DE102009017599B4

DE102009017599B4 - Ventilschaftdichtung

Info

Publication number: DE102009017599B4
Application number: DE102009017599A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Netzer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: US8746199B2; CN102395820B; DE102009017599A1; CN102395820A; WO2010118834A1; US20120111297A1

Abstract

Ventilschaftdichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend einen Dichtkörper (3) mit einer Öldichtungsanordnung (5) und mit einer von der Öldichtungsanordnung (5) in axialer Richtung beabstandeten Gasdichtungsanordnung, die eine erste Gaslippe (11) und eine zwischen der Öldichtungsanordnung (5) und der ersten Gaslippe (11) angeordnete zweite Gaslippe (12) aufweist, sowie einen verformungssteifen Versteifungsträgerring (2), in dem der Dichtkörper (3) teilweise angeordnet ist und der einen radial nach innen sich erstreckenden Schenkel (6) aufweist, wobei der Dichtkörper (3) einen dem Schenkel (6) zugeordneten ersten Teilbereich (7), einen dem ersten Teilbereich (7) anschließenden und außerhalb des Versteifungsträgerrings (2) angeordneten zweiten Teilbereich (8) und einen dem ersten Teilbereich (7) anschließenden und innerhalb des Versteifungsträgerrings (2) angeordneten dritten Teilbereich (9) aufweist, die Öldichtungsanordnung (5) im zweiten Teilbereich (8) des Dichtkörpers (3), und die erste Gaslippe (11) im ersten oder dritten Teilbereich (7, 9) und die zweite Gaslippe (12) im ersten Teilbereich (7) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilschaftdichtung für einen Verbrennungsmotor.
Ventilschaftdichtungen, wie sie z. B. in der JP 2004019852 A offenbart sind, weisen einen Versteifungsträgerring und einen zumindest teilweise innerhalb des Versteifungsträgerrings angeordneten Dichtkörper auf, an dem eine Öllippe und eine Gaslippe angeformt sind. Um einen Verschleiß der Ventilschaftdichtung zu verringern, offenbart die JP 2005201313 A eine mit Fett gefüllte Kammer an dem Dichtkörper anzuordnen.
Die EP 1 884 630 A1 offenbart eine Ventilschaftdichtung, die einen Dichtkörper mit einer Hauptdichtlippe, einer relativ zur Hauptdichtlippe angeordneten Nebendichtlippe und mit einem Gegendruckvorsprung, und einen Versteifungsträgerring aufweist, in dem der Dichtkörper teilweise angeordnet ist und der einen radial nach innen sich erstreckenden Schenkel umfasst.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilschaftdichtung anzugeben, bei der die Gaslippe geringerem Verschleiß ausgesetzt ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Ventilschaftdichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend einen Dichtkörper mit einer Öldichtungsanordnung und mit einer von der Öldichtungsanordnung in axialer Richtung beabstandeten Gasdichtungsanordnung, die eine erste Gaslippe und eine zwischen der Öldichtungsanordnung und der ersten Gaslippe angeordnete zweite Gaslippe aufweist, sowie einen verformungssteifen Versteifungsträgerring, in dem der Dichtkörper teilweise angeordnet ist und der einen radial nach innen sich erstreckenden Schenkel aufweist, wobei der Dichtkörper einen dem Schenkel zugeordneten ersten Teilbereich, einen dem ersten Teilbereich anschließenden und außerhalb des Versteifungsträgerrings angeordneten zweiten Teilbereich und einen dem ersten Teilbereich anschließenden und innerhalb des Versteifungsträgerrings angeordneten dritten Teilbereich aufweist, die Öldichtungsanordnung im zweiten Teilbereich des Dichtkörpers, und die erste Gaslippe im ersten oder dritten Teilbereich und die zweite Gaslippe im ersten Teilbereich angeordnet ist.
Bei Motoren können Probleme mit relativ hohem Verschleiß der Gaslippe einer Ventilschaftdichtung auftreten. Die Gaslippe kann im Motor zumindest zeitweise einem relativ hohen Druck ausgesetzt sein, was sich negativ auf deren Lebensdauer auswirken kann. Die limitierte Fettmenge in bekannten Kammern kann jedoch nur für einen beschränkten Zeitraum zur Verschleißreduzierung beitragen und stößt insbesondere bei hohen Temperaturen und Druckbeanspruchungen an die Funktionsgrenzen.
