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Wellen- oder Stangendichtung mit einem radial verschiebbaren Dichtungsring
Die Erfindung betrifft eine neuartige Ausgestaltung einer Wellen- oder Stangendichtung
mit einem radial verschiebbaren Dichtungsring. Wenn sie auch aus anderen überlegungen
heraus entstand, kann sie doch technologisch als Weiterbildung einer bekannten Dichtung
dieser Art (USA.-Patentschrift 1942 567) von folgendem Aufbau angesehen werden.
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Die bekannte Dichtung besitzt ein im wesentlichen U-förmiges Gehäuse
und einen aus nachgiebigem Werkstoff bestehenden, innerhalb des Gehäuses radial
verschiebbaren Dichtungsring mit zwei Dichtungsflächen, von denen die eine radial
gegen die Welle, die andere axial gegen eine radiale Wand abdichtet. Gegen diese
radiale Wand ist also der Dichtungsring dichtend radial verschiebbar. Die Dichtungskraft
wird durch eine beide Dichtungsflächen des Dichtungsringes gegen die Gegendichtflächen
drückende Ringwendelfeder erzeugt, die sich einerseits gegen eine Schrägfläche des
Dichtungsringes und andererseits gegen die dieser Schrägfläche zugekehrte radiale
Gehäusestirnwand abstützt. Die der Feder abgewandte radiale Gehäusewand überragt
den Dichtungsring in radialer Richtung anschlagartig. Diese Dichtung dichtet also
einmal den Leckweg entlang der Welle oder Stange und andererseits den Leckweg um
den Dichtungsring herum. Zur Abdichtung des Leckweges um das Dichtungsgehäuse herum
ist eine sich radial erstreckende weitere Dichtung vorgesehen. Will man diese zweite
Dichtung vermeiden, so müßte das Dichtungsgehäuse fest in eine Gehäuseausnehmung
eingepreßt werden. Es wäre das aber eine unzweckmäßige Maßnahme, da Dichtungen erfahrungsgemäß
ausgewechselt werden müssen und ein fest eingepreßtes Dichtungsgehäuse sich nur
schwer ohne Beschädigung anderer Maschinenteile entfernen läßt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Ausbildung einer Dichtung dieser Grundbauform
in einer Weise, daß sie neben ihren beiden Aufgaben: Abdichtung gegenüber der Welle
und Abdichtung des Gehäuseinneren, auch noch die Aufgabe übernehmen kann, das Dichtungsgehäuse
gegenüber dem Maschinengehäuse abzudichten.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die
radiale Dichtungsfläche des Dichtungsringes sich an einem im nichteingebauten Zustand
der Dichtung axial über die Gehäusewand hinausstehenden bundartigen Vorsprung befindet
und diese Dichtfläche im eingebauten Zustand der Dichtung unter axialer Verschiebung
des Ringes innerhalb des Gehäuses an einer radialen Gegendichtfläche am Maschinengehäuse
dichtend anliegt. Auf diese Weise erfüllt diese Dichtfläche eine doppelte Funktion,
nämlich Abdichtung des Leckweges in dieses Gehäuseinnere und andererseits Abdichtung
des Leckweges um das Dichtungsgehäuse herum.
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Die dargestellteAusbildung der Dichtung gemäß der Erfindung hat jedoch
noch eine andere weittragende Bedeutung, und zwar insbesondere in Verbindung mit
einem Dichtungsring aus einem Fluorkohlenstoff. Die Kunststoffe dieser Gattung sind
zwar wegen ihrer Gleiteigenschaft, ihrer Verwendbarkeit in einem großen Temperaturbereich,
ihrer Korrosionsbeständigkeit u. dgl. gerade für Dichtungen sehr wertvoll, haben
aber eine Eigenschaft, die besondere Beachtung erfordert, nämlich die Eigenschaft
des Kaltfließens unter Belastung. Bei der Dichtung gemäß der Erfindung ist im nichteingebauten
Zustand, d. h. während der Lagerung der einbaufertigen Dichtung, die Ringwendelfeder
praktisch entspannt, übt also auf den Dichtungsring keine oder nur eine minimale
Kraft aus, so daß keine Gefahr besteht, daß sich die Feder durch Kaltfließen des
Werkstoffes in diesen eindrückt. Entsprechende überlegungen gelten auch für Dichtungsringe
aus einem Elastomer.
