Drehschieberdichtung

Abstract

 Dichtungsanordnung zwischen den relativ zueinander drehbaren Teilen eines Drehschieberventils, mit einem Dichtungsring (3), der in einer eine Öffnung (21) eines Drehschieberventilteils (2) umgebenden Aufnahmenut (22) sitzt und mit seiner Stirnfläche dichtend mit der Mantelfläche (11) des anderen Drehschieberventilteils (1) zusammenwirkt, wobei der schwach vorgespannte (4) Dichtungsring (3) an der radial äußeren Nutwand der Aufnahmenut (22) anliegt und von der radial inneren Nutwand der Aufnahmenut sowie vom Nutboden durch einen mindestens im wesentlichen freien Zwischenraum beabstandet ist, in den über den Spalt zwischen den beiden Drehschieberventilteilen (1, 2) Strömungsmittel aus der Öffnung (21) des einen Drehschieberventilteils (2) eindringen und auf die radial innere Wandfläche sowie die dem Nutboden zugewandte Stirnfläche des Dichtungsrings einwirken kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dichtung zwischen den relativ zueinander drehbaren Teilen eines Drehschieberventils. Die Abdichtung zwischen den beiden relativ zueinander drehbaren Teilen eines Drehschieberventils hat die Funktion, sowohl in der Schließstellung als auch in der Öffnungsstellung des Drehschieberventils sowie in jeder Zwischenstellung zu verhindern, dass Strömungsmittel über den Spalt zwischen den beiden relativ zueinander drehbaren Teilen auslecken kann. Ebenso bedeutsam kann allerdings auch die Funktion sein, das Eindringen von Fremdstoffen wie beispielsweise Schmieröl über den Spalt zwischen den relativ zueinander drehbaren Teilen des Drehschieberventils in die vom Drehschieberventil beeinflussten Strömungsmittelkanäle zu verhindern.

[0002] Die vorliegende Erfindung hat insbesondere, wenngleich nicht ausschließlich, die Anwendung von Drehschieberventilen als Einlaß- und Auslassventile bei Kolbenverbrennungsmotoren im Blick, was an sich schon lange Zeit bekannt ist (z.B. CH-PS 222 337 aus dem Jahre 1943).

[0003] Im Zusammenhang mit dem Einsatz von Drehschieberventilen zur Ladungssteuerung von Kolbenverbrennungsmotoren ist es beispielsweise aus der EP 0 099 837 A2 bekannt, die Abdichtung zwischen dem walzenförmigen Drehschieberkörper und dem in aufnehmenden Gehäuse im Bereich der mit dem Zylinder verbundenen Gehäuseöffnung durch einen Dichtungsring herzustellen, der in einer Ringnut sitzt, welche die als Einlassbohrung oder Auslassbohrung zum Zylinder dienende Gehäuseöffnung konzentrisch umgibt und am Nutboden über Druckfedern abgestützt ist. Der Dichtungsring hat dabei eine Zylinderringform mit unterer, vom Drehschieberkörper abgewandter Stirnfläche und der zylindrischen Walzenkontur des Drehschieberkörpers entsprechend gewölbter oberer, dem Drehschieberkörper zugewandter Stirnfläche, und er wird durch eine Mehrzahl von zwischen Nutboden und Dichtungsring sitzenden jeweils in Sackbohrungen des Dichtungsrings greifenden Schraubendruckfedern in Anlage am Drehschieberkörper vorgespannt gehalten, der unter anderem aus einem keramischen Material bestehen kann.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Dichtungsanordnung zwischen einem Drehschiebergehäuse und einem relativ dazu drehbaren Drehschieberkörper im Bereich einer Öffnung des Gehäuses oder des Drehschieberkörpers zu schaffen. Bei einer Anwendung des Drehschieberventils als Einlaß- oder Auslassventil eines Verbrennungsmotors wird im allgemeinen die Dichtungsanordnung der Gehäuseöffnung zuzuordnen sein, wenn diese die Einlassöffnung oder Auslassöffnung des Zylinders bildet. Es sind aber auch Anwendungsfälle vorstellbar, an denen der Drehschieberkörper feststeht und die Dichtungsanordnung der Drehschieberkörperöffnung zuzuordnen ist und das Drehschiebergehäuse sich relativ zum Drehschieberkörper dreht.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Dichtungsanordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0006] Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung verwendet den Strömungsmitteldruck im Strömungskanal bzw. in der von der Dichtungsanordnung umgebenen Öffnung zur Erzeugung bzw. Unterstützung des Anlagedrucks des Dichtungsrings an der Gegenfläche. Der jeweils erzeugte Anlagedruck ist damit abhängig von dem Strömungsmitteldruck. Damit ist der Dichtungsanpressdruck jeweils nur gerade so groß, wie er unter den gegebenen Druckbedingungen für eine zuverlässige Abdichtung notwendig ist. Bei dem oben erwähnten Stand der Technik muß der gewählte Anpressdruck dagegen so groß sein, dass er im ungünstigsten Fall für eine saubere Abdichtung ausreicht.

