5 von dem Ölnebel angeströmt bzw. durchströmt, so dass die Ölpartikel sich an diesem abscheiden und zu dem bereits an der Mantelfläche des Hohlraumes 3 (aufgrund der ersten Ölabscheiderstufe "Drallerzeuger") befindlichen Ölfilm zufließen. Der radiale Ölfluss im Ölabscheidring 5 wird durch die Rotation der Nockenwelle 2 hervorgerufen. Für den Fall, dass der Wellenkörper 2 nicht als rotierender bzw. rotierbar gelagerter Körper ausgebildet ist, kann eine Abführung des abgeschiedenen Öls durch eine schräge Einbaulage des Wellenkörpers (Ziel: Ablauf durch Gewichtskraft und Schräge) oder durch andere geeignete Maßnahmen, wie eine spezielle Führung des gereinigten Gasstroms (Ziel: "Mitreißen" des abgeschiedenen Öls) erreicht werden.
  • Da der dem Drallerzeuger 4 nachgeschaltete, zusätzliche Ölabscheider als Ring ausgebildet ist wird stets ein Mindestströmungsquerschnitt (innerer Querschnitt des Ringes) für den Gasstrom bereitgestellt. Somit ist die Ölabscheideeinrichtung effektiv und zuverlässig vor einem Funktionsverlust durch Einfrieren oder Verstopfen geschützt.
  • Stromabwärts nach dem Ölabscheidering 5, beispielsweise am Ende des Wellenkörpers 2, befindet sich der Ölabführkanal 6 sowie der Gasabführkanal 7 (Fig. 1). Der Ölabführkanal 6 sowie der Gasabführkanal 7 schließen z.B. stirnseitig an der Nockenwelle 2 an. Da das gereinigte Gas ausschließlich in der Nähe der Achse der Nockenwelle 2 strömt, befindet sich auch der Gasabführkanal 7 bzw. dessen Abführöffnung in Achsnähe der Nockenwelle 2, so dass der Gasabführkanal 7 nur das gereinigte Gas aufnimmt und ableitet. Ein im Querschnitt gesehen T-förmiges Tauchrohr 12 ragt mit seinem zentralen Schenkel in die endseitig offene Nockenwelle hinein und bildet zentral, im achsnahen Bereich des Nockenwellenauslaufs einen zentralen Gas-Abführkanal 7 und bildet randseitig mit der Wand der hohlen Nockenwelle einen Öl-Abführkanal 6. Über einen auf der Nockenwelle sitzenden Dichtring D wird die Verbindung zwischen Tauchrohr 12 und Nockenwelle abgedichtet, so dass kein ungereinigtes Gas über den Gas-Abführkanal angesaugt wird. Im Inneren der Nockenwelle 2 fluchtet die Wand des zentralen, in die Nockenwelle ragenden Tauchrohres 12 unter Beibehaltung eines definierten axialen Abstands mit dem Innendurchmesser des Ölabscheiderings 5 (bzw. dessen kreisringförmiger Innenwand), so dass durch zwischen dem Anfang des Ölabführkanals 6 und dem Ölabscheidering 5 ein strömungsberuhigter Bereich 11 (in dem das abgeschiedene Öl bzw. der Ölfilm nahezu unbeeinflusst vom vorbeiströmenden gereinigten Gas ablaufen kann) gebildet ist. Das Ablaufen des abgeschiedenen Öls bzw. des Ölfilms wird bei einer Weiterbildung der Ölabscheideeinrichtung durch eine innere Phase am Ende der Nockenwelle 2 sowie durch die Rotation der Nockenwelle 2 unterstützt. Der Winkel der Phase ist dabei so zu wählen, dass unter Berücksichtigung der Einbaulage des Motors ein selbständiges Abfließen des Öls nach der Abscheidung auch bei stehendem Motor und damit stehender Nockenwelle 2 erfolgen kann.