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Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Ventilstößel, der im Kopf eines Verbrennungsmotors
mit hängenden Ventilen verschiebbar angebracht und mit einer erfindungsgemäßen Dichtung
versehen ist, teilweise im Schnitt,
F i g. 2 einen Schnitt der in
F i g. 1 dargestellten Dichtung in vergrößerter- Darstellung, F i g. 3 einen Schnitt
entsprechend F i g. 2, aus der ersichtlich ist, in welcher Stellung sich die einzelnen
Teile der Dichtung vor dem Einbau befinden, F i g. 4 einen Schnitt entsprechend
F i g. 3 einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung, F i g. 5
einen Schnitt entsprechend F i g. 4 in der Einbaustellung der Dichtung, F i g. 6
einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch eine der Windungen der Schraubenfeder
nach der Linie 6-6 der F i g. 2.
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Die F i g. 1 zeigt den Kopf 10 eines Motorgehäuses mit hängenden Ventilen
mit einem Hals 12 und mit einer Bohrung 14, in der der Ventilstößel 16 gleitbar
gelagert ist. Das nicht gezeigte untere Ende des Ventilstößels 16 ragt mit dem an
ihm angebrachten Ventilteller in die Verbrennungskammer, während an dem oberen Ende
des Stößels ein mit einem Flansch versehener Teller 18 vorgesehen ist, gegen
den eine Schließfeder 20 drückt. Der Ventilstößel wird von oben durch einen bekannten
Schwinghebel betätigt. Da dem Schwinghebel üblicherweise Schmieröl zugeführt wird,
ist das obere Ende des Ventilstößels dem Öl ausgesetzt.
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Um nun zu verhindern, daß das Öl in die Verbrennungskammer eingesaugt
wird, ist in einer Einsenkung 24 am oberen Ende des Halses 12 eine Dichtung 22 eingesetzt,
die in vergrößertem Maßstab in F i g. 2 dargestellt ist. Sie besitzt ein im wesentlichen
U-förmiges Gehäuse 26 mit einem zylindrischen Wandungsteil 28, eine durch einen
radial nach innen ragenden Flansch gebildete ringscheibenförmige Gehäusewand 30
mit einer Mittelöffnung 32 und eine ebenfalls radial gerichtete obere Stirnfläche.
34 ist der aus einem Fluorkohlenstoff bestehende Dichtungsring, welcher derart innerhalb
des Gehäuses 26 angeordnet ist, daß eine Dichtungsfläche 36 am Ventilstößel
16 anliegt. Für den Dichtungsring wird vorzugsweise Polytetrafluoräthylen
wegen seiner ausgezeichneten reibungsarmen Eigenschaften und seiner Wärme- und Korrosionsbeständigkeit
als Werkstoff verwendet.
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Der Dichtungsring 34 weist einen nach unten ragenden bundartigen Vorsprung
38 mit einem geringeren Außendurchmesser auf, so daß eine Schulter 40 entsteht,
welche die Gehäusewand 30 des Gehäuses 26 mit dem sich durch die Öffnung 32 erstreckenden
bundartigen Vorsprung 38 übergreift. Die radiale Außenfläche des Dichtungsringes
34 ist mit einer Abschrägung 42 versehen. Unterhalb der Dichtungsfläche 36 ist eine
zweite ringförmige Anlagefläche 44 ausgebildet.
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Eine Ringwendelfeder 46 wird in dem Gehäuse 26 durch eine die obere
Stirnfläche des Gehäuses bildende Ringscheibe 48 in Anlage an der Abschrägung 42
des Dichtungsringes gehalten. Die Ringscheibe 48 wiederum wird durch die Ein drückung
50 am oberen Rand der zylindrischen Wandung 28 des Gehäuses 26 gehalten. Die Ringwendelfeder
46 übt auf den Dichtungsring 34 einen bestimmten Druck aus, so daß die Dichtungsfläche
36 dichtend an dem Ventilstößel anliegt. Der ringförmige Ansatz 44 verhindert ein
Kippen des Dichtungsringes, so daß gewährleistet ist, daß die gesamte Dichtungsfläche
36 und nicht nur ein Teil derselben an dem Ventilstößel anliegt, was dann der Fall
sein könnte, wenn der Dichtungsring durch den Druck der ringförmigen Schraubenfeder
46 gekippt würde. Naturgemäß kann der ringförmige Ansatz 44 auch als zweite Dichtungsfläche
betrachtet werden.
