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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Ventildichtungsanordnung, und im Spezielleren auf
eine Ventildichtungsanordnung, um ein Schmiermittel daran zu hindern,
in die Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors einzudringen.
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STAND DER TECHNIK
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In vielen Ländern fordern die Regierungen Hersteller
auf, die Menge an Schadstoffen zu reduzieren, die von kleinen Verbrennungsmotoren
ausgestoßen
werden. Hersteller von kleinen Verbrennungsmotoren entwickeln deshalb
ständig
neue Wege, um die Höhen
des Schadstoffausstoßes
zu reduzieren.
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Eine Quelle unerwünschten Schadstoffausstoßes entsteht,
wenn die Mittel (typischerweise herkömmliches Motorenöl), die
verwendet werden, um Ventilschäfte
und Ventilführungen
in einem Verbrennungsmotor zu schmieren, aus dem Motor entweichen.
Bei vielen Motoren entweicht das Schmiermittel an den Ventildichtungen
vorbei durch die Einlassventil- und Auslassventilführungen,
und tritt dann durch die Ventilöffnungen
in die Einlass- und Auslassrohre ein.
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Die Menge ungewünschter Abgasemissionen steigt,
wenn das Schmiermittel aus der Auslassventilführung entweicht, da das Schmiermittel
dann zusammen mit den übrigen
Schadstoffen aus dem Motor ausgestoßen wird. Die Menge an ungewünschten
Emissionen steigt auch, wenn das Schmiermittel an der Einlassventilführung vorbei
entweicht. Das Schmiermittel, das an der Einlassventilführung vorbei
entweicht, dringt in die Verbrennungskammer ein. Da das Schmiermittel
unter diese Bedingungen nicht leicht brennbar ist, wird es nicht
vollständig
verbrannt und infolgedessen als Schadstoff aus dem Motor ausgestoßen. Es
bilden sich auch Kohlenstoffablagerungen an und um den Einlassventilkopf,
zusätzlich
zu denjenigen an den Innenflächen der
Verbrennungskammer. Diese Ablagerungen absorbieren einige der im
Luft-/Wassergemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffe, das in die Verbrennungskammer
gelangt. Die Kohlenwasserstoffe werden während des Kompressionshubs
des Motors in den Ablagerungen adsorbiert, wodurch die adsorbierten Kohlenwasserstoffe
der Verbrennung entgehen. Die adsorbierten Kohlenwasserstoffe werden
dann während
des Auspuffhubs freigesetzt und führen zu erhöhten Mengen unerwünschten
Schadstoffausstoßes.
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Ventildichtungsanordnungen werden
im allgemeinen in einen Motor mit einer hängenden Ventilanordnung am
Zylinderkopf, und bei einem Motor mit Seitenventilanordnung, in
den Motorblock eingebaut. Die Ventildichtungsanordnung befindet
sich für
gewöhnlich
an dem Ende der Ventilführung,
das von der Verbrennungskammer am weitesten entfernt ist. Herkömmliche
Ventildichtungsanordnungen umfassen auch ein federndes Dichtungselement,
das gegen den Ventilschaft gedrückt
wird, um den Großteil
des Schmiermittels daran zu hindern, am Dichtungselement vorbeizulaufen.
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Ventildichtungsanordnungen werden
im allgemeinen über
vorspringenden Abschnitten von Ventilführungseinsätzen eingebaut. Herkömmliche
Ventildichtungsanordnungen werden auch in Stirnsenkungen eingesetzt.
Die Ventildichtungsanordnungen umfassen typischerweise eine Bodenfläche, die
in dichtendem Eingriff mit der Bodenfläche der Stirnsenkung ist. Die
Bodenfläche
der Stirnsenkung stellt aufgrund des Vorhandenseins schartiger Einschnitte am
Schneidwerkzeug, das zur Ausbildung der Bodenfläche der Stirnsenkung verwendet
wird, keine ausreichend glatte Oberflächenbehandlung bereit, die
in der Lage wäre,
die Ventildichtungsanordnung mit der Stirnsenkung zufriedenstellend
abzudichten.