[0007] Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung hat damit mehrere Vorteile. Zum einen entfällt die Notwendigkeit von ausreichend starken Federn, um einen die saubere Abdichtung gewährleistenden Anpressdruck des Dichtungsrings an die Gegenfläche zu erzeugen, sondern bei der Erfindung bedarf es nur einer relativ kleinen Grundvorspannung des Dichtungsrings, um diesen überhaupt aus der ihn aufnehmenden Nut heraus in Anlage an die Gegenfläche zu heben. Damit ist in der Nut deutlich weniger konstruktiver Platzbedarf erforderlich, was auch die notwendige Ausdehnung der Nut verringert. Des weiteren ist bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung die Störungsgefahr in Gestalt der Gefahr von Federbrüchen durch Überlastung oder Übermüdung sowie auch die Gefahr einer durch Ermüdung oder Ausleiern der Federn mit dadurch veränderten Andrückeigenschaften eliminiert. Die Beanspruchung der Dichtungsringstirnfläche und/oder der Dichtungsgegenfläche wird im zeitlichen Mittel verringert und dadurch wird auch der mögliche Verschleiß reduziert.

[0008] Zur Erzeugung der Grundvorspannung des Dichtungsrings kann bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung zweckmäßigerweise zwischen Nutgrund und Dichtungsring eine Blattfeder angeordnet sein, die nur eine geringere Grundvorspannung erzeugt, damit der Dichtungsring nicht in die Dichtungsnut "fällt", die schon wegen der Berücksichtigung der notwendigen Toleranzen den Dichtungsring ein gewisses Bewegungsspiel gestatten muß. Diese Blattfeder muß daher nur eine geringe Kraft aufbringen sowie einen geringen Federweg und kann daher kleiner ausgebildet sein und ist weitaus weniger bruchgefährdet oder betriebsbedingten Veränderungen der Federcharakteristik unterworfen, als dies bei der oben erwähnten herkömmlichen Dichtungsanordnung der Fall ist.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1

eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Drehschieberkörpers und einer Halbschale als Gehäusebauteil und der Dichtungsanordnung,

Fig. 2

die Einzelheit II des in Fig. 1 gezeigten Dichtungsrings,

Fig. 3

eine vergrößerte Schnittdarstellung als Funktionsbild der Dichtungsanordnung, und

Fig. 4

eine Darstellung ähnlich Fig. 3 mit weiteren Modifikationen des Dichtungsrings.

