DE4017819A1 - Ringdichtung fuer den kugelkoerper eines im zylinderkopf eines verbrennungsmotors gelagerten kugeldrehschiebers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ringdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Ringdichtung dieser Art ist in der DE-OS 36 04 137 beschrieben und dargestellt. Der an der Kugelfläche des Kugelkörpers anliegende Dichtungsring dieser Ringdichtung ist bei dieser bekannten Ausgestaltung durch zwei koaxial zueinander angeordnete Federringe gegen die Kugelfläche vorgespannt, wobei die einander zugewandten Flächen des Dichtungsrings und der Federringe kegelförmig geformt sind. Durch eine radiale Vorspannung der Federringe werden axiale Beaufschlagungs-Kraftkomponenten auf den Dichtungs­ ring übertragen, wodurch die vorgespannte Anlage des Dichtungsrings an der Kugelfläche des Kugelkörpers ge­ währleistet ist.

Diese bekannte Ausgestaltung ist von aufwendiger Bauweise sowie deshalb teurer Herstellung und auch von schwieriger Funktion, weil schiefe Ebenen dazu benutzt werden, um die Beaufschlagungskraft für den Dichtungsring zu erzeugen. Hierdurch sind Funktionsschwierigkeiten insbesondere dann nicht auszuschließen, wenn der Dichtungsring sich an durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Lageveränderungen des Kugelkörpers anpassen muß.

Außerdem treten bei dieser bekannten Ausgestaltung erheb­ liche Kompressionsverluste auf, weil der Kompressions­ druck durch die Fugen der Federringe zu dringen vermag und deshalb Kompressionsverluste vorgegeben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ringdichtung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß bei Gewährleistung eines freien Bewegungsspiels des Dichtungs­ ringes in der Ringnut Kompressionsverluste an der Ring­ dichtung vermieden oder zumindest verringert sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung, die eine einfache Bauweise und kostengünstige Herstellung ermöglichen, die Abdichtung und Lebensdauer verbessern und auch aus Montagegründen von Vorteil sind, sind in den Unter­ ansprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert.

Es zeigt:

Fig. 1 im axialen Schnitt einen Zylinderkopf eines Ver­ brennungsmotors, der durch einen im Zylinderkopf gelagerten Kugeldrehschieber gesteuert ist, mit einer erfindungsgemäßen Ringdichtung zur Ab­ dichtung des Kugelkörpers des Kugeldrehschiebers gegenüber dem Zylinderkopf;

Fig. 2-10 Ausführungsbeispiele der Ringdichtung, jeweils dargestellt im Teilschnitt.

Von dem mit 1 bezeichneten Zylinderkopf des nicht darge­ stellten Verbrennungsmotors ist lediglich der den Kugel­ drehschieber 2 lagernde Teil dargestellt, der längs der Mittelachse des Kugeldrehschiebers 2 geteilt ist und aus einem Oberteil 1.1 und Unterteil 1.2 besteht.

Der Kugeldrehschieber 2 besteht aus einem Kugelkörper 3 und zwei sich seitlich und rotationssymmetrisch an diesen anschließenden Lagerzapfen 4, 5 die in Lagerbohrungen 6, 7 mittels geeigneten Wälz- oder Gleitlagern gelagert sind. Der Zylinderkopf 1 umgibt den Kugelkörper 3 mit einer ent­ sprechend der Kugelfläche 8 gekrümmten konkaven Kugelfläche 9 oder Kugelflächenabschnitten, die in die Lagerung des Kugel­ körpers einbezogen oder davon freigestellt sein kann. D.h., im ersten Fall liegt der Kugelkörper 3 mit seiner konkaven Kugelfläche 8 an der konkaven Kugelfläche 9 des Zylinder­ kopfes 1 an, während im zweiten Fall ein geringer Spalt zwischen den Kugelflächen 8, 9 vorhanden ist, wodurch die konkave Kugelfläche 9 von der Lagerung des Kugelkörpers 3 freigestellt ist.

