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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen
Verbrennungsmotor mit einer vertikalen Kurbelwelle, genauer
gesagt einen solchen Motor, der eine Kurbelwellen-Dichtungs-
und Spritzschutzreinrichtung hat. Auf EP-A-407 696 wird Bezug
genommen.
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Bei herkömmlichen Kurbelwellendichtungen ist normalerweise das
gesamte innere Material entfernt, das nicht mit den dichtenden
Flächen zwischen den Kurbelwellengehäuse-Hälften in Berührung
steht. Hierdurch wird es möglich, daß Öl in der Zylinderbohrung
hochspritzt, was zu einem Anstieg der Schmieröltemperatur
führt. Die Kosten herkömmlicher Kurbelwellengehäuse-Dichtungen
hängen von deren Außenabmessungen ab.
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Verbrennungsmotoren mit einer vertikalen Kurbelwelle haben
normalerweise am Boden des Ventilgehäuses eine Ventilgehäuse-
Ablaßöffnung. Herkömmliche Ventilgehäuseablässe sind ganz
einfach offene Bohrungen, die weder eine Einschnürung noch
einen Widerstand aufweisen, um zu verhindern, daß
überschüssiges Öl in das Ventilgehäuse nach oben dringt.
Überschußöl im Ventilfedergehäuse kann zu übermäßiger
Ölströmung jenseits von Einlaßventilstößel und -führung führen,
was zu einem höheren Ölverbrauch des Motors und übermäßigen
Kohlenstoffablagerungen an den Einlaßöffnungen führt.
Üblicherweise verwenden herkömmliche Konstruktionen eine
Ventilstößeldichtung von erheblichen Kosten, um das obige
Problem zu verringern.
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Ein zusätzliches Problem derzeitiger Verbrennungsmotoren mit
vertikaler Welle besteht in dem Ölverbrauch während des
Betriebes. Durch die innere mechanische Turbulenz und die
Motorausrichtung kann Überschußöl nach oben in die
Zylinderbohrung geschleudert werden. Manchmal gelangt Motorenöl wegen
der Neigung des Motors während des Betriebes in die
Zylinderbohrung.
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Es wäre wünschenswert, einen Motor mit vertikaler Welle mit
einer Kurbelwellengehäuse-Dichtung zu schaffen, die den Aufbau
vereinfacht und die Herstellungskosten des Motors verringert.
Diese sowie weitere wünschenswerte Merkmale werden durch die
vorliegende Erfindung geschaffen.
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet das Vorsehen eines
Verbrennungsmotors mit vertikaler Welle, mit einer
Kurbelwellengehäuse-Dichtung, die als Dichtung zwischen
Kurbelwellengehäuse-Hälften wirkt und als Spritzschutz gegen
Schmierölströmung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist
die Dichtung derart gestaltet, daß kein Material entfernt wird,
welches sich nicht in Berührung mit den dichtenden Flächen der
Kurbelwellengehäuse-Hälften befindet. Die Dichtungsöffnungen
sind von einer Größe, die gerade ausreicht, um den Durchtritt
der notwendigen Schaft-Komponenten zu erlauben.
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Der Sumpfteil des Kurbelwellengehäuses, der das Motoröl
enthält, wird hierbei gegenüber dem übrigen
Kurbelwellengehäuse des verbleibenden Dichtungsmateriales abgetrennt. Das
zusätzliche Dichtungsmaterial wirkt als Spritzschutz zum
Verringern der Menge von Schmieröl, das aufgrund des
Mechanismus, welche durch die Turbulenz oder die Motorneigung
während des Betriebes in die Zylinderbohrung gelangt. Dieses
Abschirmen trägt auch dazu bei, Öl im Bereich des
Schmiersystemeinlasses dann zu halten, wenn der Motor gegen die
Vertikale geneigt wird.
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Die Dichtung weist eine Rückschlagventil-Funktion unter der
Ventilgehäuse-Ablaßöffnung auf. Das zusätzliche
Dichtungsmaterial, das die Dichtungsgehäuse-Ablaßöffnung abdeckt,
ermöglicht es, daß im Ventilfedergehäuse angesammeltes Öl
austritt, verhindert jedoch, daß Öl nach oben aufgrund der
Turbulenz im Motor in das Ventilfedergehäuse eintritt.
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Ein Vorteil der Kurbelwellengehäuse-Dichtung gemäß der
Erfindung besteht darin, daß die Erfindung diejenige
Schmierölmenge verringert, die aufgrund mechanisch herbeigeführter
Turbulenz in die Zylinderbohrung gelangt.