  • In den Fig. 6 und 7 sind der Ölabführkanal 6und der Gasabführkanal 7in einer anderen Ausführung der Ölabscheideeinrichtung dargestellt. Dabei ist sowohl der Ölabführkanal 6 als auch der Gasabführkanal 7 in eine Lagereinrichtung 14 zur Lagerung der Nockenwelle 2 integriert. Die stromaufwärts gesehen vor dem Ölabscheidering 5 gelegenen Bauteile sowie der Ölabscheidring 5 selbst sind entsprechend den vorstehend beschriebenen Bauteilen ausgebildet und daher nicht wiederholend beschrieben.
  • In Fig. 6 ist ein rotierbar in einer Lagereinrichtung 14 gelagerter und als Hohlwelle ausgebildeter Wellenkörper 2 mit integrierter Ölabscheideeinrichtung in einem Teillängsschnitt dargestellt.
  • Die Lagereinrichtung 14 umfasst einen Lagerkörper 14a, der entweder in Form eines (z.B. durch ein Zylinderkopfteil gebildeten) Lagerbockes oder der als separates Bauteil, welches am Zylinderkopf befestigbar ist, ausgeführt sein kann. Zur rotierbaren Lagerung des Wellenkörpers 2 kann die Lagereinrichtung 14 in Form des Lagerkörpers 14a, der auf seiner hohlzylindrischen Innenfläche derart ausgebildet ist, um mit einem gehärteten Bereich (Lagerabschnitt 2a) des Wellenkörpers 2 ein Gleitlager zu bilden, ausgeführt sein. In einer anderen Ausführungsform der Lagereinrichtung 14 kann diese über ihre hohlzylindrische Innenfläche eine Mehrzahl von Wälzkörpern 14b aufweisen, über die der zumindest bereichsweise öberflächengehärtete Wellenkörper 2 rotierbar gelagert ist. Im letzteren, auch in den Figuren 6 und 7 veranschaulichten Fall, weist die Lagereinrichtung einen Dichtring 14c auf, durch den der benachbarte Gas-Abführkanal 7 gegenüber dem Bereich mit Wälzkörpern 14b abgedichtet ist. Hierdurch wird verhindert, dass nicht gereinigtes Gas in den Gas-Abführkanal 7 angesaugt und der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
  • Der Wellenkörper 2 weist zumindest eine im Wesentlichen radiale Abführöffnung 16 zur Ausleitung des aus dem sog. Blowby-Gas abgetrennten Öls auf. Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind radiale Abführöffnungen 16, 18 für Öl und Gas vorhanden, wobei der Wellenkörper 2 im Bereich der Abführöffnungen 16, 18 durch die Lagereinrichtung 14 getragen ist. Die Lagereinrichtung 14 weist zur Ableitung des gereinigten Gases und zur Ableitung des abgeschiedenen Öls jeweils einen mit der jeweiligen Abführöffnung 16, 18 korrespondierenden Abführkanal 6, 7 für Öl bzw. Gas auf. Im Bereich der Öl-Abführöffnungen 16 ist in der Lagereinrichtung 14 bzw. in deren Lagerkörper 14a ein Radialdichtring 14d angeordnet, welcher zumindest einen mit der Öl-Abführöffnung 16 als auch mit dem Öl-Ableitkanal 6 korrespondierenden Ölkanal 6' aufweist. Auf seiner Innenfläche weist der Radialdichtring 14d eine umfängliche Nut N auf, in die das an der Innenwand des Hohlkörpers 2 abgeschiedene und durch die umfänglich verteilten Öl-Abführöffnungen 16 austretende Öl aufgenommen und über den in die Nut N mündenden Ölkanal 6' abgeleitet werden kann. Durch den Radialdichtring 14d, der umfänglich kraftschlüssig in der Lagereinrichtung 14 gehalten ist und der über seine nach innen auf die Wellenkörperoberfläche gerichteten Dichtlippen gegen den im Radialdichtring 14d rotierenden Wellenkörper 2 abgedichtet ist, wird eine sichere Ableitung des abgeschiedenen Öls gewährleistet und ein Ansaugen in den benachbarten Gas-Abführkanal 7 sicher verhindert.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist der Wellenkörper 2 in der Lagereinrichtung 14 über die Wälzkörper 14b drehbar gelagert gehalten. Der bzw. die mit den Wälzkörpern 14b (Wälzlager) oder mit Bereichen des Lagerkörpers 14a (Gleitlager) zusammenwirkenden Lagerabschnitt(e) 2b des Wellenkörpers 2 können als gehärtete und/oder oberflächenbehandelte Wellenkörperabschnitt(e) ausgeführt sein. Ist die Lagereinrichtung 14 nicht ais Gleitlager sondern als Wälzlager ausgeführt, sind wälzkörperfreie Bereiche zur Anordnung der Abführöffnungen für Öl bzw. für Öl und Gas in der Lagereinrichtung 14 bzw. im Lagerkörper 14a vorgesehen.