Im Kugeldrehschieber 2 erstrecken sich ein Zuführungskanal 11 und ein Abführungskanal 12 für Verbrennungsluft bzw. ein Verbrennungsluftgemisch und die Abgase, wobei die Zuführungs- und Abführungskanäle 11, 12 voneinander getrennt sind, im mittleren Bereich des Kugelkörpers 3 an dessen Kugelfläche 8 münden bzw. beginnen und nach einer Krümmung axial durch die Lagerzapfen 4, 5 verlaufen und in nicht dargestellter Weise mit einer Zuführungsleitung und einer Abführungsleitung für die Verbrennungsluft bzw. die Abgase in Verbindung stehen. Die Öffnungen des Zuführungskanals 11 und des Abführungs­ kanals 12 im Kugelkörper 3 sind mit 13 und 14 bezeichnet. Diese Öffnungen 13, 14 befinden sich in einer mittleren Rotationszone, die sich im Bereich des vom Kugelkörpers 3 begrenzten Verbrennungsraums 15 des Zylinderkopfes befindet. Im Zylinderkopf 1 und/oder auch im Kugeldrehschieber 2 ver­ laufen Kühlmittel- und/oder Schmiermittelkanäle, zur Kühlung und/oder Schmierung von bestimmten Stellen des Zylinder­ kopfes 1 bzw. Kugeldrehschiebers 2, insbesondere von Lager­ stellen. Mit 10 ist ein Schneckenantrieb als Drehantrieb für den Kugeldrehschieber 2 dargestellt, der in Abhängigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors gesteuert ist.

Zur Abdichtung des Verbrennungsraumes 15 ist eine Ring­ dichtung 16 vorgesehen, die durch einen Ringkörper 17 mit einer Dichtungsfläche 18 gebildet ist, der in einer den Verbrennungsraum 15 umgebenden Ringnut 19 angeordnet ist, die zum Kugelkörper 3 hin offen ist. Innenseitig ist somit die Ringnut 19 von einer hohlzylindrischen Wand 21 begrenzt, die sich bis zur konvexen Kugelfläche 8 des Kugelkörpers 3 erstreckt. Die Ringdichtung 16 wirkt mit der Ringzone 22 der Kugelfläche 8 des Kugelkörpers 3 zusammen, die sich zu beiden Seiten der Öffnungen 13, 14 und des Verbrennungs­ raumes 15 befindet. Die dem Verbrennungsraum 15 abgewandte Seite des Ringkörpers 17, d.h., die dem Lager des Kugel­ drehschiebers 2 zugewandte Außenseite des Ringkörpers, auf der sich ein Freiraum, ein Spalt oder auch ein Gleitspiel zwischen dem Kugelkörper 3 und dem Zylinder-Unterteil 1.2 befinden kann, ist mit 20 bezeichnet. Der Ringkörper 17 ist mit radialem Spiel Sr₁, Sr₂ in der Ringnut 19 aufgenommen. Infolgedessen vermag er sich radial und axial in der Ring­ nut 19 geringfügig zu bewegen, um sich an auf Temperatur­ einflüssen beruhenden Längen- bzw. Positionsveränderungen an­ passen zu können. Das im Vergleich mit üblichen Lagerungen vergrößerte radiale Spiel Sr₁, Sr₂ ist notwendig, damit der Dichtungsring sich auch dann an den Kugelkörper 3 an­ zupassen vermag, wenn letzterer oder andere Teile der Dichtungsanordnung sich bei Temperaturveränderungen unter­ schiedlich weit ausdehnen, wodurch gewisse Positionsver­ änderungen der Teile zueinander eintreten.

Bei allen Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 bis 10 besteht der Ringkörper 17 aus wenigstens zwei Teilen, nämlich dem eigent­ lichen Dichtungsring 25 und einem Trägerring 26, der den Dichtungs­ ring 25 mit einer vorzugsweise zylindrischen Innenwand 27 vorzugsweise spielfrei umgibt, wobei der Dichtungsring 25 form- oder kraftschlüssig am Trägerring 26 gehalten ist. Eine solche Halterung kann durch Einpressen, Kleben, beid­ seitiges formschlüssiges Übergreifen oder durch Arretieren mittels Schrauben oder Stiften gebildet sein.

Der Ringkörper 17 ist durch eine Feder gegen den Kugel­ körper 3 gedrückt, so daß er nicht nur radial, sondern auch axial anpassbar ist.