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Ein Nachteil, der mit der Verwendung
bekannter Ventildichtungsanordnungen verbunden ist, ist die Auslegung
der Lippen in den Dichtungselementen. Herkömmliche Lippenkonstruktionen
lassen es typischerweise zu, dass etwas Schmiermittel durchsickern
kann, da sich die Dichtungsanordnung an dem Ende der Ventilführung befindet,
das am weitesten von der Verbrennungskammer entfernt ist. Die Ventildichtungsanordnung
muss eine gewisse Menge an Schmiermittel am Dichtungselement vorbei durchsickern
lassen, weil sonst der Ventilschaft und die Ventilführung kein
Schmiermittel erhalten würden.
Tritt das Schmiermittel erst in die Ventilführung ein, kann es sich entlang
des Ventilschafts und der Ventilführung fortbewegen, bis es in
die Ventilöffnung eintritt.
Wie zuvor festgestellt, nimmt die Menge an ungewünschtem Schadstoffausstoß zu, wenn
das Schmiermittel durch die Ventilöffnungen hindurchtritt.
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Ein anderer Nachteil bekannter Ventildichtungsanordnungen
besteht darin, dass das Dichtungselement zu nahe an der Ventilführung angeordnet
ist. Während
des Betriebs des Motors wird der Ventilschaft des Ventils, wenn
es sich in der Ventilführung
hin- und herbewegt, beschädigt,
wobei Kerben und Einschnitte auftreten. Bewegen sich diese Einschnitte
und Grate über
einer Lippe am Dichtungselement vor und zurück, wird die Lippe beschädigt, was
zur einer herabgesetzten Lebensdauer und Wirksamkeit der Ventildichtungsanordnung
führt.
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Die Patentveröffentlichung WO-A-88/04357 offenbart
eine Ventilanordnung und insbesondere ein Verfahren zum Anordnen
eines Sitzventils, das die Schritte umfasst, einen Federsitz und
eine Federaufnahme so aneinander zu befestigen, dass sie eine Untergruppe
bilden, und die Untergruppe als einzelnes Bauteil über dem
Ventilschaft anzubringen.
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Die Patentveröffentlichung DE-A-1942269 offenbart
eine Ventildichtungsanordnung, die um das Ende der Ventilführung herum
ange bracht ist und auch ein Gehäuse
aufweist, in dem ein Dichtungselement in Angriff ist, wobei das
Dichtungselement über eine
Lippe verfügt,
die einen Winkel bezüglich
des Ventilschafts bildet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist in
einer Ventildichtungsanordnung verkörpert, die dazu verwendet wird,
das Mittel, das in einem Motor zum Schmieren eines Ventilschafts
und einer Ventilführung
verwendet wird, daran zu hindern, in die Verbrennungskammer des
Motors einzutreten. Die Ventildichtungsanordnung weist eine außenseitige
Oberfläche
auf, die in dichtendem Angriff an einem Motorgehäuse ist. Die Ventildichtungsanordnung
kann auch ein federndes Dichtungselement umfassen, das eine verbesserte
Dichtungslippe aufweist. Die verbesserte Dichtungslippe ist in dichtendem
Angriff am Ventilschaft, um das Schmiermittel daran zu hindern,
an der Dichtungslippe vorbei zu entweichen. Die Dichtungslippe ist
auch bezüglich
der Ventilführung
so positioniert, dass die Lebensdauer und Wirksamkeit des Dichtungselements
verlängert
wird. Die Ventildichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung umfasst
ein Gehäuse
und das federnde Dichtungselement. Das Gehäuse umfasst vorzugsweise eine
Haltewand, die sich von einem Ende des Gehäuses einwärts erstreckt. Das federnde
Dichtungselement ist innerhalb einer Öffnung in der Haltewand angeordnet,
vorzugsweise, indem eine Kerbe im Dichtungselement mit einer Kante
in der Öffnung
der Haltewand in Eingriff gebracht wird. Das Gehäuse ist vorzugsweise ein zylindrisches
Gehäuse.
