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Schwimmende Ventilschaftabdichtung. - Dokument DE69014731T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69014731T2 27.04.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0405750
Titel Schwimmende Ventilschaftabdichtung.
Anmelder Dana Corp., Toledo, Ohio, US
Erfinder Binford, J. Dudley, Richmond, IN 47374, US
Vertreter Leyh, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Hering, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 81667 München
DE-Aktenzeichen 69014731
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.05.1990
EP-Aktenzeichen 903057123
EP-Offenlegungsdatum 02.01.1991
EP date of grant 07.12.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F01L 3/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Ventilschaftabdichtung zur Befestigung an einer Ventilführung einer Brennkraftmaschine. Sie betrifft insbesondere die Konzentrizität von Ventilschaftabdichtungen an Ventilschäften.

Ventilschaftabdichtungen dieser Art mit elastischen Dichtungskörpern, die in stabilen zylindrischen Gehäusen oder Mänteln eingebaut sind, sind in vielen Ausführungsformen auf dem Markt. Die meisten Konstruktionen betreffen die Wirksamkeit der Dichtlippen solcher Dichtungen, insbesondere den etwaigen Ölfluß zwischen der Lippe und dem Schaft.

Allgemein ist das stabile zylindrische Gehäuse fest an einer Ventilschaftführung angeordnet, wobei der Innendurchmesser des Gehäuses in Reibungseingriff mit dem Außendurchmesser der Fünrung steht. Obwohl das Gehäuse ein Dichtelement abstützt, das um den Ventilschaft zentrierbar ist, ist es offenbar, daß in der Praxis der Ventilschaft und die Ventilführung selten konzentrisch angeordnet sind.

Die DE-PS 2312135 zeigt eine Ventilschaftabdichtung, die sich radial relativ zu dem festen zylindrischen Gehäuse infolge eines Zwischenraumes zwischen der Dichtung und dem Gehäuse bewegen kann. Beim Fehlen dem Konzentrizität kann somit eine relative Bewegung erfolgen.

Jedoch ist dieser Mangel an Konzentrizität kein ernstes Problem, wenn der Stützteil des Gehäuses und der Lippenabschnitt des Dichtungskörpers relativ weit entfernt liegen.

Beispielsweise zeigt die US-PS 4773363, die den nächstliegenden Stand der Technik darstellt, eine Ventilschaftabdichtung, die an einer Ventilführung einer Brennkraftmaschine befestigt werden kann, mit einem stabilen Gehäuse, das eine Längsachse definiert und eine Stirnwand hat, die eine erste Öffnung aufweist, einen ringförmigen elastischen Dichtungskörper im Gehäuse, wobei der Dichtungskörper eine zweite Öffnung hat, die eine ringförmige innere Lippe bildet, um einen kontinuierlichen Dichtungseingriff mit einem axial hin und her beweglichen Ventilschaft zu bilden, wobei der Dichtungskörper ferner eine äußere Umfangsnut besitzt, welche ein Paar paralleler radial verlaufender Seitenwände und einen Boden aufweist, wobei ferner der Dichtungskörper in der ersten Öffnung durch die Umfangsnut gehalten ist und weiterhin ein Führungsdichtelement aufweist, das sich allgemein längs des Dichtkörpers erstreckt, wobei das Dichtelement axial von der Stirnwand beabstandet ist und in dichtenden Eingriff mit einer radialen oberen Fläche der Ventilführung treten kann.

Da der obengenannte Abstand zwischen dem Halteteil und der Lippe kleiner wird, ist wenig Flexibilität im Dichtungskörper für eine Anpassung an einen radialen Versatz zwischen Schaft und Führung vorhanden. Wenn die Exzentrizität extrem groß ist, kann eine resultierende Verformung des Dichtkörpers ungleichmäßige Drücke auf das Dichtungselement verursachen, die ihrerseits unerwünschte Verschleißmuster und eine nicht voraussagbare Ölkontrolle erzeugen.

Bei der erfindungsgemäßen Dichtung ist ein radialer schwimmender Ringraum vorgesehen, der durch einen vorgegebenen Anteil eines radialen Raumes zwischen dar ersten Öffnung und dem Boden der Nut gebildet ist, wobei der Umfang der ersten Öffnung größer ist als der Umfang des Nutgrundes, wobei der vorgegebene radiale Raum eine Anpassung an ein spezifizierte Größe einer radialen Versetzung zwischen dem hin- und hergehenden Ventilschaft und der Ventilführung ermöglicht, um eine Verformung des Dichtungskörpers zu vermeiden, wobei das Dichtungsführungselement eine kegelstumpfförmige Gestalt hat.