  • In dem Bereich des Wellenkörpers 2, in dem dieser mit der Lagereinrichtung 14 zusammenwirkt bzw. von dieser umschlossen ist, ist zumindest eine radiale Abführöffnung (bzw. - bohrung) 16; 18 zur Ausleitung von Öl bzw. Gas vorgesehen. Mit Vorteil sind jeweils mehrere, über den Umfang des Wellenkörpers 2 ringförmig verteilt angeordnete Bohrungen als Abführöffnungen für Gas bzw. Öl vorgesehen, derart, dass ein aus einer Vielzahl von ringförmig über den Umfang verteilt angeordneten Bohrungen bestehender Bohrungsring zur Ausleitung des gereinigten Blowby-Gases und ein Bohrungsring zur Ausleitung der aus dem Blowby-Gas abgeschiednen Öls gebildet ist. Die bzw. jede mantelseitige Abführöffnung 16; 18 wirkt dabei mit einem in der Lagereinrichtung 14 bzw. in dem Lagerkörper 14a ausgebildeten und mit der jeweiligen Abführöffnung 16, 18 korrespondierenden Ableitkanal 6, 7 zusammen. Der mit der bzw. den jeweiligen Abführöffnung(en) 16, 18 korrespondierende Ableitkanal 6, 7 ist innerhalb der Lagereinrichtung 14 als Ringkanal mit zumindest einem entsprechenden radialen Ableitabschnitt zur Ausleitung des aus dem Wellenkörper 2 auszuleitenden Öls oder Gases ausgeführt.
  • Um das im Bereich der Abführöffnungen 16, 18 bereits im Wesentlichen in seine Bestandteile Gas bzw. Öl getrennte Blowby-Gas mit seinen getrennten Bestandteilen separiert abführen zu können, ist innerhalb des Hohlraums 3 des Wellenkörpers 2 ein Strömungsleitelement 15 angeordnet durch welches der axial strömende Gasstrom in die zumindest eine radiale Gasabführöffnung 18 umgeleitet wird. Dabei ist das Strömungsleitelement 15 umfänglich mit einem Dichtelement D versehen, um möglichst alle Gasanteile des gereinigten Blowby-Gases über die radialen Abführöffnungen 18 ableiten zu können. Hierfür ist das Strömungsleitelement 15 im Wesentlichen stopfen- bzw. korkenartig ausgebildet und weist auf seiner Stirnseite, die dem anströmenden Gasstrom zugewandt ist, einen im Wesentlichen mittig ausgerichteten kegelförmigen Fortsatz 15a auf. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite weist das Strömungsleitelement 15 eine Gewindebohrung 15c auf. Diese dient insbesondere der einfacheren Demontage der dargestellten Einrichtung. Um das durch die integrierte Ölabscheideeinrichtung an der Innenwand 2a des Wellenkörpers 2 abgeschiedene Öl separiert ableiten zu können, ist zwischen der der Öl-Abführöffnung 16 und der zumindest einen in Strömungsrichtung S gesehen hinter der zumindest einen Ölabführöffnung 16 angeordneten Gasabführöffnung 18 ein Ölführungselement 15b; 15b' angeordnet. Das Ölführungselement 15b kann, wie in Fig. 6 dargestellt, einteilig mit dem Strömungsleitelement 15 ausgeführt sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie sie gemäß Fig. 7 dargestellt ist, kann das Ölführungselement 15b' als separates Bauteil in Form eines einzelnen zwischen den Gasabführöffnungen 18 und den Ölabführöffnungen 16 angeordneter Trennring ausgebildet sein.