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Ein weiterer Vorteil der Kurbelwellengehäuse-Dichtung gemäß der
Erfindung besteht darin, daß die Dichtungsposten dieselben
sind, wie bei einer gewöhnlichen Dichtung, da der Preis der
Dichtung von ihren äußeren Abmessungen abhängt.
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Ein weiterer Vorteil der Kurbelwellengehäuse-Dichtung gemäß der
Erfindung besteht darin, daß keine Ventilstößeldichtungen
notwendig sind, weil die Erfindung verhindert, daß Öl durch die
Ablaßöffnung in das Ventilfedergehäuse hochgedrückt wird, und
ermöglicht das Ablaufen von Öl aus dem Ventilfedergehäuse.
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Ein weiterer Vorteil der Kurbelwellengehäuse-Dichtung gemäß der
Erfindung besteht darin, daß sie eine Prallkammer schafft, in
welcher Schmieröl gesammelt wird, zum Kontrollieren der
Rückführung von Öl in das Kurbelwellengehäuse.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die
erhebliche Verringerung der Menge Schmieröls, das durch die
Ablaßöffnung in das Ventilfedergehäuse eintritt.
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Ein weiterer Vorteil der Kurbelwellengehäuse-Dichtung besteht
darin, daß Motoren, welche die Erfindung aufweisen, bezüglich
des Maßes verbessert sind, in welchem der Motor gegen die
Vertikale geneigt werden kann, wobei dennoch ein notwendiger
Schmierölvorrat am Schmierölsystem-Einlaß vorliegt.
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Durch eine Ausführungsform der Erfindung wird ein
Verbrennungsmotor geschaffen, der eine kombinierte Kurbelwellengehäuse
Dichtungs- und Spritzschutzeinrichtung aufweist, um die Menge
des Öles, das in den oberen Bereich des Kurbelwellengehäuses
hochspritzt, zu minimieren. Der Verbrennungsmotor weist eine
obere und eine untere Kurbelwellengehäuse-Hälfte auf, die über
ein Paar Paßkanten zusammengefügt sind. Die untere
Kurbelwellengehäuse-Hälfte beinhaltet einen Sumpf für das
Schmieröl. Die kombinierte Dichtungs- und
Spritzschutzeinrichtung weist einen Umfangsbereich auf, der zwischen den
zusammenpassenden Kanten der Kurbelwellengehäuse-Hälften
zusammengespannt ist, ferner eine Rippe, die mit dem
Umfangsteil, der sich über den Ölsumpf erstreckt, einteilig
ist, um die Bewegung des Schmieröls aus dem Ölsumpf zum oberen
Bereich oder zur oberen Hälfte des Kurbelwellengehäuses hin zu
verhindern. Wenigstens ein Antriebselement wie eine
Kurbelwelle, eine Nockenwelle oder ein Regler erstrecken sich
von der unteren Kurbelwellengehäuse-Hälfte vertikal zur oberen
Kurbelwellengehäuse-Hälfte und treten durch eine Bohrung in der
kombinierten Dichtungs- und Spritzschutzeinrichtung hindurch.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird unter
einer Kammer, welche Öl im Kurbelwellengehäuse sammelt, ein
Rückschlagventil angeordnet. Diese Kammer, wie z. B. ein
Ventilfedergehäuse, ist oberhalb der Dichtung angeordnet. Die
Dichtung läßt sich biegen und dichtet die Kammer ab, um zu
verhindern, daß Öl aus dem Ölsumpf in die Kammer gelangt. Die
Dichtung läßt sich von der Kammer hinweg biegen, um es zu
ermöglichen, daß in der Kammer enthaltenes Öl hinweg und zurück
zum Ölsumpf fließt. Der Kurbelwellengehäuse-Druck biegt die
Dichtung gegen die Kammer hin, um abzudichten, während das
Kurbelwellengehäuse-Vakuum dazu beiträgt, die Kammer zu öffnen.
Die obengenannten sowie weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung sowie die Art und Weise, diese zu erreichen, werden
besser erkennbar, und die Erfindung selbst läßt sich leichter
verstehen durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der
Ausführungsform der Erfindung, in Verbindung mit der
beigefügten Zeichnung:
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Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt.
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Fig. 2 zeigt den Motor von Fig. 1 im Querschnitt, wobei das
Ventilfedergehäuse und die Motorventile dargestellt
sind.