Aufgrund eines Gleitspiels oder vorzugsweise eines kleinen Spaltes S₃ zwischen der Wand 21 und der Kugelfläche 8 des Kugelkörpers 3 kann sich der Verbrennungsdruck mehr oder weniger stark in die Ringnut 19 fortsetzen. Es bedarf somit einer Abdichtung zwischen dem Ringkörper 17 und der allge­ mein mit 28 bezeichneten Wandung der Ringnut 19. Hierzu dient bei jedem Ausführungsbeispiel ein sekundärer Dichtungsring 29, der auf der Innenseite, auf der Außenseite oder auf der dem Kugelkörper 3 abgewandten Seite des Ringkörpers 17 an­ geordnet sein kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist der Dichtungsring 29 einen L-förmigen Querschnitt auf mit einem radialen Schenkel 31 und einem axialen Schenkel 32, der sich zunächst im wesentlichen rechtwinklig zum Schenkel 31 und dann schräg nach außen zu einer zylindrischen Innenfläche 33 am Dichtungs­ ring 25 erstreckt und gegebenenfalls mit einer Dichtungs­ lippe 34 an der Innenfläche 33 anliegt. Die Innenfläche 33 be­ findet sich in einem verhältnismäßig großen radialen Abstand S₄ von der Wand 21, wodurch die schräge Erstreckung des Schenkels 32 möglich ist. Zwischen der Dichtungslippe 34 und der Dichtungsfläche 18 ist eine radiale Stufe am Dichtungsring 25 vorgesehen, deren Stufenfläche 35 dem Kugelkörper 3 abge­ wandt ist. Zwischen der Stufe und der Wand 21 befindet sich ein Spalt S₅. Der Ringkörper 17 wird durch eine Druckfeder, insbesondere eine Wellfeder 36 gegen den Kugelkörper 3 vorgespannt. Bei der Wellfeder 36 handelt es sich vorzugs­ weise um eine doppelte Wellfeder, nämlich zwei Wellfedern 36, die in spiegelsymmetrischer Anordnung aneinander angelegt und im Bereich ihrer einander berührenden Wellenscheitel aneinander befestigt, vorzugsweise verschweißt oder verlötet sind. Die Wellfeder 36 ist zwischen dem dem Nutgrund 37 zugewandten Ende des Ringkörpers 17 und dem radialen Schenkel 31 ange­ ordnet, so daß der Dichtungsring 29 durch die Wellfeder 36 gegen den Nutgrund gespannt wird, wodurch der Dichtungsring 29 in der Ringnut 19 in einfacher Weise positioniert ist.