  • Gemäß einer in Fig. 8 dargestellten Weiterbildung der Ölabscheideeinrichtung verläuft axial im Drallerzeuger 4 ein Bypasskanal 21, welcher mittels einem Bypassventil 22 freigegeben werden kann, um dem Blowby-Gas einen zusätzlichen Strömungsquerschnitt freizugeben und damit eine entsprechende Druckregulierung innerhalb des Hohlkörpers 2 zu gewährleisten. Der Bypasskanal 21 mündet (in Strömungsrichtung gesehen) im Endbereich des Drallerzeugers 4 in den Hohlraum 3 vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 0° und 110° Grad (insbesondere zirka 90° Grad) zur Längsachse des Drallerzeugers 4. Der Austrittwinkel, unter dem der Bypasskanal 21 in den Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 mündet, ist vorzugsweise derart bemessen, dass das aus dem Bypasskanal 21 austretende Blowby-Gas den in Strömungsrichtung gesehen nachgelagerten Ölabscheidering 5 beaufschlagt (an-, um- bzw. durchströmt) so dass an diesem eine möglichst effiziente Ölabscheidung stattfindet. In einer bevorzugten Ausführung ist der Bypasskanal 21 in seinem Austrittsbereich derart ausgestaltet, dass die Mittelachse seiner Austrittsöffnung (bzw. seines Austrittskanalabschnitts) in einem Winkel von zirka 90° Winkelgraden zur Längsachse des Drallerzeugers 4 verläuft. Das Bypassventil 22 ist mittels zusätzlicher Zuführöffnungen 23 im Hohlkörper 2 mit dem Außenbereich verbunden und wird mit dem Druck des Blowby-Gases beaufschlagt. Der Drallerzeuger 4 ist derart ausgebildet, dass er den Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 in zwei drucktechnisch getrennte und über das Bypassventil 22 verbindbare Druckbereiche unterteilt. Dabei sind die zusätzlichen Zuführöffnungen 23 von der zumindest einen ersten Zuführöffnung 9 durch einen trennenden Körperbereich des Drallerzeugers 4 (in dem beispielsweise das Bypassventil 22 angeordnet ist) strömungstechnisch voneinander getrennt. Wird durch eine über den Gasabführkanal 7angeschlossene Pumpe P, über die der Unterdruck im Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 erzeugt wird, ein zu starker Druck erzeugt oder ist der Druck des Blowby-Gases im Außenbereich der Nockenwelle 2 zu groß, öffnet das Bypassventil 22 und gibt den Bypasskanal 21 für das Blowby-Gas frei. Auf diese Weise kann der Druckabfall über dem Drallerzeuger 4 volumenstromabhängig nahezu konstant gehalten und der Drallerzeuger 4 mit einem vorbestimmten Wirkungsgrad betrieben werden.
  • Gemäß einer in den Figuren 9 und 10 veranschaulichten Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Schneckengang S; S1, S2 zumindest bereichsweise axial verschiebbar auf bzw. an dem Grundkörper des Drallerzeugers 4 gelagert ausgebildet. Insbesondere ist zumindest ein Schneckengang S1, S2 (bzw. eine Wand eines Schneckengangs) zumindest bereichsweise auf bzw, an dem Grundkörper des Drallerzeugers 4 verschlebbar, so dass der Querschnitt des wendelförmigen Strömungswegs/Strömungskanals SW aktiv veränderbar/verstellbar ist. Eine solche aktive Verstellung kann beispielsweise durch den Gasstrom des Blowby-Gases selbst erfolgen. Die Wand (bzw. der entsprechende Schneckengang(abschnitt)) ist hierzu längs entlang bzw. auf dem Grundkörper des Drallerzeugers 4 verschiebbar an diesem gelagert. Über eine vorbestimmte Kraft (z.B. durch eine (Rückstell-)Feder) wird der verschiebbare Schneckengang(abschnitt) in einer vorbestimmten Position gehalten, solange bis durch das durchströmende Blowby-Gas eine Strömungskraft größer der Federkraft erzeugt wird und der Schneckengang(abschnitt) strömungsdruckabhängig axial in Strömungsrichtung nach vorn verschoben wird. Alternativ oder zusätzlich kann die axiale Verstellung auch manuell oder automatisiert in Abhängigkeit von vorbestimmten Steuerungsparametem erfolgen. Der verschiebbar gelagerte Schneckengang(abschnitt) S' ist mit einem Punktmuster gefüllt dargestellt, wobei in Figur 10 eine von Figur 9 verschiedene Betriebsposition des verschiebbaren Schneckengang(abschitts) S' dargestellt ist, in welcher dieser um eine Strecke x in Strömungsrichtung gesehen verschoben ist.