Der Dichtungskontaktabschnitt des Dichtungskörpers kann eine einzige ringförmige Lippe sein, während das metallische Gehäuse eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandete, radial einwärts gerichtete Nasen aufweisen kann, um die äußere zylindrische Oberfläche dar Ventilführung zu erfassen zum Halten der Ventilschaftabdichtung auf der Führung.

Figur 1 zeigt im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform einer Ventilschaftabdichtung nach der Erfindung unter idealen Bedingungen der Konzentrizität zwischen Ventilschaft und Ventilführung.

Figur 2 zeigt im Schnitt dieselbe Ausführungsform der Ventilschaftabdichtung nach der Erfindung, wobei der Ventilschaft und die Führung in einem Zustand maximaler Exzentrizität relativ zueinander dargestellt sind.

In der Zeichnung ist eine Ventilschaftabdichtung 10 dargestellt, die einen stabilen metallischen zylindrischen Mantel 12 aufweist, der eine Längsachse "a-a" aufweist. Die Ventilschaftabdichtung 10 hat einen elastischen Dichtungskörper 14, der vorzugsweise aus einem Elastomer besteht. Der Dichtungskörper 14 hat eine innere ringförmige Lippe 16, die in dichtendem Eingriff mit einem Ventilschaft 80 steht, der in einer Ventilführung 60 hin und her bewegbar ist.

Der zylindrische Mantel 12 hat eine radial verlaufende Stirnwand 18 am oberen Ende des Mantels, welche eine Öffnung 20 aufweist zur Abstützung des elastischen Dichtungskörpers 14.

Hierzu ist die Außenseite 24 des Dichtungskörpers 14 mit einer Umfangsnut 22 versehen, in welche die Stirnwand eingreift, um den Dichtungskörper 14 zu halten.

Die Nut 22 hat eine radial verlaufende Seitenwand 26 parallel zu einer radialen Seitenwand 28 und von dieser beabstandet um etwa die Dicke der Stirnwand 18, die in die Nut paßt. Der Boden 30 der Nut 22 hat einen Umfang, der kleiner ist als derjenige der Öffnung 20 der Stirnwand 18. Dieser Unterschied schafft einen radialen schwimmenden Ringraum 32, wodurch ein seitlicher oder radialer Zwischenraum 34 gebildet wird zur Anpassung an eine Exzentrizität zwischen dem Ventilschaft 80 und der Ventilführung 60.

Wie oben erwähnt ist die Verformung des Dichtungskörpers eine Funktion der Abnahme des axialen Abstandes 40 zwischen der Lippe 16 und der Stirnwand 18. Für eine gegebene Größe der Exzentrizität zwischen Ventilschaft und Ventilführung besteht daher ein Potential für eine größere inhärente Verformung, wenn der Abstand 40 kleiner wird.

In Figur 2 ist die Exzentrizität deutlicher dargestellt durch den radialen Versatz 50 zwischen der Längsachse "b-b" des Ventilschaftes 80 und der Längsachse "a-a" des Mantels 12 und der Ventilführung 60, an welcher der Mantel befestigt ist. Geometrisch ist der radiale Versatz 50, der ohne Dichtungskörperverformung aufgefangen werden kann, gleich der Größe des seitlichen oder radialen Zwischenraumes 34. Der vorgegebene radiale Zwischenraum 34, der bei der Ventilschaftabdichtung 10 vorgesehen ist, sollte daher wenigstens gleich der angenommenen maximalen Größe des radialen Versatzes 50 zwischen dem Schaft und dar Führung sein. Dieser Zwischenraum kann typisch 0,508 mm - 1,016 mm betragen (20 - 40 Tausendstel eines Zolls).

Der Dichtungskörper 14 ist ferner mit einem Dichtungsführungselement 42 versehen, das in Eingriff mit der radialen oberen Fläche 62 der Ventilführung 60 treten kann und das, wie dargestellt, eine kegelstumpfförmige Gestalt hat. Das Konzept des radialen Schwimmens der Ventilschaftabdichtung 10, wie hier erläutert, ist nicht auf die Geometrie der Dichtlippe 16 beschränkt. Es können auch andere Dichtungsformen und Anordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann die einzelne Lippe 16 durch eine Mehrzahl von Lippen ersetzt werden. Die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform umfaßt ferner eine Feder 44, die in einer zweiten Nut 46 aufgenommen ist. Die Nut 46, die in der Außenfläche 24 des Dichtungskörpers liegt, liegt in etwa derselben radialen Ebene wie die Lippe 16.

