DE69017285T2

DE69017285T2 - Kegelstumpfförmiges Ventilschaft-Dichtungselement.

Info

Publication number: DE69017285T2
Application number: DE69017285T
Authority: DE
Inventors: J Dudley Binford; Philip L Bond; Ivan J Bruns; David F Fiedler
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2010-05-26
Also published as: CA2020191A1; EP0405751A3; AU5808390A; EP0405751B1; US4909202A; EP0405751A2; AU621023B2; MX164341B; ES2068339T3; BR9003085A; CA2020191C; JPH0337312A; DE69017285D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilschaft-Dichtung zur Verwendung,insbesondere bei Einlaß- und Auslaßverteilern von Brennkraftmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung Dichtelemente bei Ventilschaft-Abdichtungen, die gegen eine Ölleckage an den oberen Enden von Ventilführungen abdichten.
Brennkraftmaschinen haben Einlaß- und Auslaßventile, und jedes Ventil hat einen Kopf und einen Schaft, der integral mit dem Kopf verbunden ist, und der hin- und herbewegbar in einer Führung eingebaut ist. Da der Ventilschaft gewöhnlich in einem Ölvolumen arbeitet, wurde vielfach versucht, die vom Motor verbrauchte Ölmenge zu begrenzen. Um den Ölverbrauch zu kontrollieren, werden an den Ventilführungen Ventilabdichtungen eingebaut, um den Ölfluß zwischen Schaft und Führung zu messen. Eine beträchtliche Anzahl der Ventilschaft-Abdichtungen haben ein metallisches Gehäuse oder einen Mantel zur Aufnahme eines elastischen Dichtelementes, typisch aus einem Elastomer oder einem Material auf Polytetrafluoräthylen-Basis. Diese Anstrengungen wurden auf die Form des elastischen Teiles der Dichtung gerichtet, insbesondere darauf,inwieweit die Dichtung nicht nur gegen den Schaft, sondern auch gegen einen Teil der Ventilführung selbst abdichten sollte.
Ein Hauptproblem beim Entwerfen von Dichtungen betrifft die Toleranzvariationen, wie sie bei der Herstellung der Dichtungsteile auftreten. Toleranzänderungen bei Ventilgehäusen, an denen Ventilführungen angebracht sind, beeinflussen die Teile der Dichtung, welche in Eingriff mit der Ventilführung und dem Ventilschaft treten. Eine durch Toleranzveränderungen hervorgerufene schlechte Abdichtung kann daher zu einem übermäßigen Ölverbrauch führen, was nicht dem Zweck der Dichtung entspricht. Es wurden verschiedene Konstruktionen vorgeschlagen, um Toleranzänderungen zu kompensieren, keine hat sich aber voll zufriedenstellend erwiesen.
In der DE-C-1196035 wird eine Ventilschaft-Dichtung beschrieben, die zwischen einer Ventilführung und einem Ventilschaft einer Brennkraftmaschine abdichtet. Die Dichtung hat einen stabilen zylindrischen Mantel mit einer Längsachse und einer Stirnwand, in der eine Öffnung ausgebildet ist, und in dem Mantel ist ein ringförmiger elastischer Dichtungskörper angeordnet, der folgende Teile aufweist:
Einen ersten ringförmigen Abschnitt, dessen innere ringförmige Fläche eine erste Dichtfläche bildet sowie
einen zweiten ringförmigen Abschnitt, der integral mit dem ersten ringförmigen Abschnitt ausgebildet ist.
In der EP-0392893 (die nach dem Prioritätsdatum des vorliegenden Patentes veröffentlicht wurde, jedoch eine frühere Priorität hat) ist eine Ventilschaft-Dichtung beschrieben zum Abdichten zwischen einer Ventilführung und einem Ventilschaft einer Brennkraftmaschine, wobei die Dichtung ein stabiles zylindrisches Gehäuse aufweist, das eine Längsachse hat und mit einer Stirnwand versehen ist, in der eine Öffnung ausgebildet ist, wobei ein ringförmiger elastischer Dichtungskörper im Gehäuse angeordnet ist, mit einem ersten ringförmigen Abschnitt, dessen innere ringförmige Fläche eine erste Dichtfläche bildet sowie einem zweiten ringförmigen Abschnitt in Form eines kegelstumpfförmigen Dichtelementes, das integral mit dem ersten ringförmigen Abschnitt ausgebildet ist, und das in seinem freien und unbelasteten Zustand radial einwärts bezüglich der Achse des Dichtelementes konvergiert und eine innere Dichtfläche hat, die der Achse gegenüberliegt sowie eine äußere Oberfläche, die von der Achse weggerichtet ist.
