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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.
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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).
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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 Drehschie berkörper
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.
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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.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch
1 angegebene Dichtungsanordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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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.
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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.
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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.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
mehr im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Drehschieberkörpers und einer
Halbschale als Gehäusebauteil
und der Dichtungsanordnung,
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2 die
Einzelheit II des in 1 gezeigten Dichtungsrings,
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3 eine
vergrößerte Schnittdarstellung als
Funktionsbild der Dichtungsanordnung, und
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4 eine
Darstellung ähnlich 3 mit weiteren Modifikationen
des Dichtungsrings.
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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.
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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.
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Der Dichtungsring 3 ist,
wie 2 als Einzelheit
II der Darstellung in 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.
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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.
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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.
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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 1 ist
der Einfachheit halber ebenfalls in 3 nicht
dargestellt, da 3 vor
allem die Funktion erläutern
soll.
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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. 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.
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4 zeigt
eine Darstellung ähnlich 3 mit zusätzlichen
vorteilhaften Merkmalen des Dichtungsrings 3.
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Wie man sieht, ist bei der Anordnung
nach 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
Dichtungsringstirnfläche
ist vorzugsweise mit einer speziellen Diamantbeschichtung 35 versehen,
die eine harte, verschleißfeste
Oberfläche
ergibt.