Wellenkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wellenkörper, insbesondere eine Nockenwelle mit integrierter Ölabscheideeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der WO 2006/119737 Al ist bereits eine als Nockenwelle ausgeführte Hohlwelle mit in- tegrierter Abscheideeinrichtung bekannt, wobei neben einem auf dem äußeren Umfang der Nockenwelle angeordneten Vorabscheider ein in den Hohlraum der Nockenwelle integrierter Drallerzeuger als Endabscheider vorgesehen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen Wellenkörper mit integrierter Ölabscheideeinrichtung bereitzustellen, durch den eine möglichst kompakte und platzsparende Bauweise gewährleistet wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wellenkörper mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Dadurch dass die zumindest eine mantelseitig und im Wesentlichen radial angeordnete Abführöffnung (insbesondere die Öl-Abführöffnung) - mit Vorteil alle vorhandenen Abführöffnungen für das abzuführende Öl und das abzuführende Gas - im Bereich einer den Wellenkörper umschließenden Lagereinrichtung angeordnet ist bzw. sind und die zumindest eine Abführöffnung des Wellenkörpers mit zumindest einem entsprechenden Ableitkanal der Lagereinrichtung korrespondiert, wird eine äußerst platzsparende und kompakte Bauweise des Wellenkörpers mit integrierter Ölabscheideeinrichtung gewährleistet. In einer einfachen Ausführungsform könnte die Ableitung des abgeschiedenen Öls durch eine oder mehrere radiale mantelseitige Abführöffnungen im Wellenkörper, die mit zumindest einem Ableitkanal der Lagereinrichtung korrespondieren, erfolgen, während die Ableitung des Gasstroms axial über das offene Ende des hohlen Wellenkörpers erfolgen könnte, für den bevor- zugten Fall, dass sowohl die Ableitung des Öls als auch die Ableitung des gereinigten Gases überradiale mantelseitige Abführöffnungen erfolgen soll, ist die zumindest eine mantelseitige Gasabführöffnung in Strömungsrichtung gesehen hinter der zumindest einen mantelseitigen Ölabführöffnung angeordnet. Zur Umleitung des axial strömenden Luft- bzw. Gasstromes in die radial angeordneten (mantelseitigen) Gasabführöffnungen der Wellenkörperwand ist ein
entsprechend ausgebildetes Strömungsleitelement im Hohlraum des Wellenkörpers vorgesehen. Dieses Strömungsleitelement kann als stopfenartiges Bauteil ausgebildet sein, derart dass das axial strömende Gas zumindest zu einem Teil in Richtung der zumindest einen Gasabführöffnung umgeleitet wird. Hierfür kann das Strömungsleitelement im Wesentlichen ke- gelförmig ausgebildet sein und mit seiner Kegelspitze entgegen der Strömungsriditung ausgerichtet sein. Das Strömungsleitelement kann gas- bzw. luftundurchlässig ausgebildet sein, so dass der gesamte Gasstrom durch das Strömungsleitelement radial nach außen in die Gas-Abführöffnung(en) umgeleitet/abgeleitet wird. Alternativ kann das Strömungsleitelement aber auch derart ausgebildet sein, dass es einen vorbestimmten Gas- bzw. Luftstrom bei ei- nem bekannten Strömungsdruck axial durchleitet während der verbleibende Teil radial nach außen in die Gas-Abführöffnungen umgeleitet/abgeleitet wird. In einer anderen möglichen Ausführungsform kann das Strömungselement auch einen axialen Bypasskanal aufweisen, der über ein druckabhängiges Bypassventil (z.B. mit einer Federkraft beaufschlagtes Rückschlagventil) bei Überschreitung eines vorbestimmten Drucks freigegeben wird, so dass bei Überschreitung des vorbestimmten Druckes ein Teil des gereinigten Gasstroms über das Bypassventil und ein verbleibender Teil über die mantelseitige(n) Gas-Abführöffnung(en) abgeleitet wird.