Nach der Erfindung ist die Oberfläche eine Dichtfläche und die innere und die äußere Dichtfläche konvergieren unter Bildung eines ringförmigen gebogenen Scheitels. Der bogenförmige Scheitel ist für einen Dichtkontakt mit einer Oberfläche der Ventilführung vorgesehen, die in einer Ebene quer zur Achse des Gehäuses liegt.
Allgemein kann der Dichtungskörper ferner wenigstens eine ringförmige Rippe aufweisen, die in Umfangsrichtung um den Körper verläuft, und die in Reibungseingriff mit der Innenwand des Gehäuses treten kann. Vorzugsweise sind der Dichtungskörper und das kegelstumpfförmige Dichtelement vollständig im Inneren des Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse kann ferner Mittel enthalten zum Anbringen des Gehäuses an einer Ventilführung, wobei diese Mittel aus einer in Umfangsrichtung verlaufenden Reihe von Nasen bestehen können, die an der Innenwand des Gehäuses angeformt sind. Die erste Dichtfläche kann durch eine Mehrzhhl von radial angeordneten Riffelungen gebildet sein. Der elastische Körper kann ferner eine Feder umfassen, die sich in Umfangsrichtung um die erste Dichtfläche erstreckt und in Eingriff mit der Außenseite des Dichtkörpers tritt.
Das Dichtelement konvergiert radial einwärts vorzugsweise in einem Bereich von 30 - 60º in seinem freien und unbeschränkten Zustand. Beim Einbau legt sich das kegelstumpfförmige Element radial einwärts, wenn der bogenförmigen Scheitel in Eingriff mit der ringförmigen oberen Fläche der Ventilführung tritt.
Die Ventilschaft-Abdichtung nach der Erfindung hat ein Ventilschaft-Dichtelement, das an Toleranzveränderungen zwischen der Ventilführung und der Dichtung anpaßbar ist.
Figur 1 zeigt im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform einer Ventilschaft-Abdichtung nach der Erfindung in ihrem freien und unbeschränkten Zustand.
Figur 2 zeigt im Schnitt die Ausführungsform nach Figur 1, nachdem die Anordnung über einen Ventilschaft und eine Ventilführung eingebaut worden ist.
Figur 3 zeigt im Schnitt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Ventilschaft-Abdichtung nach der Erfindung in ihrem freien und unbeschränkten Zustand.
Figur 4 zeigt im Schnitt die Ausführungsform nach Figur 3, nachdem sie über einen Ventilschaft und in eine Ventilführung eingebaut worden ist.
In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer Ventilschaft-Abdichtung 10 gezeigt, die zweiteilig aufgebaut ist und aus einem stabilen zylindrischen Gehäuse 12 und einem elastischen Dichtungskörper 14 besteht. Der Dichtungskörper 14 ist aus einem Elastomer hergestellt, und er wird durch Reibung innerhalb des vorzugsweise metallischen Gehäuses 12 gehalten. Der Körper 14 hat eine in Umfangsrichtung verlaufende Dichtfläche 16, die durch eine Öffnung begrenzt wird, wie dargestellt. Die Dichtfläche 16 kann dichtend in Eingriff mit einem Ventilschaft 40 treten, um den Ölverbrauch zu kontrollieren, der bei der Hin- und Herbewegung des Schaftes 40 in der Ventilführung 50 auftritt, wie dem Fachmann bekannt ist. In der bevorzugten Form besteht die Fläche 16 aus einer Mehrzahl von ringförmigen Lippen.
Radial einwärts auf die Längsachse a-a des Gehäuses 12 zu erstreckt sich ein kegelstumpfförmiges Dichtelement 18. In der bevorzugten Form ist das Dichtelement 18 integral mit dem Dichtungskörper 14 ausgebildet, und es kann zu einem ringförmigen Ring zusammengedrückt werden beim Einbau, wie Figur 2 zeigt, obwohl der letztgenannte Grad der Umbiegung nicht erforderlich ist, um eine wirksame Abdichtung zu erreichen. Figuren 1 und 2 zeigen die relativen Positionen des Dichtelementes vor und nach dem Einbau der Dichtung 10 auf die zylindrische Ventilführung 50 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine.