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Fig. 3 zeigt das Ventilfedergehäuse und die Ablaßöffnung in
einem Querschnitt in vergrößertem Maßstab.
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Fig. 4 ist eine Ansicht der unteren Kurbelwellengehäuse-Hälfte
des Motors von Fig. 1 von unten her, und zeigt die
Dichtung gemäß der Erfindung in eingebautem Zustand.
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Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die untere Kurbelwellengehäuse
Hälfte des Motors von Fig. 1, und zeigt die Dichtung
gemäß der Erfindung in eingebautem Zustand.
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In den Figuren sieht man einen Verbrennungsmotor 10 gemäß der
Erfindung. Motor 10 weist eine obere Kurbelwellengehäuse-Hälfte
12 mit einer im wesentlichen horizontalen Oberwand 14 auf, eine
untere Kurbelwellengehäuse-Hälfte 16 mit einem Ölsumpf 17 und
eine vertikal ausgerichtete Kurbelwelle 18, die mittels Lagern
20, 22 drehbar gelagert ist. Die obere Kurbelwellengehäuse
Hälfte 12 weist eine Paßfläche 13 auf, während die untere
Kurbelwellengehäuse-Hälfte 16 eine Paßfläche 15 hat. Eine
Kurbelwellengehäuse-Dichtungs Spritzschutz-Einrichtung 24 gemäß
der Erfindung ist zwischen der oberen Kurbelwellengehäuse-
Hälfte 12 und der Ölsumpfhälfte 16 angeordnet, zwischen den
Paßflächen 13 und 15 eingespannt, und dichtet gegen Schmieröl.
Dichtung 24 soll im folgenden genauer beschrieben werden.
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Eine obere Dichtung 26 und eine untere Dichtung 28 sorgen für
das Abdichten des Kurbelwellengehäuses 18 in Bezug auf die
Kurbelwellengehäuse-Hälften 12 und 16, um ein Hindurchdringen
von Öl darüberhinaus zu vermeiden. Kurbelwelle 18 weist eine
Kurbel 30 sowie Schwungmassen 32, 34 auf. Eine horizontal
angeordnete Zylinderbohrung 36 kommuniziert mit der
Kurbelwellengehäuse-Hälfte 12 und erstreckt sich über diese
hinaus. Kühlrippen 38 an der Außenseite des Zylinders 40 sorgen
für Wärmeabfuhr. Der Zylinderkopf 42 ist am Ende des Zylinders
40 befestigt, durch die Zylinderkopfdichtung 44 hiergegen
abgedichtet, und sperrt den oberen Teil der Zylinderbohrung 36
ab. Innerhalb der Zylinderbohrung 36 läuft ein Kolben 46 hin
und her. Kolben 46 ist durch eine Pleuelstange 48 mit der
Kurbel 30 der Kurbelwelle 18 verbunden.
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Es soll insbesondere auf Figur 2 eingegangen werden.
Kurbelwellengehäuse 49 beinhaltet eine vertikal angeordnete
Nockenwelle 50, die in Lagern 52a und 52b drehbar gelagert ist.
Eine Pumpe 51, die in Fig. 4 gezeigt ist, weist eine Buchse 51a
auf, die exzentrisch an die Nockenwelle 50 angeschlossen ist,
und ein Kolbenelement 51b ist an das Kurbelwellengehäuse 49
angeschlossen. Während des Betriebes läuft die Nockenwelle 50
um und veranlaßt das Kolbenelement 51b, in der Buchse 51a hin
und her zu gehen und dabei Öl durch den Schmiermittelsystem-
Einlaß 51d zu ziehen und Öl durch einen inneren Kanal 53 in das
hier nicht gezeigte Motor-Schmiersystem zu pumpen.
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Die Nockenwelle 50 ist in einer synchronen Antriebsanordnung
über Zahnräder 55 und 57 mit der Kurbelwelle 18 verbunden -
siehe Figuren 4 und 5. Nockenwelle 50 beinhaltet ferner Nocken
54 und 56, die die Ventilanheber 58 und 60 des Einlaßventiles
64 und des Auslaßventiles 62 erfassen, die ihrerseits in einer
Seitenventilkonfiguration angeordnet sind. Die Ventilanheber 58
und 60 sind innerhalb Anheber-Führungen 61 und 63 in einer Wand
in der oberen Kurbelwellengehäuse-Hälfte 12 angeordnet. Das
Einlaßventil 64 und das Auslaßventil 62 sind in Ventilführungen
69 bzw. 67 angeordnet und können entsprechende Einlaßöffnungen
64a und Auslaßöffnungen 62a abdichten.