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Das Dichtungselement umfasst darüber hinaus
eine verbesserte Dichtungslippe, die in dichtendem Angriff am Ventilschaft
ist. Die Dichtungslippe ist axial außerhalb des Gehäuses angrenzend
an das erste Ende angeordnet. Die Dichtungslippe erstreckt sich
vom Ventilschaft (i) zum Gehäuse,
vorzugsweise in einem Winkel zwischen 30° und 90° bezüglich des Ventilschafts, und
(ii) vom Gehäuse
weg, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 10° und 60° bezüglich des Ventilschafts. Es
kann auch eine ringförmige Feder
um das Dichtungselement herum abgeordnet sein, um die Dichtungslippe
gegen den Ventilschaft zu drücken.
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Die vorliegende Erfindung weist als
weiteren Aspekt auf, dass die Ventildichtungsanordnung Teil einer
Vorrichtung sein kann, die Schmiermittel im wesentlichen davon abhält, aus
einem Motorgehäuse zu
entweichen. Die Vorrichtung umfasst die Ventildichtungsanordnung,
ein Motorgehäuse
und eine Führung,
die innerhalb des Motorgehäuses
um den Ventilschaft herum angeordnet ist. Die Führung leitet die hin- und hergehende
Bewegung des Ventilschafts entlang einer Längsachse des Ventilschafts.
Die Ventildichtungsanordnung ist vorzugsweise nahe an dem Ende der
Ventilführung
angeordnet, das sich der Verbrennungskammer (d. h. der Öffnungsseite)
am nächsten
befindet. Die Anordnung der Ventildichtungsanordnung nahe dem Ende
der Ventilführung, das
sich der Verbrennungskammer am nächsten
befindet, hält
das Schmiermittel im wesentlichen davon ab, in die Ventilöffnungen
einzutreten, ermöglicht
jedoch ein vollständiges
Schmieren des Ventilschafts und der Ventilführungen.
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Die Ventildichtungsanordnung kann
auch ein Gehäuse
umfassen, das eine außenseitige
Oberfläche
besitzt, die dazu ausgelegt ist, in dichtendem Angriff an einem
Motorgehäuse
zu sein. Die außenseitige
Oberfläche
ist vorzugsweise durch einen Presssitz in dichtendem Angriff an
einer maschinell bearbeiteten (d. h., im wesentlichen glatten) Fläche am Motorgehäuse. Noch
bevorzugter ist die maschinell bearbeitete Fläche eine innenseitige Oberfläche einer
Stirnsenkung, die maschinell in das Motorgehäuse eingearbeitet wurde. Die
innenseitige Oberfläche einer
Stirnsenkung ist im wesentlichen glatt, wenn sie mit bekannten Schneidverfahren
bearbeitet wird. Diese im wesentlichen glatte innenseitige Oberfläche sorgt
zusammen mit der außenseitigen
Oberfläche des
Gehäuses
für eine
wirksame Abdichtung, wenn das Gehäuse in die Stirnsenkung gedrückt oder
darin angeordnet wird.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft die Anordnung der Dichtungslippe an der Ventildichtungsanordnung.
Die Dichtungslippe ist am Ventilschaft in dichtendem Angriff und
ist so positioniert, dass kein wesentlicher Teil des Ventilschafts, der
sich innerhalb der Führung
hin- und herbewegt, die Lippe berührt. Die Lippe des Dichtungselements auf
diese Weise anzuordnen dient dazu, zu verhindern, dass die Dichtungslippe
von irgendeinem signifikanten Abschnitt des Ventilschafts in Mitleidenschaft
gezogen wird, der infolge der hin- und hergehenden Bewegung innerhalb
der Ventilführung
beschädigt
worden sein könnte.
