EP0774568A1 - Sealing arrangement - Google Patents
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/08—Valves guides; Sealing of valve stem, e.g. sealing by lubricant
Definitions
- the invention relates to a sealing arrangement comprising a valve stem seal of an internal combustion engine.
- the invention has for its object to further develop a sealing arrangement of the type mentioned in such a way that the sealing body and the Spring secured against loss and are permanently positioned to each other that the sealing arrangement is more compact, has a lower weight and is inexpensive to manufacture and easy to assemble.
- a sleeve made of tough, hard material with a first and a second end face, the sleeve having on its first end face a flange which extends outward in the radial direction and on the axially opposite second end face a flange which extends inward in the radial direction Support wall, the flange forming the abutment for a valve spring, wherein an annular sealing body sealingly enclosing the valve stem is fixed by an interference fit within the sleeve on the supporting wall, and wherein a spring designed as a supporting body is integrally connected to the sealing body and immediately connected to one another the retaining wall is supported.
- the sealing body consists of an elastomeric material and has at least one annular first sealing lip.
- the sealing body has a second sealing lip on the end of the sealing body facing away from the spring, the second sealing lip sealingly engaging with the front-side limitation of the valve guide.
- the sleeve is pressed against the valve guide in the axial direction by a valve spring and is held in its position.
- the sealing body Arranged within the sleeve is the sealing body, which surrounds the valve stem with its first sealing lip by means of a prestressed spring and touches the valve guide with its second sealing lip.
- the first sealing lip dynamically seals the reciprocating valve stem, the second sealing lip statically seals against the valve guide.
- the dynamic sealing of the first sealing lip on the valve stem leads on the one hand to sufficient lubrication in the area of the dynamic seal being ensured and on the other hand to prevent an undesirably large leakage, for example via the valve stem, from entering the cylinders of the internal combustion engine. Due to the one-piece design of the sealing body with the spring, which form a preassembled unit, an exact assignment of the two parts to one another is always guaranteed during the intended use of the valve stem seal.
- the sleeve has at least two holding claws which extend in the axial direction and surround the sealing body on the circumference and which are associated with one another in the circumferential direction at a distance from one another and are uniformly distributed in the circumferential direction.
- the advantage here is that the holding claws significantly reduce the material required to produce the sleeve, based on a sleeve which is designed to be closed in the circumferential direction. It can be provided, for example, that four holding claws are used which are uniformly distributed in the circumferential direction and surround the sealing body on the circumference.
- Both the first and the second sealing lip are in each case under elastic prestress on the component to be sealed. Due to the arrangement of the sealing body within the sleeve and its attachment to the valve guide and the valve stem, the sealing arrangement has only a comparatively small extent in the axial direction.
- the one-piece design of the spring with the sealing body simplifies the assembly of the sealing arrangement and ensures problem-free assignment of the parts during the entire service life.
- the combination of the two sealing lips in a sealing body simplifies both the manufacture and the assembly of the sealing arrangement.
- the amount of the elastomeric material required for a reliable seal is reduced to a minimum by including the two sealing lips in a sealing body.
- the support wall which forms the abutment for the spring which is integrally connected to the sealing body, is a component of the holding claws.
- the sleeve can consist of a metallic or polymeric material. In view of the lowest possible relaxation of the sleeve and the spring, preference is given to a metallic material.
- the spring can consist of a polymeric material.
- the spring preferably has an essentially L-shaped cross section.
- the leg extending essentially in the axial direction completely covers the first sealing lip in the axial direction. This ensures that the first sealing lip always encloses the valve stem with a predetermined preload.
- FIG. 1 shows a seal arrangement which comprises a valve stem seal 10.
- the sleeve 14 consists in this embodiment of a metallic material. Deviating from this, however, tough, hard polymeric materials can also be used, for example.
- the sealing body 24 is made of rubber or elastomer, the first sealing lip 28 being formed by two intersecting conical surfaces and touching the valve stem 12 in a sealing manner under elastic prestress.
- the valve stem 12 is guided within the valve guide 38.
- the valve is brought into the open position against the spring force of the valve spring 16 by a camshaft (not shown here) and then again into the closed position by the valve spring 16.
- the sleeve 14 On its first end face, the sleeve 14 has a flange 20 which extends outward in the radial direction and on the axially opposite second end face a support wall 18 which extends inwards in the radial direction.