Das Element 18 hat eine langgestreckte innere Oberfläche 20 und eine gegenüberliegende langgestreckte äußere Oberfläche 22. Die äußere Oberfläche 22 ist geeignet zur Herstellung eines Dichtkontaktes mit einer radial verlaufenden ringförmigen oberen Fläche 52 der Ventilführung 50. Die innere und die äußere Fläche 20, 22 konvergieren unter Bildung eines bogenförmigen Scheitels 24, der eine radiale Einwärtsbiegung des Dichtelementes 18 beim Einbau erleichtert (Figur 2).
Das feste zylindrische Gehäuse 12 hat eine Stirnwand 26, welche den elastischen Dichtkörper 14 im Gehäuse 12 axial hält. Die Stirnwand 26 hat eine Öffnung 28, welche eine Ventilschaftdurchführung durch und ins Innere der Dichtung 10 ermöglicht. Der Außenumfang 30 des Dichtungskörpers 14 hat wenigstens eine ringförmige Rippe 32, die so bemessen ist, daß sie mit Festsitz in der zylindrischen Innenwand 34 des Gehäuses 12 sitzt. Dies dient dazu, den Dichtungskörper beim Transport im Gehäuse zu halten.
Das kegelstumpfförmige Dichtelement 18 erstreckt sich radial einwärts vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 30 - 60º, relativ zur Achse a-a des Gehäuses 12 in seinem freien und nicht zusammengedrückten Zustand. Wenn es eingebaut ist, drückt sich das Element 18 radial einwärts zusammen an einer Ellbogengelenkstelle 36, die am Übergang vom Element 18 zum Dichtungskörper 14 ausgebildet ist. Die äußere Oberfläche 22 des Dichtelementes 18 bewirkt einen Dichtkontakt mit der oberen Fläche 52 der Ventilführung über einen Bereich von Winkeln. In der Praxis ist es nicht erforderlich, daß das kegelstumpfförmige Element 18 vollständig quer zur Achse a-a umgebogen wird, wie dargestellt. Die Dichtung ist wirksam in jedem Winkel zwischen dem freien und nicht zusammengedrückten Zustand des Elementes bis herauf zur praktischen Begrenzung der Biegung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist.
In der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 kann die Halterung des Gehäuses 12 auf der Ventilführung 50 bewirkt werden durch eine Vielzahl von Methoden, von denen beispielsweise in Figur 2 dargestellt sind. Im linken Teil der Figur 2 wird die Halterung bewirkt mit Hilfe eines Reibungssitzes zwischen der inneren zylindrischen Wand 34 des Gehäuses 12 und dem zylindrischen Außenumfang 56 der Ventilführung. Bei dieser Ausführung liegt das untere Ende 42 des Gehäuses 12 gegen eine ringförmige Schulter 58 an der Ventilführung 50 an. Im rechten Teil der Figur 2 wird die Halterung bewirkt mit Hilfe einer in Umfangsrichtung angeordneten Gruppe von Vorwölbungen 38, die in der inneren zylindrischen Wand 34 des Gehäuses 12 ausgebildet sind. Die Vorwölbungen treten in eine Nut 54 der Führung 50 ein.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform 10' einer Ventilschaft-Abdichtung, wie dargestellt. Die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 entspricht derjenigen nach den Figuren 1 und 2, abgesehen von den nachfolgend genannten Merkmalen.
Zunächst ist eine einzige ringförmige Rippe 32' so bemaßt, daß sie mit Festsitz an der Innenwand 34' des Gehäuses 12' sitzt und praktisch die einzige Reibungshaltekraft erzeugt zum Halten des Dichtungskörpers 14' im Gehäuse 12' vor dem Zusammenbau. Ferner ist eine Wurmfeder 60 in einer äußeren Nut 62 des elastischen Dichtungskörpers 14' angeordnet, die dazu dient, eine Druckkraft zwischen dem Dichtungskörper und dem Schaft auszuüben. Außerdem wird ein mehr gewölbtes Dichtelement 18' verwendet, obwohl unter Bezugnahme auf Figur 4 erkennbar ist, daß das Element 18' praktisch in derselben Weise funktioniert wie das Element 18 der Figuren 1 und 2. Schließlich zeigen die linken Abschnitte der Figuren 3 und 4 eine alternative einzelne Lippe 16', die anstelle der mehrfachen Lippen 16 und 16'' verwendet werden kann.