[0010] Fig. 1 zeigt in auseinandergezogener Darstellung einen etwa walzenförmigen Ventilschieberkörper 1 mit einer Mantelfläche 11 und einem Ventilkanal 12 mit einer ersten Mündungsöffnung 13 und einer diametral gegenüberliegenden, aber axial versetzten zweiten Mündungsöffnung 14, weiter ein Gehäusebauteil in Gestalt einer Halbschale 2 mit einer Öffnung 21, die mit der erwähnten ersten Mündungsöffnung 13 des Ventilkanals 12 des Drehschieberkörpers 1 zusammenwirkt, und einer die Öffnung 21 umgebenden Aufnahmenut 22 für einen Dichtungsring, weiter einen Dichtungsring 3, der in die Aufnahmenut 22 der Halbschale 2 einzusetzen ist, und eine ringförmig geformte Blattfeder 4, die zwischen dem Nutgrund und dem Dichtungsring 3 in die Aufnahmenut 22 der Halbschale 2 einzulegen ist.

[0011] Wie man sieht, ist die Öffnung 21 der Halbschale ebenso wie die Mündungsöffnung 13 des Drehschieberkörpers 1 nicht kreisrund, sondern in jeweils zweckentsprechend gewählter Weise oval bzw. länglich. Die Aufnahmenut 22, der Dichtungsring 3 und die Blattfeder 4 haben eine entsprechende Form.

[0012] Der Dichtungsring 3 ist, wie Fig. 2 als Einzelheit II der Darstellung in Fig. 1 zeigt, an einer Stelle des Umfangs geschlitzt, jedoch mit sich gasdicht überlappenden Enden 31, 32 ausgebildet, so dass Veränderungen der Umfangslänge beispielsweise durch Wärmedehnungsbewegungen ohne begleitende Radialbewegung aufgenommen werden können.

[0013] Die Blattfeder 4 kann in Umfangsrichtung leicht gewellt sein und ist so ausgelegt, dass sie nur eine schwache Vorspannkraft auf den Dichtungsring 3 ausübt, um diesen aus dem Nutgrundbereich heraus in Anlage an die Mantelfläche 11 des Drehschieberkörpers 1 zu heben.

[0014] Das Gehäuse, in dem der Drehschieberkörper 1 drehbar sitzt, ist nicht im einzelnen dargestellt. Es ist zweckmäßigerweise axial geteilt und in dem die Mantelfläche des Drehschieberkörpers 1 umgebenden Bereich mit Halbschalen ausgebildet, von denen eine als Halbschale 2 dargestellt ist. Beim Einsatz des Drehschieberventils als Einlaß- bzw. Auslassventil eines Kolbenmotors bildet das Gehäuse einen Teil des Zylinderkopfs, und die Öffnung 21 der Halbschale 2 zusammen mit einer entsprechenden Öffnung des angrenzenden Gehäuseteils steht mit dem Zylinder in Verbindung.

[0015] Fig. 3 zeigt einen vergrößerten schematischen Schnitt durch die Anordnung von Drehschieberkörper 1 und einem Teil eines Zylinderkopfs bildenden Gehäuse 20, wobei hier aus Vereinfachungsgründen die Halbschale 2 nicht eigens dargestellt ist, sowie dem in der Aufnahmenut 22 sitzenden Dichtungsring 3. Die Blattfeder 4 aus Fig. 1 ist der Einfachheit halber ebenfalls in Fig. 3 nicht dargestellt, da Fig. 3 vor allem die Funktion erläutern soll.

[0016] Fig. 3 zeigt, dass die Aufnahmenut 22 sowohl in ihrer Breite als auch in ihrer Tiefe größer als der Dichtungsring 3 ist, dass weiter der Dichtungsring an der radial äußeren Nutwand anliegt und ein Zwischenraum zwischen der radial inneren Nutwand und dem Dichtungsring besteht, und dass auch ein Zwischenraum zwischen der Unterseite des Dichtungsrings und dem Nutboden der Aufnahmenut 22 besteht. Fig. 3 zeigt weiter, dass der Zylinderraum über die Öffnung 21 und dem Spalt zwischen Gehäuse 20 und Drehschieberkörper 1 Verbindung mit den freien Innenraumteilen der Aufnahmenut radial innerhalb und unterhalb des Dichtungsrings 3 hat. Der Druck des Mediums im Zylinder wirkt also sowohl auf die radial innere Fläche des Dichtungsrings als auch auf die untere Stirnfläche des Dichtungsrings und übt somit sowohl einen radialen Anpressdruck gegen die äußere Nutwand als auch einen auf die untere Stirnfläche des Dichtungsrings wirkenden Anpressdruck gegen die Mantelfäche 11 des Drehschieberkörpers 1 aus. Je stärker der Druck im Zylinder, desto stärker ist daher die Anpresskraft, mit welcher der Dichtungsring 3 an die Mantelfläche 11 des Drehschieberkörpers 1 angedrückt wird.