Die erfindungsgemäße Ventilschaftdichtung weist dagegen wenigstens zwei Gaslippen auf, also neben der ersten Gaslippe die als weitere Dichtkante ausgebildete zweite Dichtlippe, sodass die beiden Gaslippen eine Kammer für Schmieröl bilden. Im Betrieb eines der erfindungsgemäßen Ventilschaftdichtung zugeordneten Ventils steht somit das Öl direkt an der belasteten ersten Gaslippe, wodurch Vorraussetzungen für eine erhöhte Lebensdauer geschaffen werden.
Um die Herstellung des Dichtkörpers zu verringern, können die Öldichtungsanordnung, die z. B. als Öllippe ausgeführt sein kann, die erste Gaslippe und/oder die zweite Gaslippe vorzugsweise einstückig, insbesondere einstoffig an dem Dichtkörper angeformt sein. Der Dichtkörper kann aus einem elastomeren Material gefertigt sein.
Die von den beiden Gaslippen gebildete Kammer braucht nur eine relativ kleine Kammer zu sein, weshalb nach einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Ventilschaftdichtung die beiden Gaslippen mit einem Abstand kleiner gleich 1 mm beabstandet sind.
Damit die Kammer genügend Öl aufzunehmen vermag, sind nach einer Variante der erfindungsgemäßen Ventilschaftdichtung die beiden Gaslippen mit einem Abstand größer gleich 0,2 mm voneinander beabstandet.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilschaftdichtung begrenzen die beiden Gaslippen die Kammer, deren maximaler Durchmesser um 0,2 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,5 mm größer ist als der Durchmesser der zweiten Gaslippe. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kammer nicht zu groß ausgebildet ist, was sich positiv auf das Schmierverhalten bedingt durch das von der Kammer aufgenommene Öl auswirkt.
Um den Verschleiß der erfindungsgemäßen Ventilschaftdichtung zu reduzieren, sind nach einer Variante der Durchmesser der ersten Gaslippe und der Durchmesser der zweiten Gaslippe derart gewählt, dass die erste Gaslippe mit einem relativ hohen Verpressdruck an einem der Ventilschaftdichtung zugeordneten Ventilschaft anliegt, die zweite Gaslippe jedoch mit keinem oder einem wesentlich geringeren Verpressdruck an dem Ventilschaft anliegt.
Gemäß dieser Ausführung ist es möglich, dass die erste Gaslippe Druck aus dem Bereich des Dichtkörpers, der innerhalb des Versteifungsträgerrings angeordnet ist, gegen die primäre Öllippe abzudichten vermag und deshalb eine relativ hohe Verpressung gegen den Ventilschaft aufweist. Die zweite Gaslippe braucht dagegen keinen Druck oder zumindest nur einen relativ geringen Druck aufzunehmen und kann demnach mit einer relativ geringen Kontaktpressung gegenüber dem Ventilschaft ausgeführt werden.
Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilschaftdichtung der Durchmesser der ersten Dichtlippe geringfügig kleiner als der Durchmesser eines der Ventilschaftdichtung zugeordneten Ventilschafts ist und/oder der Durchmesser der ersten Gaslippe wenigstens 0,1 mm kleiner ist als der Durchmesser der zweiten Gaslippe.
Je nach Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilschafldichtung kann demnach durch Auslegen der Durchmesser der Öllippe, der ersten Gaslippe und der zweiten Gaslippe eine Reibung und somit ein Verschleiß der Ventilschaftdichtung verringert werden, da jede einzelne direkt den Funktionen Öldosierung, Abdichtung bei niedrigen Drücken und Abdichtung bei hohen Drücken zugeordnet und verbessert, wenn nicht gar optimiert werden kann.
Je nach Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilschaftdichtung soll die erste Gaslippe Druck aus dem Bereich des Dichtkörpers, der innerhalb des Versteifungsträgerrings angeordnet ist, gegen die primäre Öllippe abdichten und weist deshalb eine relativ hohe Verpressung gegen den Ventilschaft auf. Die zweite Gaslippe braucht dagegen keinen Druck aufzunehmen und kann demnach mit einer relativ geringen Kontaktpressung gegenüber dem Ventilschaft ausgeführt werden.
Zwischen der erste Gaslippe und der zweiten Gaslippe bildet sich demnach eine Schmiertasche, d. h. die Kammer, in der sich Öl zur Verbesserung der Lebensdauer der erfindungemäßen Ventilschaftdichtung und der Verringerung der Reibung sammeln kann. Die primäre Öllippe ist durch die Gaslippe im Wesentlichen vollständig vom Wechseldruck in den Kanälen des Verbrennungsmotors entkoppelt. Die Öllippe kann demnach auch reibungsverbessert mit relativ geringem, idealisierter Weise mit minimaler Kontaktpressung auf eine verlängerte Lebensdauer ausgelegt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt, deren Figur eine Ventilschaftdichtung 1a insbesondere für einen Verbrennungsmotor zeigt.
