DE102009016016B4

DE102009016016B4 - Ventilschaftdichtung

Info

Publication number: DE102009016016B4
Application number: DE102009016016.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Eck
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2029-04-03
Also published as: DE102009016016A1

Abstract

Ventilschaftdichtung (1), die ein Gehäuseteil (2) aufweist, an dem und/oder in dem ein Dichtungselement (3) angeordnet ist, wobei das Dichtungselement (3) mindestens zwei Dichtkörper (4, 5) aufweist, die sich bei bestimmungsgemäßer Benutzung an die radial äußere Umfangsfläche (6) eines abzudichtenden Schafts (7) anlegen, wobei eines der mindestens zwei Dichtkörper (4) aus Elastomer- oder Gummimaterial besteht, das mit dem Gehäuseteil (2) verbunden ist und eine Dichtlippe (8) ausbildet,
dadurch gekennzeichnet,
dass das andere der mindestens zwei Dichtkörper (5) ein O-Ring ist, der mit radialem (s_r) und axialem (s_a) Spiel in einem Aufnahmeraum (9) angeordnet ist, der zwischen dem Gehäuseteil (2), der radial äußeren Umfangsfläche (6) des abzudichtenden Schafts (7) und einer Ventilführung (10) ausgebildet ist, wobei das axiale Spiel (s_a) zwischen 0,1 mm und 2 mm beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilschaftdichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, die ein Gehäuseteil aufweist, an dem und/oder in dem ein Dichtungselement angeordnet ist, wobei das Dichtungselement mindestens zwei Dichtkörper aufweist, die sich bei bestimmungsgemäßer Benutzung an die radial äußere Umfangsfläche eines abzudichtenden Schafts anlegen, wobei eines der mindestens zwei Dichtkörper aus Elastomer- oder Gummimaterial besteht, das mit dem Gehäuseteil verbunden ist und eine Dichtlippe ausbildet.
Eine Ventilschaftdichtung dieser Art ist aus der DE 41 19 952 C2 bekannt. Dort weist ein hülsenförmiges Gehäuseteil eine Innenbeschichtung mit einem Elastomermaterial auf, aus dem ein Dichtungselement ausgeformt ist. Dieses Dichtungselement weist zwei Dichtkörper auf, die aus dem Elastomermaterial einstückig ausgeformt sind. Beide Dichtkörper haben eine Dichtlippe, die zur Anlage an den abzudichtenden Ventilschaft ausgebildet sind. Während die Dichtlippe des einen der beiden Dichtkörper mittels eines Federrings radial nach innen vorgespannt wird, liegt der andere Dichtkörper mit seiner Dichtlippe nur durch die Elastizität des Elastomermaterials am Ventilschaft an. Eine ähnliche Lösung zeigt die EP 1 884 630 A1 . Aus der JP S59- 49 307 A geht eine Ventilschaftdichtung hervor, bei der zur Abdichtung ein O-Ring eingesetzt wird, mit dem eine Ölförderung angestrebt wird.
Die vorbekannte Ventilschaftdichtung soll starken Überdrücken im Einlass- oder Auslasstrakt entgegenwirken und verhindern, dass Gase in den Zylinderkopf geraten.
Nachteilig ist dabei allerdings, dass die Gaslippe der Ventilschaftdichtung relativ schwer herstellbar ist. Ferner arbeitet die Gaslippe zwar statisch sehr gut, jedoch gilt dies nur bedingt bei Ventilbewegungen, was an einem teilweise ungünstigen axialen Folgevermögen der Dichtlippe auf dem Ventilschaft liegt. Schließlich ist die Öldosierungsfunktion mitunter eingeschränkt, d. h. es kommt gelegentlich zu einem zu hohen Öldurchlass.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilschaftdichtung der eingangs genannten Art zu verbessern und die genannten Nachteile zu vermindern bzw. abzustellen. Insbesondere soll die Ventilschaftdichtung besonders gut für den Einsatz in einem Verbrennungsmotor mit sehr hohem Ladedruck oder beim Einsatz von Motorbremssystemen (vor allem im LKW) tauglich gemacht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das andere der mindestens zwei Dichtkörper ein O-Ring ist, der mit radialem und axialem Spiel in einem Aufnahmeraum angeordnet ist, der zwischen dem Gehäuseteil, der radial äußeren Umfangsfläche des abzudichtenden Schafts und einer Ventilführung ausgebildet ist, wobei das axiale Spiel zwischen 0,1 mm und 2 mm liegt.