    • Bezugszeichenliste
    • Wellenkörper
    2
    Innenwand (Wellenkörper)
    2a
    Lagerabschnitt
    2b
    Schaufel
    2S
    Hohlraum (Wellenkörper)
    3
    Drallerzeuger
    4
    Ölabscheidering
    5
    Abschlussring
    50
    Abstützsteg
    50a
    Trägerring
    T
    Ausnehmung
    5a
    Verbinderelement
    5b
    Abführkanal (Öl)
    6
    Ölkanal (Radialdichtring)
    6'
    Abführkanal (Gas)
    7
    Zuführöffnung
    9
    Bohrungslängsachse
    9a
    Bohrungswandabschnitt
    9a'
    strömungsberuhigter Bereich
    11
    Tauchrohr
    12
    Lagereinrichtung
    14
    Lagerkörper
    14a
    Wälzkörper
    14b
    Dichtring
    14c
    Radialdichtring
    14d
    Strömungsleitelement
    15
    kegelförmiger Fortsatz
    15a
    Ölführungselement
    15b, 15b'
    Gewindebohrung
    15c
    Abführöffnung (Öl)
    16
    Abführöffnung (Gas)
    18
    Dichtungs-/Fixierungselement
    20
    Bypasskanal
    21
    Bypassventil
    22
    weitere Zuführöffnung
    23
    Schneckengang
    S; S1; S2
    Strömungskanal
    SW; SW1, SW2
    Strömungsweg-Teilabschnitt
    I; II
    Pumpe
    P
    Nut (Radialdichtring)
    N

Claims (18)

  1. Zumindest bereichsweise hohlrylindrisch ausgebildeter Hohlkörper (2), insbesondere Nockenwelle, mit integrierter Ölabscheideeinrichtung, wobei
    - in einem Hohlraum (3) des Hohlkörpers (2) ein Drallerzeuger (4) angeordnet ist,
    - der Hohlkörper (2) zumindest eine mantelseitige Zuführöffnung (9) zur Einleitung von mit Öl beladenem Gas in den Hohlraum (3) aufweist,
    - der Hohlkörper (2) zumindest eine Abführöffnung (16; 18) zur Ausleitung von abgeschiedenem Öl und zur Ausleitung von von Öl befreitem Gas aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - innerhalb des Hohlraums (3) und in Strömungsrichtung gesehen dem Drallerzeuger (4) nachgelagert ein Ölabscheidering (5) angeordnet ist.
  2. Hohlkörper (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Ölabscheidering (5) mit seiner äußeren Mantelfläche an der Innenwand (2a) des Hohlkörpers (2) anliegt und in seiner äußeren Mantelfläche zumindest eine axial verlaufende Ausnehmung (5a) aufseist.
  3. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Hohlkörper (2) zumindest eine erste Abführöffnung (16) zur Ausleitung von abgeschiedenem Öl aus dem Hohlraum (3) sowie zumindest eine zweite Abführöffnung (18) zur Ausleitung von von Ol befreitem Gas aus dem Hohlraum (3) aufweist,
    - wobei zumindest eine der Abführöffnungen (16; 18) - insbesondere die Öl-Abführöffnung (16) - durch eine mantelseitige Öffnung im Hohlkörper (2) gebildet ist.
  4. Hohlkörper (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    - zwei mantelseitige Abführöffnungen (16; 18) vorhanden sind, wobei die erste Abführöffnung (16) der Abführung des abgeschiedenen Öls und die zweite, in Strömungsrichtung gesehen hinter der ersten Abführöffnung (16) angeordnete Abführöffnung (18) der Abführung des gereinigten Gases dient.