Die Ventilschaftdichtung 1a weist einen insbesondere verformungssteifen Versteifungsträgerring 2, einen elastomeren Dichtkörper 3 und eine ringförmige Schraubenfeder 4 auf. Der Dichtkörper 3 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels an dem Versteifungsträgerring 2 beispielsweise mittels Vulkanisierens befestigt und weist eine zur Ventildeckelseite des Verbrennungsmotors gerichtete, als Öllippe 5 ausgeführte Öldichtungsanordnung auf. Die Öllippe 5 weist einen Durchmessen d1 auf und ist beispielsweise einstückig, insbesondere einstoffig an dem Dichtkörper 3 angeformt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der Versteifungsträgerring 2 einen radial nach innen abgewinkelten Schenkel 6 auf, der sich in den Dichtkörper 3 erstreckt und auf diese Weise einen druckstabilen Bereich 7 bildet. Ein Teilbereich 8 des Dichtköpers 3 ist aus dem Versteifungsträgerring 2 geführt und schließt am druckstabilen Bereich 7 an. Dieser Teilbereich 8 des Dichtkörpers 3, an dem auch die Schraubenfeder 4 befestigt ist, umfasst die Öllippe 5 und ermöglicht eine radiale Bewegungen der Öllippe 5.
Im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele weist der Dichtkörper 3 axial anschließend an den druckstabilen Bereich 7 einen innerhalb des Versteifungsträgerrings 2 angeordneten Teilbereich 9 auf, der vorgesehen ist, auf eine nicht näher dargestellte Ventilführung eines Ventilschafts 10 der Ventile aufgesteckt zu werden. Der Ventilschaft 10 weist einen Durchmesser D auf.
Im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele weist der Dichtkörper 3 im druckstabilen Bereich 7 oder im direkt am druckstabilen Bereich 7 anschließenden Teilbereich 9 des Dichtkörpers 3 eine als erste Gaslippe 11 mit einem Durchmesser d3 ausgebildete Dichtungskante auf. Die erste Gaslippe 11 ist beispielsweise einstückig, insbesondere einstoffig am Dichtkörper 3 angeformt.
Zwischen der ersten Gaslippe 11 und der Öllippe 5 ist im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiels eine weitere als Dichtkante ausgebildete zweite Gaslippe 12 mit einem Durchmesser d2 am Dichtkörper 3 angeformt. Die zweiten Gaslippe 12 ist beispielsweise einstückig, insbesondere einstoffig am druckstabilen Bereich 7 des Dichtkörpers 3 angeformt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die erste Gaslippe 11 von der zweiten Gaslippe 12 in einem Abstand a beabstandet, der insbesondere 0,2 mm beträgt.
Die erste Gaslippe 11 und die zweite Gaslippe 12 begrenzen eine Kammer 13 mit einem maximalen Durchmesser d4, der beispielsweise um 0,5 mm größer ist als der Durchmesser d2 der zweiten Gaslippe 12.
Im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele ist der Durchmesser d2 der zweiten Gaslippe 12 nur geringfügig kleiner als der Durchmesser D des Ventilschafts 10. Um z. B. die Reibung zwischen der Ventilschaftdichtung 1a und dem Ventilschaft 10 zu verringern, ist der Durchmesser d3 der ersten Gaslippe 11 wenigstens 0,1 mm kleiner als der Durchmesser d2 der zweiten Gaslippe 12.
Die erste Gaslippe 11 soll Druck aus dem Teilbereich 9 der Ventischaftdichtung 1a gegen die primäre Öllippe 5 abdichten und sollte deshalb eine relativ hohe Verpressung gegen den Ventilschaft 10 aufweisen. Die zweiten Gaslippe 12 braucht dagegen keinen Druck aufzunehmen und kann demnach mit einer relativ geringen Kontaktpressung gegenüber dem Ventilschaft 10 ausgeführt werden.
Zwischen der erste Gaslippe 11 und der zweiten Gaslippe 12 bildet sich demnach eine Schmiertasche, d. h. die Kammer 13, in der sich Öl zur Verbesserung der Lebensdauer der Ventilschaftdichtung 1a und der Verringerung der Reibung sammeln kann. Das gesammelte Öl in der Schmiertasche wird durch die Hubbewegung des Ventils im Motorbetrieb permanent ausgetauscht, so dass eine zuverlässige Dauerschmierung ohne thermische oder mechanische Überlastung des Öls sichergestellt ist. Die primäre Öllippe 5 ist durch die erste Gaslippe 11 im Wesentlichen vollständig vom Wechseldruck in den Kanälen des Verbrennungsmotors entkoppelt. Die Öllippe 5 kann demnach auch reibungsverbessert mit relativ geringem, idealisierter Weise mit minimaler Kontaktpressung auf eine verlängerte Lebensdauer ausgelegt werden.
Bezugszeichenliste