Das Gehäuseteil kann dabei aus einem hülsenförmigen, vorzugsweise metallischen Grundkörper bestehen, der zumindest in seinem inneren Bereich mit einem Elastomer- oder Gummimaterial versehen ist. Das Elastomer- oder Gummimaterial kann dabei dasjenige sein, aus dem der eine der mindestens zwei Dichtkörper besteht.
Der Aufnahmeraum kann axial durch einen sich radial erstreckenden Abschnitt des Gehäuseteils bzw. dem hieran angebrachten Elastomer- oder Gummimaterial begrenzt werden. Der sich radial erstreckende Abschnitt des Gehäuseteils bzw. das hieran angebrachte Elastomer- oder Gummimaterial kann dabei eine Dichtfläche für den O-Ring bilden. Der Aufnahmeraum kann weiterhin axial durch die Ventilführung begrenzt werden. In diesem Falle kann die Ventilführung mit ihrer axialen Begrenzung des Aufnahmeraums eine Dichtfläche für den O-Ring bilden.
Das radiale Spiel beträgt bevorzugt zwischen 0,1 mm und 2 mm.
Der O-Ring besteht bevorzugt aus Gummi.
Die beiden Dichtkörper können auch aus demselben Material bestehen.
Der O-Ring hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt.
Das Gehäuseteil kann in einem vom Aufnahmeraum abgewandten offenen axialen Endbereich mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Einschnürung aufweisen, die einen geringeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des O-Rings im spannungslosen Zustand. Hiermit kann eine verliersichere Einheit gebildet werden.
Der O-Ring kann auch im Gehäuseteil in einem axialen Endbereich desselben vor der Montage der Ventilschaftabdichtung mit einem adhäsiven Medium fixiert sein. Bei diesem Medium handelt es sich bevorzugt um Fett oder Wachs.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist also ein O-Ring vorgesehen, der radial am Ventilschaft anliegt und der nach außen radiales Spiel in seinem Aufnahmeraum hat. Weiter hat der O-Ring auch in axialer Richtung etwas Spiel (meist ist hier 1 mm Spiel günstig). Bei den Ventilbewegungen, die meist im Bereich von 10 bis 15 mm liegen, wird der O-Ring um dieses axiale Spiel zunächst mitgeschleppt und rutscht dann den restlichen Ventilweg auf dem Ventilschaft ab.
Der O-Ring hat in vorteilhafter Weise keine Ölförderfunktion, da er symmetrisch ist (bevorzugt kreisförmiger Querschnitt). Dadurch liegt der O-Ring im Wechsel unten auf der Ventilführung oder oben an dem Gehäuseteil an. Sollte in diesen Positionen gleichzeitig auch ein Unter- oder Überdruck vorliegen, so verbleibt der O-Ring für die Dauer dieses Zustandes in der entsprechenden Position (angesaugt an die Ventilführung bei Unterdruck im Trakt oder angepresst an die Dichtung bei Überdruck). Sobald wieder ein ausgeglichener Druckzustand besteht, wechselt er wieder fortwährend seine Position.
Vorteilhaft ist insbesondere, dass sich der O-Ring selbst zentriert. Er verursacht im drucklosen Zustand weniger Reibung und ist verschleißfest. Weiterhin hat er keinen bzw. nur einen untergeordneten Störeinfluss auf die Öldosierung.
Der O-Ring kann gekammert in dem Gehäuseteil angeliefert werden und/oder durch ein Fett oder Wachs angeklebt sein. Das Fett bzw. das Wachs schmilzt und verschwindet somit beim ersten Anlauf des Motors.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 eine Ventilschaftdichtung, halbseitig im Radialschnitt dargestellt, wobei im in der Figur unten liegenden Trakt Überdruck herrscht,
2 die Ventilschaftdichtung gemäß 1, wobei im in der Figur unten liegenden Trakt Unterdruck herrscht,
3 die Ventilschaftdichtung gemäß 1 ohne Ventilfiihrung im Anlieferungszustand mit verliersicher angeordnetem O-Ring und
4 die Ventilschaftdichtung gemäß 1 ohne Ventilführung im Anlieferungszustand mit einem O-Ring, der durch ein adhäsives Medium im Gehäuseteil der Ventilschaftdichtung fixiert ist.