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Ventilfedern 66 und 68 umgeben das Einlaßventil 64 und das
Auslaßventil 62 innerhalb einer Kammer wie einem
Ventilfedergehäuse 70. Eine Ventilfeder-Gehäusebohrung 72 im Boden des
Ventilfedergehäuses 70 ermöglicht den Abfluß von Schmieröl
zurück in den Ölsumpf 17.
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Zwischen der oberen und der unteren Kurbelwellengehäuse-Hälfte
12 und 16 ist eine Kurbelwellengehäuse-Dichtung 24 vorgesehen.
Bohrungen 24b in der Dichtung 24 ermöglichen es, nicht
gezeigten Schrauben, die obere und die untere
Kurbelwellengehäuse-Hälfte 12 und 16 aneinander zu befestigen. Die Figuren
1 und 3 zeigen, wie die äußere Umfangskante 24a der Dichtung 24
zwischen den beiden Kurbelwellengehäuse-Hälften 12 und 16
angeordnet ist und eine Dichtung schafft, um zu verhindern, daß
Lecköl aus dem Motor 10 austritt.
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Die quadratische Öffnung 24c ist eine Öffnung in Dichtung 24,
um einen hier nicht gezeigten Ölmeßstab durch die Dichtung 24
hindurchzuführen, um zur routinemäßigen Wartung den Ölspiegel
zu ermitteln.
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Dichtung 24 gemäß der Erfindung besteht aus einem weichen,
flexiblen, nichtmetallischen Blattmaterial, das im allgemeinen
ein faseriger Werkstoff ist, wie Cellulose mit einem
Gummibinder, der zwischen den Kurbelwellengehäuse-Hälften dichtet.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, weist Dichtung 24 einen Rippenteil 24d
auf, der den durch die untere Kurbelwellengehäuse-Hälfte 16
definierten Ölsumpf 17 im wesentlichen abdeckt. Dieser
Rippenteil 24d wird durch Ausschneiden einer Öffnung 24e in die
Dichtung 24 erzeugt, am besten gerade groß genug für innere
Antriebselemente, im allgemeinen die Kurbelwelle 18, die
Nockenwelle 50, Zahnräder 55, 57, die Pumpe 51, ein
Leerlaufzahnrad 57a, ein Reglerzahnrad 57b, die innerhalb des Motors 10
arbeiten. Die Minimalgröße der Öffnung 24e ist derart bemessen,
daß die inneren Antriebselemente während des Betriebes nicht an
der Dichtung schleifen. Eine etwas größere Öffnung 24b wäre
auch zulässig, wenn für die Motorfunktion erforderlich, solange
Ol im wesentlichen im Sumpf 17 verbleibt.
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In Abwesenheit der Dichtungs-Spritzschutz-Einheit 24 kann Öl
aus dem Ölsumpf 17 nach oben in die Zylinderbohrung durch die
mechanische Turbulenz geschleudert werden, verursacht durch die
umlaufende Kurbelwelle 18, die im Ölsumpf 17 angeordnete Pumpe,
oder durch die Motorbewegung oder -neigung. Das Abdecken des
Öls im Ölsumpf 17 durch die Kurbelwellengehäuse-Dichtungs-
Spritzschutz-Einrichtung 24, und insbesondere durch den
Rippenteil 24d trägt dazu bei, einen übermäßigen Ölverbrauch
durch Motor 10 zu verhindern, und zwar durch Verringern der in
die Zylinderbohrung 36 hochspritzenden Ölmenge.