  5. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass
    - der Hohlkörper (2) in einer Lagereinrichtung (14) rotierbar gelagert gehalten ist,
    - wobei die Lagereinrichtung (14) den Hohlkörper (2) im Bereich seiner zumindest einen mantelseitig angeordneten Abführöffnung (16; 18) umschließt,
    - und die Lagereinrichtung (14) einen mit der Abführöffnung (16; 18) korrespondierenden Abführkanal (6; 7) aufweist.
  6. Hohlkörper (2) nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass
    - innerhalb des Hohlraums (3) ein Strömungsleitelement (15) vorgesehen ist, welches den Strom des gereinigten Gases in Richtung der zumindest einen mantelseitigen Abführöffnung (18) leitet.
  7. Hohlkörper (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Strömungsleitelement (15) einen zentrisch angeordneten, im Wesentlichen kegelförmig ausgebildeten und mit seiner Spitze entgegen der Strömungsrichtung ausgerichteten Fortsatz (15a) aufweist, der die axiale Strömung in Richtung der mantelseitigen Abführöffnung (18) leitet.
  8. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die beiden mantelseitigen Abführöffnungen (16, 18) in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Ölabscheidering (5) und vor dem Strömungsleitelement (15) angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Abführöffnungen (16, 18) ein ringförmiges Ölführungselement (15b; 15b') angeordnet ist.
  9. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Drallerzeuger (4) als ein sich in axialer Richtung des Hohlkörpers (2) erstreckender Körper ausgebildet ist, der umfänglich zumindest einen Schneckengang (S) aufweist, derart, dass durch den Schneckengang (S), zwischen dem Körper des Drallerzeugers (4) und der Innenwand (2a) des Hohlkörpers (2), ein Strömungskanal (SW) zur Führung des eingeleiteten ölbeladenen Gases gebildet ist.
  10. Hohlkörper (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der zumindest eine Schneckengang (S) in seinem Verlauf eine nicht gleichbleibende Steigung aufweist, insbesondere die Steigung des Schneckengangs (S) im Verlaufe des Strömungsweges (SW) in Strömungsrichtung gesehen abnimmt.
  11. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Körper des Drallerzeugers (4) zumindest bereichsweise einen zweiten Schneckengang (S2) aufweist, derart das zumindest bereichsweise zwei parallel verlaufende Strömungswege (SW1; SW2) gebildet sind.
  12. Hohlkörper (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der zweite Schneckengang (S2) sich in etwa über die Hälfte einer vollständigen Schneckenwindung und gleichsinnig zum Verlauf des ersten Schneckenganges (S1) erstreckt.
  13. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schneckengang (S; S1, S2) zumindest bereichsweise axial verschiebbar auf bzw. an dem Grundkörper des Drallerzeugers (4) gelagert ist.
  14. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die mindestens eine Zuführöffnung (9) relativ zum Anfangsbereich des mindestens einen Schneckengangs (S) derart angeordnet ist, dass der Druckverlust durch eine Strömungsumlenkung minimiert ist.
  15. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die mindestens eine Zuführöffnung (9) als Bohrung ausgeführt und derart angeordnet ist, dass im Querschnitt gesehen die Bohrung bereichsweise tangential zur Innenwand (2a) des Hohlkörpers (2) verläuft.
  16. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Drallerzeuger (4) einen integrierten Bypasskanal (21) aufweist.
  17. Hohlkörper (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Bypasskanal (21) durch eine axiale Bohrung im Drallerzeuger (4) gebildet ist, welche über ein druckabhängiges Bypassventil (22) freigebbar ist.
  18. Hohlkörper (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Hohlkörper (2) zumindest eine weitere mantelseitige Zuführöffnung (23) zur Einleitung von mit Öl beladenem Gas in den Hohlraum (3) aufweist, wobei diese weitere Zuführöffnung (23) vor dem Drallerzeuger (4) auf der, der zumindest einen Abführöffnung (16; 18) abgewandten Seite des Drallerzeugers (4) angeordnet ist.
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