In der Figur ist eine Ventilschaftdichtung 1 zu sehen, die einen Schaft 7 an seiner radial außenliegenden Umfangsfläche 6 abdichten soll. Die Ventilschaftdichtung weist ein Gehäuseteil 2 auf, das einen hülsenförmigen Grundkörper 2' hat, der aus Metall oder aus Kunststoff besteht. Der Grundkörper 2' geht in einen sich radial nach innen erstreckenden Abschnitt 2''' über. Sowohl der Grundkörper 2' als auch der Abschnitt 2''' sind mit einem Elastomermaterial 2''' an der Innenseite überzogen.
Weiterhin weist die Ventilschaftdichtung 1 ein Dichtungselement 3 auf, das aus zwei Einzeldichtungen, d. h. Dichtkörpern 4 und 5 besteht. Der Dichtkörper 4 ist aus dem Material des Elastomermaterials 2" ausgeformt und weist eine Dichtlippe 8 auf, die auf der Umfangsfläche 6 des Schafts 7 anliegt. Die Anlagekraft der Dichtlippe 8 wird in bekannter Weise durch einen Federring 15 erhöht.
Der andere, zweite Dichtkörper 5 besteht aus einem O-Ring mit kreisförmigem Querschnitt. Der O-Ring 5 ist in einem Aufnahmeraum 9 platziert, der im wesentlichen einen rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt aufweist und einmal radial innen durch die Umfangsfläche 6 des Schafts 7 und einmal radial außen durch den Grundkörper 2' bzw. das hierauf angebrachte Elastomermaterial 2'' begrenzt wird. Dann wird der Aufnahmeraum 9 oben von dem sich radial erstreckenden Abschnitt 2''' bzw. dem hierauf angebrachtem Elastomermaterial 2''' begrenzt. Unten wird der Aufnahmeraum 9 von der Oberseite einer Ventilführung 10 begrenzt, die mit dem Gehäuseteil 2 in bekannter Weise verbunden ist.
Die axial begrenzende Anlagefläche am Elastomermaterial 2" bildet eine Dichtfläche 11 aus. Entsprechend bildet die Ventilführung 10 mit ihrer axial begrenzenden Fläche des Aufnahmeraums 9 eine Dichtfläche 12 aus (s. hierzu 2).
Sowohl in radiale Richtung als auch in axiale Richtung hat der O-Ring 5 im Aufnahmeraum 9 Spiel, was durch das in 1 eingetragene radiale Spiel s_T und das ebenfalls eingetragene axiale Spiel s_a gekennzeichnet ist.
Herrscht im Trakt, der in 1 bzw. 2 unten liegt, Überdruck - wie es in 1 dargestellt ist -, hat das zur Folge, dass der O-Ring 5 oben an der Dichtfläche 11 anliegt und abdichtet. Herrscht indes im Trakt, der in 1 bzw. 2 unten liegt, Unterdruck - wie es in 2 dargestellt ist -, hat das zur Folge, dass der O-Ring 5 jetzt unten an der Dichtfläche 12 anliegt und abdichtet.
In 3 ist die Einheit bestehend aus Gehäuseteil 2 samt Dichtungselement 3, d. h. Dichtkörper 4 und O-Ring 5, im noch nicht montierten Zustand und ohne Ventilführung zu sehen. Das Elastomermaterial 2" hat im unteren Bereich des Grundkörpers 2' eine Einschnürung 13, die radial nach innen reicht. Der Durchmesser dieser Einschnürung ist mit d angegeben. Indes hat der O-Ring im spannungsfreien Zustand einen etwas größeren Durchmesser D. Dies hat zur Folge, dass die dargestellte Einheit eine Verliersicherung für den O-Ring bildet, d. h. der O-Ring kann nicht ohne weiteres aus dem Innenraum des Gehäuseteils 2 herausfallen.
Eine alternative oder additive Möglichkeit der Montagesicherung des O-Rings 5 ist in 4 dargestellt. Hier ist der O-Ring 5 im oberen Endbereich seines Aufnahmeraums mit einem adhäsiven Medium 14 wie Wachs oder Fett fixiert. Ist die Montage der Ventilschaftdichtung erfolgt, löst sich das Fett bzw. das Wachs bei der ersten Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors rückstandsfrei auf.
Bezugszeichenliste