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Die F i g. 3 zeigt, wie die Dichtung 22 in der Einsenkung 24
untergebracht ist. Die einzelnen Teile der Dichtung befinden sich dabei in derjenigen
Stellung, die sie während des Einbaues einnehmen, ehe die Dichtung vollständig aufliegt.
Wie aus der Figur hervorgeht, ragt der ringförmige Ansatz 38 durch die Öffnung 32
über die Außenfläche der Gehäusewand 30 um einen Abstand hinaus, der durch die Schulter
40 bestimmt wird, die auf der Innenfläche des Bodens aufliegt. Wenn sich der Dichtungsring
34 gegenüber dem Gehäuse 26 in dieser Axialstellung befindet, so wird die Ringwendelfeder
46 noch weiter oberhalb, als in der Zeichnung dargestellt, an der Abschrägung 42
des Dichtungsringes zur Anlage gebracht.
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Die Ringwendelfeder 46 muß genau abgestimmt sein, so daß sie, wenn
sie sich in der in F i g. 3 gezeigten Stellung befindet, sich nicht radial spannt
und keinen Druck auf den Dichtungsring 34 ausübt. Weiter sind die Steigung der Abschrägung
42 und der Abstand, um den der bundartige Vorsprung 38 über die Außenfläche der
Gehäusewand 30 hinausragt, zueinander derart zu bemessen, daß, wenn das Gehäuse
26, wie die F i g. 2 zeigt, vollständig aufliegt, der Dichtungsring 34 dem
Gehäuse 26 gegenüber nach oben in eine zweite Axialstellung verschoben wird,
so daß der Boden des bundartigen Vorsprunges 38 mit diesem fluchtet und die Feder
46 durch die Abschrägung 42 radial nach außen gespannt wird und infolgedessen den
Dichtungsring 34 mit einer bestimmten maximalen Kraft dichtend an dem Ventilstößel
16 zur Anlage bringt.
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Um der Gefahr entgegenzuwirken, daß sich die Feder 46 in die abgeschrägte
Fläche einfrißi, ist zweckmäßigerweise ihre Außenfläche 47 flach geschliffen.
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Die F i g. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Dichtung, bei der an Stelle der Ringscheibe 48 ein nach innen ragender Flansch 52
vorgesehen ist, der durch Umbiegen eines Teils der zylindrischen Wandung 28 des
Gehäuses 26 erhalten wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Flansch 52 über die
horizontale Lage hinaus umgebogen, so daß er mit der Horizontalen einen spitzen
Winkel von annähernd 7° bildet. Dadurch, daß der Flansch 52 in dieser Weise schräg
gestellt wird, kann sich die Feder 46, wenn sie durch die Keilwirkung des Dichtungsringes
54 radial nach außen gedrückt wird, ein wenig nach oben verschieben. Hierdurch wird
ein Ausgleich für eine zu weit nach oben gehende Verschiebung des Dichtungsringes
gegenüber dem Gehäuse 26 geschaffen, wie dies dann vorkommen könnte, wenn der bundartige
Vorsprung 62 infolge von Fertigungsfehlern etwas mehr als vorgesehen über die Außenfläche
des Gehäuses 26 hinausragt. Wenn sich der Dichtungsring 54 dem Gehäuse 26 gegenüber
doch etwas zu weit nach oben verschiebt, so drückt er die Feder 46 proportional
stärker radial nach außen und erhöht so den Druck, den die Feder auf den Dichtungsring
54 ausübt. Da sich die Feder 46 infolge der Schrägstellung des Flansches 52 ein
wenig nach oben verschieben kann, während sie radial nach außen gedrückt wird, spannt
sie sich nicht so stark aus, wie
dies der Fall wäre, wenn sie beispielsweise
durch die Ringscheibe 48 der F i g. 2 und 3 gehalten würde. Bei dem etwas anders
ausgebildeten Dichtungsring 54 wurde der untere Ansatz bei 55 nicht vorgesehen,
um dem Dichtungsring 54 eine gewisse Elastizität zu verleihen, so daß er wirksamer
gegen den Ventilstößel 16 gedrückt werden kann. Der Dichtungsring 54 besitzt eine
Dichtungsfläche 58, eine Abschrägung 60, von der die Feder 46, wenn sie in die in
F i g. 4 gezeigte Stellung gebracht wird, radial nach außen gedrückt wird, ferner
einen ringförmigen, radial nach außen ragenden Ansatz 56, der den Boden 30 des Gehäuses
26 übergreift, und einen ringförmigen, nach unten ragenden bundartigen Vorsprung
62. Alle diese Teile entsprechen im wesentlichen den vergleichbaren Teilen des Dichtungsringes
34 und besitzen auch im wesentlichen die gleiche Wirkungsweise.