Die integrierte Ölabscheideeinrichtung ist mit Vorteil mehrstufig ausgeführt. Dabei wird eine erste Ölabscheidestufe mit Vorteil durch einen sog. Drallerzeuger gebildet. Dieser Drallerzeuger kann beispielsweise als ein sich in axialer Richtung im Hohlraum des Wellenkörpers erstreckender Körper ausgebildet sein, der umfänglich zumindest einen Schneckengang aufweist, derart, dass durch den Schneckengang zwischen dem Körper des Drallerzeugers und der Innenwand des Wellenkörpers ein Strömungskanal zur Führung des eingeleiteten ölbebe- ladenen Gases bzw. der ölbeladenen (bzw. mit Öltropfchen beladenen) Luft (im Folgenden auch als Blowby-Gas oder ölnebel bezeichnet) gebildet ist. Eine zweite Ölabscheidestufe kann durch einen dem Drallerzeuger in Strömungsrichtung gesehen nachgeordneten Ölabscheide- ring gebildet sein. Dabei ist der Ölabscheidering mit Vorteil massiv ausgebildet derart, dass er im randseitigen Strömungsbereich des Hohlraums des Wellenkörpers ein entsprechendes Strömungshindernis für das (aufgrund der Rotation/Fliehkraft) in diesem Bereich mit Öl angereicherte Gas (bzw. Luft) darstellt.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Zeichnungsdarstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Wellenkörpers mit den im Bereich einer den Wellenkörper tragenden Lagereinrichtung angeordneten mantelseiti- gen Abführkanälen für Öl und Gas in einer ersten möglichen Ausführungsform im Längsschnitt gesehen,
Fig. 2 eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenkör- pers mit einer geringfügig geänderten Ausführung des Strömungsleitelementes,
Fig. 3 einen Ölabscheidering in einer möglichen ersten Ausführungsform im Querschnitt gesehen, und
Fig. 4 den Ölabscheidering gemäß Fig. 3 in einer weiteren möglichen Ausführungsform im Teilquerschnitt gesehen.
In Fig. 1 ist ein rotierbar in einer Lagereinrichtung 4 gelagerter und als Hohlwelle ausgebilde- ter Wellenkörper 2 mit integrierter Ölabscheideeinrichtung in einem Teillängsschnitt dargestellt.
Die Lagereinrichtung 4 umfasst einen Lagerkörper 4k, 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 4 in Form des Lagerkörpers 4k, 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 4 kann diese über ihre hohlzylindrische Innenfläche eine Mehrzahl von Wälzkörpern 4w aufweisen, über die der zumindest bereichsweise öberflächengehärtete WeI- lenkörper 2 rotierbar gelagert ist. Im letzteren, auch in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Fall, weist die Lagereinrichtung einen Dichtring 4d auf, durch den der benachbarte Gas- Abführkanal 4a gegenüber dem Bereich mit Wälzkörpern 4w abgedichtet ist. Hierdurch wird verhindert, dass nicht gereinigtes Gas in den Gas-Abführkanal angesaugt und der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Der Wellenkörper 2 weist zumindest eine im Wesentlichen radiale Abführöffnung 3b zur Ausleitung des aus dem sog. Blowby-Gas abgetrennten Öls auf. Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind radiale Abführöffnungen 3a, 3b für Gas und Öl vorhanden, wobei der Wellenkörper 2 im Bereich der Abführöffnungen 3a, 3b durch die Lagereinrichtung 4 getragen ist. Die Lagereinrichtung 4 weist zur Ableitung des gereinigten Gases und zur Ableitung des abgeschiedenen Öls jeweils einen mit der jeweiligen Abführöffnung 3a; 3b korrespondierenden Ableitkanal 4a; 4b für Gas bzw. Öl auf. Im Bereich der Öl-Abführöffnungen 3b ist in der Lagereinrichtung 4 bzw. in deren Lagerkörper 4k ein Radialdichtring 4r angeordnet, welcher zumindest einen mit der Öl-Abführöffnung 3b als auch mit dem Öl-Ableitkanal 4b korrespondie- renden Ölkanal 4b1 aufweist. Auf seiner Innenfläche weist der Radialdichtring 4r eine umfängliche Nut N auf, in die das an der Innenwand des Hohlkörpers 2 abgeschiedene und durch die umfänglich verteilten Öl-Abführöffnungen 3b austretende Öl aufgenommen und über den in die Nut N mündenden Ölkanal 4b' abgeleitet werden kann. Durch den Radialdichtring 4r, der umfänglich kraftschlüssig in der Lagereinrichtung 4 gehalten ist und der über seine nach in- nen auf die Wellenkörperoberfläche gerichteten Dichtlippen gegen den im Radialdichtring 4r rotierenden Wellenkörper 2 abgedichtet ist, wird eine sichere Ableitung des abgeschiedenen Öls gewährleistet und ein Ansaugen in den benachbarten Gasableitkana! 4a sicher verhindert.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Wellenkörper 2 in der Lagereinrichtung 4 über die Wälzkörper 4w drehbar gelagert gehalten. Der bzw. die mit den Wälzkörpern 4w (Wälzlager) oder mit Bereichen des Lagerkörpers 4k (Gleitlager) zusammenwirkenden Lagerab- schnitt(e) 2a des Wellenkörpers 2 können als gehärtete und/oder oberflächenbehandelte WeI- lenkörperabschnitt(e) ausgeführt sein. Ist die Lagereinrichtung 4 nicht als Gleitlager sondern als Wälzlager ausgeführt, sind wälzkörperfreie Bereiche zur Anordnung der Abführöffnungen für Öl bzw. für Öl und Gas in der Lagereinrichtung 4 bzw. im Lagerkörper 4k vorgesehen.