Claims

1. Ventilschaft-Dichtung zum Abdichten zwischen einer Venfühung (50) und einem Ventilschaft (40) einer Brennkraftmaschine, mit einem festen zylindrischen Gehäuse (12), das eine Längsachse (a-a) sowie eine Stirnwand (26) besitzt, die eine Öffnung(28)aufweist, ferner mit einem ringförmigen elastischen Dichtungskörper (14), der im Gehäuse (12) angeordnet ist und folgende Teile aufweist:

einen ersten ringförmigen Abschnitt, dessen innere ringförmige Oberfläche eine erste Dichtfläche (16) bildet;

einen zweiten ringförmigen Abschnitt in Form eines kegelstumpfförmigen Dichtelementes (18), das integral mit dem ersten ringförmigen Abschnitt ausgebildet ist, und das in seinem freien und unbeschränkten Zustand radial einwärts bezüglich der Achse (a-a) konvergiert, daß ferner das Dichtelement (18) eine innere Dichtfläche (20) hat, die der Achse (a-a) gegenüberliegt sowie eine äußere Oberfläche (22), die von der Achse (a-a) weggerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche (22) eine Dichtfläche ist, und daß die innere und die äußere Dichtfläche (20, 22) konvergieren unter Bildung eines ringförmigen bogenförmigen Scheitels (24).

2. Ventilschaft-Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper ferner wenigstens eine ringförmige Rippe aufweist, die sich in Umfangsrichtung um den Körper erstreckt und in Reibungseingriff mit einer Innenwand des Gehäuses steht.

3. Ventilschaft-Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper vollständig im Innern des Gehäuses angeordnet ist.

4. Ventilschaft-Dichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ferner Mittel aufweist, um das Gehäuse an einer Ventilführung zu befestigen.

5. Ventilschaft-Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Mittel zum Befestigen des Gehäuses aus einer in Umfangsrichtung verlaufenden Gruppe von Vorwölbungen besteht, die an einer Innenwand des Gehäuses ausgebildet sind.

6. Ventilschaft-Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtfläche eine Mehrzahl von radial angeordneten Riffelungen aufweist.

7. Ventilschaft-Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper ferner eine Feder aufweist, die sich in Umfangsrichtung um die erste Dichtfläche erstreckt, und daß die Feder in Eingriff mit einer Außenseite des Dichtungskörpers steht.