Da nur unbeschädigte (d.
h., glatte) Abschnitte des Ventilschafts die Dichtungslippe berühren, ist
der Betrag an Schaden, der dem Dichtungselement zugefügt wird,
minimiert. Die Minimierung von Schaden, der der Dichtungslippe zugefügt wird,
erhöht
die erwartete Lebensdauer und Wirksamkeit der Dichtungselemente.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden dem Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen
Beschreibung und der Ansprüche klar.
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Bevor einige der Aspekte der Erfindung
im Einzelnen erklärt
werden, sollten sie so verstanden werden, dass die Erfindung in
ihrer Anwendung nicht auf die in der Anmeldung dargelegten Aspekte
beschränkt
ist. Die Erfindung kann auch andere Aspekte, entweder separat oder
in Kombination umfassen. Selbstverständlich ist auch die hier verwendete
Phraseologie und Terminologie nur zu Beschreibungszwecken gewählt und
sollte nicht als einschränkend betrachtet
werden.
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Die vorliegende Erfindung ist durch
die Ansprüche
1 bis 10 definiert und bezieht sich auf eine Ventildichtungsanordnung
zum Abdichten eines Ventilschafts und einer Ventilführung in
einem Verbrennungsmotor, wobei die Ventildichtungsanordnung umfasst:
ein Gehäuse
mit einem ersten Ende; und ein federndes Dichtungselement, das in
dichtendem Angriff am Gehäuse
ist, wobei das Dichtungselement eine Lippe umfasst, die axial außerhalb
der Gehäuses
angrenzend an das erste Ende angeordnet ist, bei der die Lippe so
ausgelegt ist, dass sie in dichtendem Angriff am Ventilschaft ist,
wobei sich die Lippe vom Ventilschaft zum Gehäuse hin in einem ersten spitzen
Winkel bezüglich
des Ventilschafts erstreckt, und sich vom Ventilschaft vom Gehäuse weg
in einem zweiten spitzen Winkel bezüglich des Ventilschafs erstreckt,
wobei der erste spitze Winkel größer ist
als der zweite spitze Winkel.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Verbrennungsmotors mit
einer Seitenventilkonfiguration.
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
des Verbrennungsmotors von 1 entlang
der Linie 2-2 von 1.
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3 ist
eine Schnittansicht der Ventildichtungsanordnung der 1 und 2 entlang der Linie 3-3 von 2, die das Ventil im wesentlichen
geschlossen darstellt.
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4 ist
eine Schnittansicht ähnlich
derjenigen, die in 3 gezeigt
ist, die das Ventil im wesentlichen geöffnet darstellt.
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5 ist
eine Querschnittsansicht der Ventildichtungsanordnungen der 1 bis 4 entlang der Linie 5-5 von 3.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Verbrennungsmotors. In 1 weist ein Verbrennungsmotor 10 ein
Einlassventil 11 auf, das sich innerhalb eines Motorgehäuses 12 befindet.
Das Ventil 11 kann entweder ein Einlass- oder ein Auslassventil
sein. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst darüber hinaus
eine Zündkerze 14,
die angrenzend an eine Verbrennungskammer 16 angeordnet
ist. Die Verbrennungskammer 16 ist in Strömungsverbindung
mit einer Ventilöffnung 26,
und die Ventilöffnung 26 ist
in Strömungsverbindung
mit einem Einlassrohr 20.
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Das Ventil 11 umfasst einen
Ventilschaft 30 und einen Ventilkopf 18. Der Ventilkopf 18 ist
in einer im wesentlichen geschlossenen Position innerhalb der Ventilöffnung 26 gezeigt.
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Während
des Betriebs des in 1 gezeigten
Motors, wird ein Kraftstoff-/Luftgemisch durch das Einlassrohr 20 in
die Verbrennungskammer 16 durch die Ventilöffnung 26 angesaugt.