In dem Bereich des Wellenkörpers 2, in dem dieser mit der Lagereinrichtung 4 zusammenwirkt bzw. von dieser umschlossen ist, ist zumindest eine radiale Abführöffnung (bzw. - bohrung) 3a, 3b zur Ausleitung von Gas bzw. Öl vorgesehen. Mit Vorteil sind jeweils mehrere, über den Umfang des Wellenkörpers 2 ringförmig verteilt angeordnete Bohrungen als Abführ- Öffnungen 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 ab- geschiednen Öls gebildet ist. Die bzw. jede mantelseitige Abführöffnung 3a, 3b wirkt dabei mit einem in der Lagereinrichtung 4 bzw. in dem Lagerkörper 4k ausgebildeten und mit der jewei- ligen Abführöffnung 3a, 3b korrespondierenden Ableitkanal 4a, 4b zusammen. Der mit der
bzw. den jeweiligen Abführöffnung(en) 3a, 3b korrespondierende Ableitkanal 4a, 4b ist innerhalb der Lagereinrichtung 4 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 3a, 3b 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 6 angeordnet durch welches der axial strömende Gasstrom in die zumindest eine radiale Gasabführöffnung 3a umgeleitet wird. Dabei ist das Strömungsleitelement 6 umfänglich mit einem Dichtelement D versehen, um möglichst alle Gasanteile des gereinigten Blowby-Gases über die radialen Abführöffnungen 3a ableiten zu können. Hierfür ist das Strömungsleitelement 6 im Wesentlichen stopfen- bzw. korkenartig ausgebildet und weist auf seiner Stirnseite, die dem anströmenden Gasstrom zugewandt ist, einen im Wesentlichen mittig ausgerichteten kegelförmigen Fortsatz 6a auf. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite weist das Strömungs- leitelement 6 eine Gewindebohrung 6c auf. Diese dient insbesondere der einfacheren Demontage der dargestellten Einrichtung. Um das durch die integrierte Ölabscheideeinrichtung an der Innenwand 2b des Wellenkörpers 2 abgeschiedene Ö! separiert ableiten zu können, ist zwischen der der Öl-Abführöffnung 3b und der zumindest einen in Strömungsrichtung S gesehen hinter der zumindest einen Ölabführöffnung 3b angeordneten Gasabführöffnung 3a ein Ölführungselement 6b angeordnet. Das Ölführungselement 6b kann, wie in Fig. 1 dargestellt, einteilig mit dem Strömungsleitelement 6 ausgeführt sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie sie gemäß Fig. 2 dargestellt ist, kann das Ölführungselement 6b' als separates Bauteil in Form eines einzelnen zwischen den Gasabführöffnungen 3a und den Ölab- führöffnungen 3b angeordneter Trennring ausgebildet sein.
Die integrierte Ölabscheideeinrichtung umfasst mit Vorteil zumindest zwei unterschiedlich wirkende Ölabscheideelemente. Dabei ist ein erstes Ölabscheideelement beispielsweise in Form eines sog. Drallerzeugers (nicht dargestellt) ausgebildet, während ein zweites, dem ersten Ölabscheideelement in Strömungsrichtung S gesehen nachgelagertes Ölabscheideelement in Form eines Ölabscheideringes 8 ausgeführt ist. Durch die geometrische Anordnung des Ölab- scheiderings 8, der in Strömungsrichtung S gesehen unmittelbar vor der Ölabführöffnung 3b angeordnet ist, und des Ölführungselements 6b; 6b', welches in Strömungsrichtung S gesehen unmittelbar hinter der Ölabführöffnung 3b (aber noch vor der Gasabführöffnung 3a) angeordnet ist, wird ein strömungsberuhigter Bereich 9 gebildet. Aufgrund des strömungsberu- higten Bereichs 9 kann eine effiziente Ölableitung sowie eine verbesserte Trennung (bzw. Bei-
behaltung der Trennung) zwischen den sauberen Gasbestandteilen und den abgeschiedenen Ölbestandteilen erreicht werden.