- the support wall 18 forms the abutment for the spring 26 and touches it immediately attached.
- the elastomeric material of the sealing body 24 seals the sleeve 14.
- the radially outwardly extending flange 20 serves as an abutment for the valve spring 16.
- the cylinder head 22 consists, for example, of a light metal alloy. Deviating from this, the cylinder head can also consist of cast iron.
- the second sealing lip 34 of the sealing body 24 statically seals the valve guide 38.
- the sealing body 24 is shown, which forms a unit with the spring 26. Both the first sealing lip 28 and the second sealing lip 34 are ring-shaped in themselves and touch the surfaces to be sealed in contact with elastic prestress.
- the spring 26 is annular and in this embodiment consists of a polymeric material. With regard to the low weight of the sealing arrangement, such a configuration is of particular advantage.
- the elastomeric material of the sealing body 24 is connected to the spring 26 by vulcanization during its manufacture. In that the spring 26 and the sealing body 24 in one piece are designed to merge into one another, jumping out of the spring 26 from the sleeve 14 during assembly is excluded.
- the unit consisting of the spring 26 and the sealing body 24 is placed within the sleeve 14 in such a way that the spring 26 touches the support wall 18 directly.
- the sealing body 24 is arranged with a elastic bias within the sleeve 14.
- the sealing arrangement according to the invention brings about an exact concentric assignment of sleeve 14, sealing body 24 and valve stem 12 to one another. This is a noteworthy advantage for good usage properties over a long period of use.
- the sleeve 14 is shown as a single part in a sectional view. It can be seen that four holding claws 36 extending in the axial direction are provided in this exemplary embodiment, which are associated with one another in the circumferential direction at a distance from one another and are arranged uniformly distributed in the circumferential direction. It is advantageous here that the entire bearing arrangement has a comparatively low weight due to such a configuration and considerable material savings are possible.
- the sleeve 14 and the spring 26 connected to the sealing body 24 are shown, which are connected to form a unit.
- the sealing body 24 is mounted in the sleeve 14, so that there is a preassembled unit, which is then completed to form a sealing arrangement.
- the preassembled unit is connected to the valve guide 38 and the valve spring 16 is mounted in such a way that it is supported on the flange 20.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, umfassend eine Ventilschaftabdichtung einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a sealing arrangement comprising a valve stem seal of an internal combustion engine.
Eine solche Dichtungsanordnung ist aus der US 4,947,811 bekannt. Die Feder, die den Dichtkörper gegen eine abzudichtende Fläche vorspannt und in sich geschlossen ringförmig ausgebildet ist, ist nicht verliersicher mit dem Dichtkörper verbunden, so daß sie während des Einbaus oder des Gebrauchs der Dichtungsanordnung innerhalb des Einbauraums verschoben werden oder aus diesem herausspringen kann. Durch eine Veränderung der Lage der Feder oder deren Verlust, wird die Vorspannung auf den Dichtkörper derart reduziert, daß es zu unerwünschten Undichtigkeiten zwischen der Ventilschaftabdichtung und den abzudichtenden Bauteilen kommen kann. Die vorbekannte Dichtungsanordnung weist außerdem ein vergleichsweise hohes Gewicht auf, und die Herstellung ist in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht wenig zufriedenstellend.Such a sealing arrangement is known from US 4,947,811. The spring, which prestresses the sealing body against a surface to be sealed and is designed to be closed in a ring-shaped manner, is not captively connected to the sealing body, so that it can be displaced within the installation space or jump out of it during the installation or use of the sealing arrangement. By changing the position of the spring or its loss, the preload on the sealing body is reduced in such a way that undesirable leaks between the valve stem seal and the components to be sealed can occur. The known sealing arrangement also has a comparatively high weight, and the production is unsatisfactory from a manufacturing and economic point of view.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß der Dichtkörper und die Feder verliergesichert und dauerhaft positioniert zueinander angeordnet sind, daß die Dichtungsanordnung kompakter ausgebildet ist, ein geringeres Gewicht aufweist und kostengünstig herstellbar sowie einfach montierbar ist.The invention has for its object to further develop a sealing arrangement of the type mentioned in such a way that the sealing body and the Spring secured against loss and are permanently positioned to each other that the sealing arrangement is more compact, has a lower weight and is inexpensive to manufacture and easy to assemble.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.This object is achieved by the features of claim 1. The subclaims refer to advantageous refinements.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Hülse aus zähhartem Werkstoff mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite, wobei die Hülse an ihrer ersten Stirnseite einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Flansch aufweist und an der axial gegenüberliegenden zweiten Stirnseite eine sich in radialer Rchtung nach innen erstreckende Stützwand, wobei der Flansch das Widerlager für eine Ventilfeder bildet, wobei ein den Ventilschaft dichtend umschließender, ringförmiger Dichtkörper durch eine Preßpassung dichtend innerhalb der Hülse an der Stützwand festgelegt ist und wobei eine als Stützkörper ausgebildete Feder mit dem Dichtkörper einstückig ineinander übergehend verbunden und unmittelbar an der Stützwand abgestützt ist.This object is achieved by a sleeve made of tough, hard material with a first and a second end face, the sleeve having on its first end face a flange which extends outward in the radial direction and on the axially opposite second end face a flange which extends inward in the radial direction Support wall, the flange forming the abutment for a valve spring, wherein an annular sealing body sealingly enclosing the valve stem is fixed by an interference fit within the sleeve on the supporting wall, and wherein a spring designed as a supporting body is integrally connected to the sealing body and immediately connected to one another the retaining wall is supported.