[0017] Fig. 4 zeigt eine Darstellung ähnlich Fig. 3 mit zusätzlichen vorteilhaften Merkmalen des Dichtungsrings 3.

[0018] Wie man sieht, ist bei der Anordnung nach Fig. 4 die dem Drehschieberkörper 1 zugewandte dichtende Stirnfläche des Dichtungsrings 3 modifiziert. Ein radial innenliegender Abschnitt 33 der dichtenden Stirnfläche ist leicht abgeschrägt, so dass er mit der Mantelfäche 11 des Drehschieberkörpers 1 einen sich verjüngenden Spalt bildet, in dessen erweiterten Bereich der Druck aus dem Brennraum hineingelangen kann und dadurch ein quasi berührungsfreies anliegen des übrigen Teils 34 der dichtenden Stirnfläche erzeugt, in dem ein minimales Gaspolster zwischen diesem Flächenbereich der Mantelfläche des Drehschieberkörpers erzeugt wird. Dieser dichtende Flächenbereich 34 der Dichtungsringstimfläche ist vorzugsweise mit einer speziellen Diamantbeschichtung 35 versehen, die eine harte, verschleißfeste Oberfläche ergibt.

Ansprüche

1. Dichtungsanordnung zwischen den relativ zueinander drehbaren Teilen eines Drehschieberventils, mit einem Dichtungsring (3), der in einer eine Öffnung (21) eines Drehschieberventilteils (2) umgebenden Aufnahmenut (22) sitzt und mit seiner Stirnfläche dichtend mit der Mantelfläche (11) des anderen Drehschieberventilteils (1) zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (3) an der radial äußeren Nutwand der Aufnahmenut (22) anliegt und von der radial inneren Nutwand der Aufnahmenut sowie vom Nutboden durch einen mindestens im wesentlichen freien Zwischenraum beabstandet ist, in den über den Spalt zwischen den beiden Drehschieberventilteilen (1, 2) Strömungsmittel aus der Öffnung (21) des einen Drehschieberventilteils (2) eindringen und auf die radial innere Wandfläche sowie die dem Nutboden zugewandte Stirnfläche des Dichtungsrings einwirken kann, und dass eine schwache Vorspannung des Dichtungsrings (3) gegen die Mantelfläche (11) des anderen Drehschieberventilteils (1) vorgesehen ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dichtungsring (3) und dem Nutboden der Aufnahmenut (22) eine Blattfeder (4) eingelegt ist, die eine schwache Vorspannung des Dichtungsrings (3) in Anlage mit dem genannten anderen Drehschieberventilteil (1) erzeugt.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (3) radial geschlitzt ist und die den Schlitz begrenzenden Ringenden (31, 32) sich gasdicht in Umfangsrichtung überlappen.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere Abschnitt (33) der dem anderen Drehschieberventilteil (1) zugewandten Stirnfläche des Dichtungsrings (3) schwach abgeschrägt ist, so dass sich der Dichtspalt zwischen der Stirnfläche des Dichtungsring (3) und der Mantelfläche (11) des anderen Drehschieberventilteils (1), bezogen auf den Dichtungsring, radial einwärts schwach erweitert.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Mantelfläche (11) des anderen Drehschieberventilteils (1) dichtend zusammenwirkende Stirnfläche des Dichtungsrings (3) mindestens in ihrem tragenden Bereich (34) diamantbeschichtet oder mit einer anderen harten Oberflächenbeschichtung versehen ist.

Zeichnung