Das Kraftstoff-/Luftgemisch wird durch die Zündkerze 14 innerhalb
der Verbrennungskammer 16 entzündet, wenn sich die Einlass-
und Auslassventile in im wesentlichen geschlossenen Positionen innerhalb
ihrer jeweiligen Ventilöffnungen
befinden. Die innerhalb der Verbrennungskammer 16 stattfindende
Verbrennung treibt einen Hubkolben 24 an, und durch hier
nicht beschriebene (aber in der Technik allgemein bekannte) Einrichtungen,
wird durch Drehung einer Kurbelwelle 23 eine Nockenwelle 22 angetrieben.
Die erzwungene Drehung der Nockenwelle 22 bringt das Ventil 11 dazu,
sich innerhalb des Motorgehäuses 12 axial
hin- und herzubewegen. Das Ventil 11 bewegt sich zwischen
einer geschlossenen Position (wenn die Verbrennung stattfindet)
und einer geöffneten
Position hin und her. Wenn sich das Auslassventil öffnet, treten
alle Schadstoffe, die nach der erfolgten Verbrennung in der Verbrennungskammer 16 zurückbleiben, durch
das Auslassventil aus und in ein Auslassrohr ein.
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Das Ventil 11 ist innerhalb
einer Ventilführung 28 im
Motorgehäuse 12 angeordnet.
Die Ventilführung 28 leitet
die hin- und hergehende Bewegung des Ventilschafts 30 entlang
der Längsachse 27 des Ventils 11.
Ein Mittel, typischerweise herkömmliches Motorenöl, wird
innerhalb der Ventilführung 28 verwendet,
um die Reibung zwischen dem Ventilschaft 30 und der Ventilführung 28 zu
reduzieren. Wie hier verwendet, bedeutet „Motorgehäuse" diejenigen Teile des Motors,
die die sich hin- und herbewegenden und drehenden Maschinenbauteile
umschließen
und zumindest das Kurbelgehäuse,
die Zylinderbohrung, den Zylinderkopf und, wie zuvor festgestellt,
die Ventilführung 28 umfassen.
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Die vorliegende Erfindung ist eine
Ventildichtungsanordnung 40, die verwendet wird, um zu
verhindern, dass das Schmiermittel in die Verbrennungskammer 16 eintritt.
Die Ventildichtungsanordnung 40 ist vorzugsweise nahe oder
an dem Ende der Ventilführung 28 angeordnet,
das sich der Verbrennungskammer 16 am nächsten befindet.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
entlang des Bereichs 2-2 von 1.
In 2 ist die Ventildichtungsanordnung 40 ausführlicher
dargestellt. Die Ventildichtungsanordnung 40 umfasst ein
Dichtungselement 44, das in dichtendem Angriff an einem
Gehäuse 46 ist.
Eine ringförmige
Feder 42 kann um das Dichtungselement 44 herum
angeordnet sein, um eine zusätzliche
Druckkraft bereitzustellen, um den abdichtenden Angriff des Dichtungselements 42 am Ventilschaft 30 zu
erleichtern.
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Das Gehäuse 46 wird vorzugsweise
in eine Stirnsenkung 50 eingedrückt, die maschinell in das Motorgehäuse 12 eingearbeitet
wurde. Wenn das Gehäuse 46 in
die Stirnsenkung 50 eingedrückt wird, gerät eine Außenoberfläche 48 des
Gehäuses 46 in dichtenden
Angriff an eine innenseitige Oberfläche 54 der Stirnsenkung 50.
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Die 3 bis 5 sind zusätzliche
Schnittansichten der Ventildichtungsanordnung der 1 und 2.
Das Gehäuse 46 der
Ventildichtungsanordnung 40 umfasst vorzugsweise eine sich
einwärts
erstreckende Haltewand 56. Die Haltewand 56 trägt das Dichtungselement 44.
Das Dichtungselement 44 kann direkt an das Gehäuse 46 angeformt
sein oder könnte eine
Kerbe 58 umfassen, die sich in eine Öffnung in der Haltewand 56 einpasst
(wie in den 3 und 4 gezeigt ist).