1a: Ventilschaftdichtung
2: Versteifungsträgerring
3: Dichtkörper
4: Schraubenfeder
5: Öllippe
6: Schenkel
7: druckstabiler Bereich
8, 9: Teilbereich
10: Ventilschaft
11, 12: Gaslippe
13: Kammer
a: Abstand
d1–d4, D: Durchmesser

Claims

Ventilschaftdichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend einen Dichtkörper (3) mit einer Öldichtungsanordnung (5) und mit einer von der Öldichtungsanordnung (5) in axialer Richtung beabstandeten Gasdichtungsanordnung, die eine erste Gaslippe (11) und eine zwischen der Öldichtungsanordnung (5) und der ersten Gaslippe (11) angeordnete zweite Gaslippe (12) aufweist, sowie einen verformungssteifen Versteifungsträgerring (2), in dem der Dichtkörper (3) teilweise angeordnet ist und der einen radial nach innen sich erstreckenden Schenkel (6) aufweist, wobei der Dichtkörper (3) einen dem Schenkel (6) zugeordneten ersten Teilbereich (7), einen dem ersten Teilbereich (7) anschließenden und außerhalb des Versteifungsträgerrings (2) angeordneten zweiten Teilbereich (8) und einen dem ersten Teilbereich (7) anschließenden und innerhalb des Versteifungsträgerrings (2) angeordneten dritten Teilbereich (9) aufweist, die Öldichtungsanordnung (5) im zweiten Teilbereich (8) des Dichtkörpers (3), und die erste Gaslippe (11) im ersten oder dritten Teilbereich (7, 9) und die zweite Gaslippe (12) im ersten Teilbereich (7) angeordnet ist.
Ventilschaftdichtung nach Anspruch 1, bei der die Öldichtungsanordnung (5) als Öllippe (5) ausgebildet ist, und/oder wenigstes eine der Gaslippen (11, 12) und/oder die Öldichtungsanordnung (5) einstückig, insbesondere einstoffig an dem Dichtkörper (3) angeformt sind, und/oder der Dichtkörper (3) aus einem elastomeren Material gefertigt ist.
Ventilschaftdichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Gaslippe(11) von der zweiten Gaslippe (12) mit einem Abstand (a) kleiner gleich 1 mm beabstandet ist.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste Gaslippe (11) von der zweiten Gaslippe (12) mit einem Abstand (a) größer gleich 0,2 mm beabstandet ist.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die erste Gaslippe (11) und die zweite Gaslippe (12) eine Kammer begrenzen, deren maximaler Durchmesser (d4) um 0,2 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,5 mm größer ist als der Durchmesser (d2) der zweiten Gaslippe (12).
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Durchmesser (d3) der ersten Gaslippe (11) und der Durchmesser (d2) der zweiten Gaslippe (12) derart gewählt sind, dass die erste Gaslippe (11) mit einem relativ hohen Verpressdruck gegen einen der Ventilschaftdichtung (1a, 1b) zugeordneten Ventilschaft (10) drückt, die zweite Gaslippe (12) jedoch mit keinem oder einem wesentlich geringeren Verpressdruck gegen den Ventilschaft (10) drückt.
Ventilschaftdichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 6, bei der der Durchmesser (d2) der zweiten Gaslippe (12) geringfügig kleiner als der Durchmesser eines der Ventilschaftdichtung (1a, 1b) zugeordneten Ventilschafts (10) ist und/oder der Durchmesser (d3) der erste Gaslippe (11) wenigstens 0,1 mm kleiner ist als der Durchmesser (d2) der zweiten Gaslippe (12).