Ferner ist in der bevorzugten Ausführungsform die Innenwand 76 des Mantels 12 so bemessen, daß sie in Reibungseingriff mit der Außenfläche 78 der Führung 60 steht. Ferner ist eine Anzahl von perforierten Nasen 72 in Umfangsrichtung um den Mantel angeordnet, um die äußere Oberfläche 78 der Führung zu erfassen.

Ein optimaler Eingriff des kegelstumpfförmigen Dichtungsführungselementes 42 bewirkt, daß das Ende 43 des Dichtungsführungselementes 42 sich radial einwärts biegt. Um einen guten Kontakt zwischen dem Dichtungsführungselement 42 und dem oberen Ende 62 der Führung 60 zu erreichen, ist der Mantel 12 so bemessen, daß das untere Ende 64 des Mantels in Kontakt mit einer ersten ringförmigen Schulter 66 tritt, die sich radial um die Ventilführung 60 erstreckt, bei einem solchen optimalen Eingriff.

Schließlich ist eine Ventil-Schraubenfeder 70 vorgesehen zum Eingriff mit einer Federhalterung, die mit einem Einlaß- oder Auslaßventil verbunden ist (nicht dargestellt). Das entgegengesetzte Ende der Feder 70 ist an einer zweiten ringförmigen Schulter 68 abgestützt, die ebenfalls radial bezüglich der Ventilführung verläuft und integral mit dieser ausgebildet ist. Endlich ist am Ende 64 des Mantels 12 ein lösbarer Vorsprung 74 vorgesehen, der den Ausbau der Ventilschaftabdichtung 10 von der Führung 60 bei der Wartung des Motors erleichtert.


Anspruch[de]

1. Ventilschaftabdichtung (10) zur Befestigung an einer Ventilführung (60) einer Brennkraftmaschine, mit einem festen Mantel (12), der eine Längsachse definiert und eine Stirnwand (18) aufweist, die eine erste Öffnung (20) besitzt, feiner einen ringförmigen elastischen Dichtungskörper (14), der innerhalb des Mantels (12) angeordnet ist, wobei der Dichtungskörper (14) eine zweite Öffnung hat, die eine innere ringförmige Lippe (16) bildet, welche einen kontinuierlichen Dichtungseingriff mit einem sich axial hin und her bewegenden Ventilschaft hat, wobei der Dichtungskörper (14) ferner eine äußere Umfangsnut (22) aufweist, welche ein Paar paralleler radial verlaufender Seitenwände (28) und einen Boden (30) besitzt, wobei der Dichtungskörper (14) in der ersten Öffnung (20) durch die Umfangsnut (22) gehalten ist und der Dichtungskörper (14) ferner ein Dichtungsführungselement (42) besitzt, das sich allgemein längs des Körpers (14) erstreckt, wobei das Dichtungselement (42) einen axialen Abstand von der Stirnwand (18) hat und in Dichtungseingriff mit einer radialen oberen Oberfläche der Ventilführung (60) treten kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein radialer schwimmender Ringraum gebildet ist durch einen vorgegebenen Anteil eines radialen Raumes (34) zwischen der ersten Öffnung (20) und dem Boden (38) der Nut (22), daß der Umfang der ersten Öffnung (20) größer ist als der Umfang des Bodens (30) der Nut (22), daß ferner der vorgegebene radiale Raum (34> sich an eine spezifizierte Größe einer radialen Versetzung zwischen dem hin und her beweglichen Ventilschaft und der Ventilführung (60) anpassen kann, um eine Verformung des Dichtungskörpers (14) zu vermeiden, und daß das Dichtungsführungselement eine kegelstumpfförmige Gestalt hat.

2. Ventilschaftabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung eine einzige ringförmige Lippe (16) bildet.

3. Ventilschaftabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung eine mehrfache Lippenoberfläche bildet.

4. Ventilschaftanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) Mittel aufweist zum Befestigen der Dichtungsanordnung (10) an einer Ventilführung (60).

5. Ventilschaftanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Befestigungsmittel eine in Umfangsrichtung verlaufende Gruppe von radial gerichteten Nasen (72) im Mantel (12) umfaßt.

6. Ventilschaftanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Ventilführung aufweist mit einer ringförmigen Schulter (66) und daß der Mantel (12) ein Ende (64) entgegengesetzt zur Stirnwand (18) aufweist zum Kontakt mit der Schulter (64), wodurch die Einführung des Mantels (12) über die Ventilführung (60) begrenzt wird.

7. Ventilschaftabdichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) ferner wenigstens einen lösbaren Vorsprung (74) aufweist.

8. Ventilschaftanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Dichtungskörper (14) ferner eine zweite Nut (46) aufweist, die sich in Umfangsrichtung um den Körper (14) erstreckt sowie eine Feder (44), die in der zweiten Nut (46) angeordnet ist.







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