In den Fig. 3 und 4 ist jeweils eine mögliche Ausführungsform eines Ölabscheideringes dar- gestellt. Gemäß Fig. 3 ist der Ölabscheidering 8 im Wesentlichen massiv ausgebildet und stellt für die Strömung des Blowby-Gases im Bereich der Innenwand des Wellenkörpers 2 ein großes Strömungshindernis in Form eines Prallelementes dar. Die im Blowby-Gas schwebenden Ölpartikel können dem schnellen Richtungswechsel am Ölabscheidering 8 nicht folgen, prallen gegen die Stirnfläche des Ölabscheideringes 8 und werden so aus dem Ölnebel aus- geschieden. Umfänglich weist der Ölabscheidering 8 eine Mehrzahl axial verlaufender Ausnehmungen 8a auf, über die die wandseitig abgeschiedenen Ölpartikel bzw. der hieraus gebildete Ölfilm wandseitig weiter in Strömungsrichtung S in Richtung der Öl-Abführöffnung 3b fließen können.
Der Ölabscheidering 8 weist mit Vorteil ein System miteinander verbundener Hohlräume auf, sodass ein den Ölabscheidering 8 durchdringendes Labyrinth von Hohlräumen gebildet ist. Die Stirnfläche des Ölabscheiderings 8 stellt weiter ein Prallelement dar, wogegen das innere Labyrinth eine Kombination von Prall- und Umlenkelementen ist. Mittels dieser Prall- und Umlenkelemente werden auch leichtere Ölpartikel aus dem Ölnebel abgeschieden, sodass der in Strömungsrichtung S gesehen hinter dem Ölabscheidering 8 strömende Ölnebel als gereinig- tes Gas bzw. gereinigte Luft betrachtet werden kann. Materialien für die vorgenannten Ausgestaltungen des Ölabscheideringes 8 können beispielsweise poröse Kunststoffe oder Syn- therwerkstoffe sein. Vorzugsweise umfasst der Ölabscheidering 8 auch ein Kunststoff- und/oder Metallgeflecht welches eine Vielzahl von Hohlräumen und Labyrinthen bildet, wobei der Ölabscheidering 8 dann vorzugsweise einen Trägerring umfasst, der das Geflecht stützt und zudem zur Fixierung des Geflechts im Hohlraum 3 des Wellenkörpers 2 dient. In einer Ausführungsform des Ölabscheideringes 8 wie sie gemäß Fig. 4 veranschaulicht ist, umfasst der Ölabscheidering 8 einen gelochten Blechring. Mit Vorteil umfasst ein derartiger Ölabscheidering 8 eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten und in den jeweiligen Lochreihen bzw. Lochmustern gegeneinander verdreht bzw. versetzten Blechringen, die über um- fängliche Verbinderelemente 8b zueinander beabstandet und miteinander verbunden sind. Durch den Versatz bzw. die Verdrehung der einzelnen Blechringe zueinander und die entsprechende Beabstandung der einzelnen Blechringe voneinander entsteht ein entsprechendes Labyrinth zur Abscheidung von öl aus den den Ölabscheidering 8 durchströmenden Blowby- Gas.
Bezugszeichenliste
Wellenkörper 2
Lagerabschnitt (Wellenkörper) 2a Hohlraum 3
Abführöffnung (Gas) 3a
Abführöffnung (Öl) 3b
Lagereinrichtung 4 Lagerkörper 4k
Wälzkörper 4w
Radialdichtring 4r
Ableitkanal (Gas) 4a
Ableitkanal (Öl) 4b Ölkanal (Radialdichtring) 4b'
Dichtring 4d
Strömungsleitelement 6
Fortsatz 6a Ölführungselement 6b; 6b1
Gewindebohrung
(Strömungsleitelement) 6c
Ölabscheidering 8 Ausnehmung (Ölabscheidering) 8a
Strömungsberuhigter Bereich 9
Strömungsrichtung S Dichtelement D
Nut (Radialdichtring) N