1: Ventilschaftdichtung
2: Gehäuseteil
2': Grundkörper
2''': Elastomer- oder Gummimaterial
2''': sich radial erstreckender Abschnitt
3: Dichtungselement
4: Dichtkörper
5: Dichtkörper (O-Ring)
6: Umfangsfläche
7: Schaft
8: Dichtlippe
9: Aufnahmeraum
10: Ventilführung
11: Dichtfläche
12: Dichtfläche
13: Einschnürung
14: Fett / Wachs
15: Federring
sr: radiales Spiel
sa: axiales Spiel
d: Durchmesser der Einschnürung
D: Außendurchmesser des O-Rings

Claims

Ventilschaftdichtung (1), die ein Gehäuseteil (2) aufweist, an dem und/oder in dem ein Dichtungselement (3) angeordnet ist, wobei das Dichtungselement (3) mindestens zwei Dichtkörper (4, 5) aufweist, die sich bei bestimmungsgemäßer Benutzung an die radial äußere Umfangsfläche (6) eines abzudichtenden Schafts (7) anlegen, wobei eines der mindestens zwei Dichtkörper (4) aus Elastomer- oder Gummimaterial besteht, das mit dem Gehäuseteil (2) verbunden ist und eine Dichtlippe (8) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das andere der mindestens zwei Dichtkörper (5) ein O-Ring ist, der mit radialem (s_r) und axialem (s_a) Spiel in einem Aufnahmeraum (9) angeordnet ist, der zwischen dem Gehäuseteil (2), der radial äußeren Umfangsfläche (6) des abzudichtenden Schafts (7) und einer Ventilführung (10) ausgebildet ist, wobei das axiale Spiel (s_a) zwischen 0,1 mm und 2 mm beträgt.
Ventilschaftdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (2) aus einem hülsenförmigen, vorzugsweise metallischen Grundkörper (2') besteht, der zumindest in seinem inneren Bereich mit einem Elastomer- oder Gummimaterial (2'') versehen ist.
Ventilschaftdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer- oder Gummimaterial (2'') dasjenige ist, aus dem der eine der mindestens zwei Dichtkörper (4) besteht.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (9) axial durch einen sich radial erstreckenden Abschnitt (2''') des Gehäuseteils (2) bzw. dem hieran angebrachten Elastomer- oder Gummimaterial begrenzt wird.
Ventilschaftdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich radial erstreckende Abschnitt (2''') des Gehäuseteils (2) bzw. das hieran angebrachte Elastomer- oder Gummimaterial eine Dichtfläche (11) für den O-Ring (5) bildet.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (9) axial durch die Ventilführung (10) begrenzt wird.
Ventilschaftdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilführung (10) mit ihrer axialen Begrenzung des Aufnahmeraums (9) eine Dichtfläche (12) für den O-Ring (5) bildet.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Spiel (s_r) zwischen 0,1 mm und 2 mm beträgt.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring aus Gummi besteht.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtkörper (4, 5) aus demselben Material bestehen.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (5) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (2) in einem vom Aufnahmeraum (9) abgewandten offenen axialen Endbereich mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Einschnürung (13) aufweist, die einen geringeren Durchmesser (d) aufweist als der Außendurchmesser (D) des O-Rings (5) im spannungslosen Zustand.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (5) im Gehäuseteil (2) in einem axialen Endbereich desselben vor der Montage der Ventilschaftabdichtung mit einem adhäsiven Medium fixiert ist.
Ventilschaftdichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das adhäsive Medium Fett oder Wachs ist.