Der Dichtkörper besteht aus einem elastomeren Werkstoff und weist zumindest eine ringförmige erste Dichtlippe auf.The sealing body consists of an elastomeric material and has at least one annular first sealing lip.
Außerdem weist der Dichtkörper eine zweite Dichtlippe auf der der Feder abgewandten Stirnseite des Dichtkörpers auf, wobei die zweite Dichtlippe mit der stirnseitgen Begrenzung der Ventilführung dichtend in Eingriff ist. Die Hülse ist in axialer Richtung durch eine Ventilfeder gegen die Ventilführung gedrückt und wird in ihrer Position gehalten. Innerhalb der Hülse ist der Dichtkörper angeordnet, der durch eine vorgespannte Feder mit seiner ersten Dichtlippe den Ventilschaft dichtend umschließt und mit seiner zweiten Dichtlippe die Ventilführung anliegend berührt. Die erste Dichtlippe dichtet den hin- und herbeweglichen Ventilschaft dynamisch, die zweite Dichtlippe dichtet gegenüber der Ventilführung statisch ab. Die dynamische Abdichtung der ersten Dichtlippe am Ventilschaft führt einerseits dazu, daß eine ausreichende Schmierung im Bereich der dynamischen Abdichtung gewährleistet ist und andererseits verhindert wird, daß eine unerwünscht große Leckage beispielsweise über den Ventilschaft in die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine gelangen. Durch die einstückige Ausbildung des Dichtkörpers mit der Feder, die eine vormontierbare Einheit bilden, ist während der bestimmmungsgemäßen Verwendung der Ventilschaftabdichtung stets eine exakte Zuordnung der beiden Teile zueinander gewährleistet.In addition, the sealing body has a second sealing lip on the end of the sealing body facing away from the spring, the second sealing lip sealingly engaging with the front-side limitation of the valve guide. The sleeve is pressed against the valve guide in the axial direction by a valve spring and is held in its position. Arranged within the sleeve is the sealing body, which surrounds the valve stem with its first sealing lip by means of a prestressed spring and touches the valve guide with its second sealing lip. The first sealing lip dynamically seals the reciprocating valve stem, the second sealing lip statically seals against the valve guide. The dynamic sealing of the first sealing lip on the valve stem leads on the one hand to sufficient lubrication in the area of the dynamic seal being ensured and on the other hand to prevent an undesirably large leakage, for example via the valve stem, from entering the cylinders of the internal combustion engine. Due to the one-piece design of the sealing body with the spring, which form a preassembled unit, an exact assignment of the two parts to one another is always guaranteed during the intended use of the valve stem seal.