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Wie aus den Figuren hervorgeht, ist bei allen gezeigten Ausführungsformen
der Erfindung ein kleiner freier Raum zwischen dem ringförmigen, nach unten ragenden
bundartigen Vorsprung 38 (bzw. 62 in den F i g. 4 und 5) des Dichtungsringes
und der Mittelbohrung 32 frei gelassen. Infolgedessen kann sich der Dichtungsring
gegenüber dem Gehäuse 26 radial frei verschieben. Eine derartige Vorkehrung ist
deshalb getroffen, weil erfahrungsgemäß die zwischen dem Ventilstößel 16 und der
Bohrung 14 (F i g. 1) auftretende Toleranz, die erforderlich ist, damit sich der
Ventilstößel unbehindert hin- und herbewegen kann, auch ein geringfügiges seitliches
Verschieben des Ventilstößels zuläßt. Tatsächlich dürfte die Art und Weise, in welcher
die Schwinghebel die Ventile betätigen, indem sie am oberen Ende des Ventilstößels
angreifen, eine leicht exzentrische Bewegung des Ventilstößels zur Folge haben.
Dadurch, daß zwischen dem bundartigen Vorsprung 38 und der Mittelbohrung 32, wie
bereits erwähnt, ein freier Raum belassen wird, kann sich der Dichtungsring mit
dem Ventilstößel unbehindert radial verschieben, ohne daß er zwischen Ventilstößel
und der Wandung der Mittelbohrung 32 festgeklemmt wird.
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Die in den F i g. 4 und 5 gezeigte Ausführungsform eignet sich besonders
gut zur Unterstützung der freien Bewegung des Dichtungsringes 54, da durch die Abschrägung
52 des Gehäuses 26 der Widerstand der Feder 46 gegenüber einem Verschieben des Dichtungsringes
wirksam vermindert wird. Wenn sich der Ventilstößel 16 unter Bezugnahme auf
die F i g. 4 beispielsweise leicht nach links verschiebt, so hat dies eine Dehnung
der linken Federseite zur Folge, und dementsprechend nimmt die durch die Feder ausgeübte,
nach innen gerichtete Kraft etwas zu, da sich die rechte Seite der Feder infolge
der dabei auftretenden Reibungskräfte nicht sofort ebenfalls unbehindert nach links
verschieben kann. Da sich die Feder 46, wie bereits dargelegt, infolge der Schrägstellung
des Flansches 52 etwas nach oben verschieben kann, während sie sich radial nach
außen bewegt, spannt sie sich nicht so stark, wie dies der Fall wäre, wenn sie beispielsweise
durch die Ringscheibe 48 der F i g. 2 und 3 gehalten würde. Deshalb setzt die Feder
einer nach links gerichteten Verschiebung des Dichtungsringes einen geringeren Widerstand
entgegen. Wie weiter ersichtlich ist, bewirkt die leicht kegelstumpfartig abgebogene
Form des Flansches 52 eine Zentrierung der Feder und infolgedessen auch des Dichtungsringes
gegenüber der Mittelbohrung 32, und zwar schon bevor der Ventilstößel eingebracht
wird.