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Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Ansicht das
Ventilfedergehäuse 70 und die Ablaßöffnung 72, und veranschaulicht, wie
die Kurbelwellengehäuse-Dichtung 24 als Rückschlagventil unter
der Ventilfedergehäuse-Ablaßöffnung 72 arbeitet. Ein Teil des
Rippenteiles 24d befindet sich unter der Ventilfedergehäuse-
Ablaßöffnung 72, die einer Seitenwand der oberen
Kurbelwellengehäuse-Hälfte 12 eingeformt ist. Dieser Bereich des
Rippenteiles 24d unter der Ventilfedergehäuse-Ablaßöffnung ist
ein Klappenteil 24f. Der Klappenteil 24f der Dichtung 24
erstreckt sich von der äußeren Umfangskante 24a zur Innenwand
71 der Ventilfedergehäuse-Ablaßöffnung 72 und deckt die
Ablaßöffnung 72 ab. Klappenteil 24f der Dichtung 24 kragt von
Kante 24a frei aus und kann von der äußeren Umfangskante 24a,
die sich zwischen den beiden Kurbelwellengehäuse-Hälften 12 und
16 befindet, flexibel gebogen werden. Durch Heranbiegen und
Abdichten gegen die Ablaßöffnung 72 hin, oder durch
Hinwegbiegen und Öffnen der Ablaßöffnung 72 wirkt der Klappenteil 24f
als Rückschlagventil. Öl sammelt sich oberhalb des
Klappenteiles 24f unterhalb der Ablaßöffnung 72 und veranlaßt
Klappenteil 24f, sich hinwegzubiegen und seine Abdichtung an
der Innenwand 71 zu unterbrechen. Dieses Öl fällt sodann zurück
in den Ölsumpf 17. Wenn Kolben 46 während des Motorbetriebes im
Zylinder 36 hin und her geht, so fluktuiert der Druck innerhalb
des Kurbelwellengehäuses 47 zwischen einem Vakuum und einem
Druck. Öl wandert über die Ventilanheber 58 und 60 hinaus in
das Federgehäuse 70, um eine Schmierung der Ventile 62 und 64
zu besorgen, so wie durch die Pfeile veranschaulicht. Öl
sammelt sich sodann im Boden des Ventilfedergehäuses 70 und
fällt durch die Ablaßöffnung 72 herab.
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Die Druck-Vakuum-Fluktuation kann das Ventilgehäuse 70 auf
zweierlei Arten beeinflussen: Die erste Art erfolgt durch den
Spalt zwischen den Anheberstößeln 58 und 60 und den
Anheberführungen 61 und 63. Die zweite Art geschieht durch die
Ölablaßöffnung 72. Der Spalt zwischen den Anheberstößeln 58 und
60 und den Anheberführungen 61 und 63 ist sehr eng und mit
einem Ölfilm bedeckt, der im wesentlichen gegen Druck-Vakuum-
Fluktuationen abdichtet. Klappenteil 24f beeinflußt die
Druckfluktuationen über die Ölablaßöffnung 72.
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Ventilgehäuse 70 wird sowohl durch die Druckfluktuationen
beeinflußt, die durch den Kolben 46 hervorgerufen werden, als
auch durch die Druck-Vakuum-Fluktuationen der Einlaß- und
Auslaßöffnung 64a und 62a über den Spalt zwischen den
Ventilstößeln der Ventile 62 und 64 und der Ventilführungen 67 und
69. Der verbleibende Effekt innerhalb des Ventilgehäuses 70 ist
ein Druck-Vakuum-Ungleichgewicht zwischen dem Ventilgehäuse 70
und dem Kurbelwellengehäuse 49.
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Befindet sich Kurbelwellengehäuse 49 im Zustand des
Unterdruckes, so steht Ventilgehäuse 70 unter einem höheren
Druck, so daß Klappenteil 24f geöffnet wird. Gleichzeitig mit
dem Ermöglichen des Austretens an Öl durch die Ablaßöffnung 72
wird Öl durch eine Unterdruckwirkung herausgesaugt, veranlaßt
durch die Druckdifferenz.
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Gelangt das Kurbelwellengehäuse 49 in ein Druckstadium, so
weist Ventilgehäuse 70 einen geringeren Druck auf, und
Klappenteil 24f schließt. Dies sperrt die Ablaßöffnung 72 gegen
irgendwelches Öl im Bereich des Klappenteiles 24f ab.
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Durch mechanische Turbulenzen innerhalb des Ölsumpfes 17
hochgeschleudertes Öl wird daran gehindert, in die
Ventilfedergehäuse-Ablaßöffnung 72 einzutreten, und zwar durch den
Klappenteil 24f der Dichtung 24. Wird Öl hochgeschleudert und
gelangt mit Klappenteil 24f in Kontakt, so verhindert
Klappenteil 24f unmittelbar, daß Öl in die Ablaßöffnung 72
hineingeschleudert wird, und der Druck des auf Klappenteil 24f
auftreffenden Öles verbiegt Klappenteil 24f in Richtung der
Ablaßöffnung 72 und dichtet noch sicherer an der Innenwand 71
ab und verhindert weiterhin das Aufwärtsströmen von Öl durch
die Ablaßöffnung 72.