Die Hülse weist zumindest zwei sich in axialer Richtung erstreckende, den Dichtkörper umfangsseitig umschließende Haltekrallen auf, die einander in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart zugeordnet und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Hierbei ist von Vorteil, daß durch die Haltekrallen der Materialbedarf zur Herstellung der Hülse - bezogen auf eine in Umfangsrichtung in sich geschlossen ausgebildete Hülse - deutlich verringert ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß vier gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Haltekrallen zur Anwendung gelangen, die den Dichtkörper umfangsseitig umschließen. Sowohl die erste als auch die zweite Dichtlippe liegen jeweils unter elastischer Vorspannung am jeweils abzudichtenden Bauteil an. Durch die Anordnung des Dichtkörpers innerhalb der Hülse und deren Festlegung an der Ventilführung und dem Ventilschaft weist die Dichtungsanordnung nur eine vergleichsweise geringe Ausdehnung in axialer Richtung auf.The sleeve has at least two holding claws which extend in the axial direction and surround the sealing body on the circumference and which are associated with one another in the circumferential direction at a distance from one another and are uniformly distributed in the circumferential direction. The advantage here is that the holding claws significantly reduce the material required to produce the sleeve, based on a sleeve which is designed to be closed in the circumferential direction. It can be provided, for example, that four holding claws are used which are uniformly distributed in the circumferential direction and surround the sealing body on the circumference. Both the first and the second sealing lip are in each case under elastic prestress on the component to be sealed. Due to the arrangement of the sealing body within the sleeve and its attachment to the valve guide and the valve stem, the sealing arrangement has only a comparatively small extent in the axial direction.
Durch die einstückige Ausbildung der Feder mit dem Dichtkörper wird die Montage der Dichtungsanordnung vereinfacht und eine problemlose Zuordnung der Teile während der gesamten Gebrauchsdauer sichergestellt. Durch die Kombination der beiden Dichtlippen in einem Dichtkörper sind sowohl die Herstellung als auch die Montage der Dichtungsanordnung vereinfacht. Außerdem wird durch das Einbeziehen der beiden Dichtlippen in einen Dichtkörper die Menge des für eine zuverlässige Abdichtung benötigten elastomeren Werkstoffs auf ein Minimum reduziert.The one-piece design of the spring with the sealing body simplifies the assembly of the sealing arrangement and ensures problem-free assignment of the parts during the entire service life. The combination of the two sealing lips in a sealing body simplifies both the manufacture and the assembly of the sealing arrangement. In addition, the amount of the elastomeric material required for a reliable seal is reduced to a minimum by including the two sealing lips in a sealing body.
Die Stützwand, die das Widerlager für die einstückig mit dem Dichtkörper verbundene Feder bildet, ist ein Bestandteil der Haltekrallen.The support wall, which forms the abutment for the spring which is integrally connected to the sealing body, is a component of the holding claws.
Die Hülse kann aus einem metallischen oder polymeren Werkstoff bestehen. Im Hinblick auf eine möglichst geringe Relaxation der Hülse und der Feder wird jeweils einem metallischen Werkstoff der Vorzug gegeben.The sleeve can consist of a metallic or polymeric material. In view of the lowest possible relaxation of the sleeve and the spring, preference is given to a metallic material.
Davon abweichend kann die Feder aus einem polymeren Werkstoff bestehen.Deviating from this, the spring can consist of a polymeric material.
Bevorzugt weist die Feder einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf. Der sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Schenkel überdeckt die erste Dichtlippe in axialer Richtung vollständig. Dadurch ist sichergestellt, daß die erste Dichtlippe stets mit einer vorbestimmten Vorspannung den Ventilschaft anliegend umschließt.The spring preferably has an essentially L-shaped cross section. The leg extending essentially in the axial direction completely covers the first sealing lip in the axial direction. This ensures that the first sealing lip always encloses the valve stem with a predetermined preload.
Die beanspruchte Dichtungsanordnung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen weiter verdeutlicht. Es zeigen:
- Figur 1 einen Ausschnitt aus dem Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine,
- Figur 2 den Dichtkörper als Einzelteil,
- Figur 3 die Hülse und
- Figur 4 eine vormontierbare Einheit bestehend aus der Hülse und dem Dichtkörper im noch nicht montierten Zustand.
- FIG. 1 shows a detail from the valve train of an internal combustion engine,
- FIG. 2 the sealing body as an individual part,
- Figure 3 and the sleeve
- Figure 4 is a preassembled unit consisting of the sleeve and the sealing body in the not yet assembled state.