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Das Dichtungselement 44 umfasst
darüber hinaus
eine Dichtungslippe 52, die dichtend am Ventilschaft 30 angreift.
Die Dichtungslippe 52 kann axial außerhalb des Gehäuses 46 angrenzend
an die Haltewand 56 angeordnet sein. Die Dichtungslippe 52 erstreckt
sich vom Ventilschaft 30 zum Gehäuse 46 hin in einem
Winkel Y bezüglich
des Ventilschafts 30. Der Winkel Y beträgt vorzugsweise
zwischen 30 und 90°.
Die Dichtungslippe 52 erstreckt sich auch vom Ventilschaft 30 weg
zum Gehäuse 46 hin
in einem Winkel X bezüglich
des Ventilschafts 30. Der Winkel X liegt vorzugsweise
zwischen 10° und
60°. Der
Winkel Y sollte größer sein
als der Winkel X, um das Schmiermittel daran zu hindern,
sich an der Dichtungslippe 52 vorbei in die Ventilöffnung 26 auszubreiten.
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Wie zuvor erörtert und in den 3 und 4 am klarsten dargestellt, kann die vorliegenden
Erfindung eine ringförmige
Feder 42 umfassen, die um das Dichtungselement 44 herum
angeordnet ist. Die ringförmige
Feder 42 ist vorzugsweise in nächster Nähe zur Dichtungslippe 52 angeordnet,
um die Druckkraft zu erhöhen,
die von der ringförmigen
Feder 42 auf die Dichtungslippe 52 ausgeübt wird.
Die zusätzliche Druckkraft
verbessert den dichtenden Angriff zwischen der Dichtungslippe 52 und
dem Ventilschaft 30.
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Das Gehäuse 46 ist vorzugsweise
im wesentlichen zylindrisch (siehe 5),
um die dichtende Anlage der außenseitigen
Oberfläche 48 an
der innenseitigen Oberfläche 54 der
Stirnsenkung 50 zu erleichtern, wenn das Gehäuse 46 in
die Stirnsenkung 50 eingepresst wird, obwohl auch andere
Formen verwendet werden können.
Wie in den 3 und 4 am deutlichsten gezeigt
ist, kann eine abgeschrägte
Kante 60 am Eingang zur Stirnsenkung 50 vorgesehen
sein, um das Einsetzen der Ventildichtungsanordnung 40 in
die Stirnsenkung 50 zu erleichtern. Zusätzlich kann auch eine abgeschrägte Kante 61 vorgesehen
sein, um das Einsetzen der Ventildichtungsanordnung 40 noch
weiter zu erleichtern.
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Wie zuvor erörtert, bewegt sich während des Betriebs
des Verbrennungsmotors 10 das Ventil 11 innerhalb
der Ventilführung 28 entlang
der Längsachse 27 des
Ventils 11 hin und her. Die Länge dieser hin- und hergehenden
Bewegung, bzw. des Hubs, ist in den 3 und 4 als Maß B gezeigt. Die Dichtungslippe 52 ist
vorzugsweise derart angeordnet, dass auch kein Teil des Ventilschafts 30,
der sich innerhalb der Ventilführung 28 hin-
und herbewegt, die Dichtungslippe 52 berührt. Wie
am deutlichsten in den 3 und 4 gezeigt ist, berührt der
Abschnitt 51 des Ventilschafts 30 (in den 3 und 4 als Hubmaß B dargestellt),
der sich über
der Dichtungslippe 52 hin- und herbewegt, die Ventilführung 28 nicht.
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Obwohl es bevorzugt ist, dass kein
Teil des Hubabschnitts 51 die Ventilführung 28 berührt, kann die
Ventildichtungsanordnung 40 der vorliegenden Erfindung
auch so konzipiert sein, dass ein kleiner Teilabschnitt des Abschnitts 51,
der über
der Dichtungslippe 52 hin- und hergeht, auch innerhalb
der Ventilführung 28 hin-
und hergeht, ohne dass dabei der Rahmen der vorliegenden Erfindung
verlassen würde.