In Figur 1 ist eine Dichtungsanordnung gezeigt, die eine Ventilschaftabdichtung 10 umfaßt. Die Hülse 14 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem metallischen Werkstoff. Davon abweichend können jedoch beispielsweise auch zähharte polymere Werkstoffe zur Anwendung gelangen. Der Dichtkörper 24 besteht aus Gummi oder Elastomer, wobei die erste Dichtlippe 28 durch zwei einander durchschneidende Kegelfächen gebildet ist und den Ventilschaft 12 unter elastischer Vorspannung umfangsseitig dichtend berührt. Der Ventilschaft 12 ist innerhalb der Ventilführung 38 geführt. Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wird das Ventil gegen die Federkraft der Ventilfeder 16 durch eine hier nicht dargestellte Nockenwelle in Offenstellung und anschließend durch die Ventilfeder 16 wieder in Geschlossenstellung überführt. An ihrer ersten Stirnseite weist die Hülse 14 einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Flansch 20 auf und an der axial gegenüberliegenden zweiten Stirnseite eine sich in radialer Richtung nach innen erstreckende Stützwand 18. Die Stützwand 18 bildet das Widerlager für die Feder 26 und berührt diese unmittelbar anliegend. Außerdem dichtet der elastomere Werkstoff des Dichtkörpers 24 die Hülse 14 ab. Der sich radial nach außen erstreckende Flansch 20 dient als Widerlager für die Ventilfeder 16. Der Zylinderkopf 22 besteht beispielsweise aus einer Leichtmetallegierung. Davon abweichend kann der Zylinderkopf auch aus Gußeisen bestehen.FIG. 1 shows a seal arrangement which comprises a
Die zweite Dichtlippe 34 des Dichtkörpers 24 dichtet die Ventilführung 38 statisch ab.The
In Figur 2 ist der Dichtkörper 24 gezeigt, der mit der Feder 26 eine Einheit bildet. Sowohl die erste Dichtlippe 28 als auch die zweite Dichtlippe 34 sind in sich ringförmig ausgebildet und berühren die abzudichtenden Flächen unter elastischer Vorspannung anliegend. Die Feder 26 ist ringförmig ausgebildet und besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem polymeren Werkstoff. Hinsichtlich eines geringen Gewichts der Dichtungsanordnung ist eine derartige Ausgestaltung von hervorzuhebendem Vorteil. Der elastomere Werkstoff des Dichtkörpers 24 wird während seiner Herstellung mit der Feder 26 durch Vukanisation verbunden. Dadurch, daß die Feder 26 und der Dichtkörper 24 einstückig ineinander übergehend ausgebildet sind, ist ein Herausspringen der Feder 26 aus der Hülse 14 während der Montage ausgeschlossen. Die Einheit, bestehend aus der Feder 26 und dem Dichtkörper 24 wird derart innerhalb der Hülse 14 plaziert, daß die Feder 26 die Stützwand 18 unmittelbar anliegend berührt. Der Dichtkörper 24 ist mit elastischer Vorspannung dichtend innerhalb der Hülse 14 angeordnet. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung bewirkt eine exakte konzentrische Zuordnung von Hülse 14, Dichtkörper 24 und Ventilschaft 12 zueinander. Für gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer ist dies von hervorzuhebendem Vorteil.In Figure 2, the
In Figur 3 ist die Hülse 14 als Einzelteil in geschnittener Darstellung gezeigt. Es ist zu erkennen, daß in diesem Ausführungsbeispiel vier sich in axialer Richtung erstreckende Haltekrallen 36 vorgesehen sind, die einander in Umfangsrichtung mit Abstand benachbart zugeordnet und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Hierbei ist von Vorteil, daß die gesamte Lageranordnung durch eine derartige Ausgestaltung ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist und erhebliche Materialeinsparungen möglich sind.In Figure 3, the
In Figur 4 sind die Hülse 14 sowie die mit dem Dichtkörper 24 verbundene Feder 26 gezeigt, die zu einer Einheit verbunden werden. Zunächst wird der Dichtkörper 24 in die Hülse 14 montiert, so daß sich eine vormontierbare Einheit ergibt, die anschließend zur Dichtungsanordnung komplettiert wird. Dazu wird die vormontierbare Einheit mit der Ventilführung 38 verbunden und die Ventilfeder 16 derart montiert, daß sich diese am Flansch 20 abstützt.In Figure 4, the
Um die zylindrische Hülse 14 und den Dichtköper 24 an der Ventilführung 38 zu sichern, besteht beispielsweise die Möglichkeit, diese Teile durch Punktschweißen oder andere Verbindungstechniken zu verbinden.In order to secure the
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