Im Funktionsbetrieb wirkt der Verbrennungsdruck nicht nur gegen den Schenkel 32 des Dichtungsrings 29, wodurch dieser gegen die Innenfläche 33 gespannt wird, sondern auch gegen die Stufenfläche 35, wodurch der Ringkörper 17 zusätzlich zur Federspannung pneumatisch gegen die Kugelfläche 8 des Kugelkörpers 3 beaufschlagt wird. Diese zusätzliche Spann­ kraft ist mit FZ bezeichnet.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 erstreckt sich der Dichtungsring 25 über die gesamte Länge 1 des Träger­ rings 26. Die Dichtungsfläche 18 beginnt an der vorderen lnnenkante des Dichtungsringes 25 und sie erstreckt sich als kegelige Schrägfläche oder als an die Form der Kugel­ fläche 8 angepaßte konkave Kugelabschnittsfläche divergent um die mit a bezeichnete Dichtungsflächenlänge. An die Dichtungsfläche 18 schließt sich eine Freifläche 18.1, die durch eine gegenüber der Dichtungsfläche 18 nach außen abgeknickte bzw. abgeschrägte Kegelfläche gebildet ist, die mit der Kugelfläche 8 des Kugelkörpers 3 einen spitzen Winkel einschließt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Dichtungsring 25 in seiner axialen Länge kürzer bemessen und etwa quadra­ tisch geformt, wobei er frontseitig an einer im Sinne des Kugelkörper 3 abgeschrägten Ringschulter 38 anliegt, die vom den Dichtungsring 25 frontseitig überragenden Träger­ ring 26 radial einwärts vorspringt und den Dichtungsring 25 übergreift. Der sekundäre Dichtungsring 29 liegt rück­ seitig am Dichtungsring 25 und an der Innenfläche 33 des Trägerrings 26 an, und er erstreckt sich bis zur Rückseite des Trägerrings 25, wobei vom rückseitigen Ende des so gebildeten Trägerkörpers 29.1 des Dichtungsringes 29 schräg nach innen in Richtung auf den Kugelkörper 3 ein Dich­ tungsschenkel 39 oder eine Dichtungslippe vorspringt, die an der zylindrischen Innenwand 28.1 der Ringnut 19 oder an einer zylindrischen Außenfläche 41 eines auf die zylindrische Innenwand 28.1 aufgesetzten Schutzringes 42 anliegt, der vorzugsweise an seiner Innenseite eine Ring­ nut 43 aufweist und somit im Querschnitt U-förmig geformt ist, wodurch eine Wärmebarriere für die im Funktionsbetrieb vom Verbrennungsraum 15 ausgehende Wärme geschaffen und somit die auf den Dichtungsschenkel 39 wirksame Wärme ver­ ringert werden soll. Der Schutzring 42 liegt am Nutgrund 37 an und ist axial so lang bemessen, daß ein Abstand d zwischen seinem frontseitigen Ende und dem rückseitigen Ende des Dichtungsringes 25 besteht, der die vorbeschriebe­ ne Beweglichkeit des Ringkörpers 17 gewährleistet. Bei beiden vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Well­ feder 36 in einer rückseitigen äußeren Aussparung 44 auf­ genommen, wodurch die erforderliche Baulänge verringert wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 liegt der Dichtungs­ ring 25 rückseitig an einer radialen Stegwand 45 des Trägerrings 26 an, die den Dichtungsring 25 rückseitig hintergreift und sich bei Wahrung des hier geringen Ab­ standes S₄ bis zur Innenwand 28.1 der Ringnut 19 er­ streckt. Zwischen dem Nutgrund 37 und der das rückseitige Ende des Trägerrings 26 bildenden Stegwand 45 ist der sekundäre Dichtungsring 29 in Form eines Wellbalgs 46 an­ geordnet, dessen U-förmiger Querschnitt radial einwärts offen ist, wobei sein frontseitiger Schenkel 47 an der Stegwand 45 und sein rückseitiger Schenkel 48 am Nut­ grund 37 anliegt. Der Abstand S₄ besteht auch zwischen dem vorderen Schenkel 47 und der Innenwand 28.1 der Ringnut 19, so daß der Verbrennungsdruck sich in den mit 49 bezeichneten Hohlraum des Wellbalgs fortsetzen kann. Die Schenkel 47, 48 des Wellbalgs 46 stellen nicht nur Dichtungselemente dar, sondern es dehnt sich der Wellbalg 46 im Funktionsbetrieb aufgrund des sich in den Hohlraum 49 fortpflanzenden Druckes axial aus, wodurch der Ringkörper 17 mit einer zusätzlichen Kraft FZ gegen den Kugelkörper 3 beaufschlagt wird. Beim vorliegen­ den Ausführungsbeispiel ist die Innenseite des Dichtungs­ ringes 25 in Richtung auf den Kugelkörper 3 schräg nach außen abgeschrägt, wobei diese Schrägfläche 51 einen zum Verbrennungsraum 15 offenen spitzen Winkel mit der Kugel­ fläche 8 des Kugelkörpers 3 einschließt. Infolgedessen liegt der Dichtungsring 25 mit einer frontseitigen mitt­ leren Ecke an der Kugelfläche 8 an, wobei an dieser Be­ rührungsstelle eine tangentiale oder an die Kugelfläche 8 an­ gepaßte konkave Dichtungsfläche 18 mit der Dichtungs­ flächenlänge a vorgesehen ist. Aufgrund der Wirkung des sich fortpflanzenden Verbrennungsdrucks an der Schräg­ fläche 51 wird der Ringkörper 17 mit einer Gegenkraft FG axial beaufschlagt, die der durch den Druck im Hohlraum 49 erzeugten zusätzlichen Beaufschlagungskraft FZ und der aufgrund einer Vorspannung vorhandenen Federkraft des Wellbalgs 46 entgegengerichtet ist und den Ringkörper 17 parmanent gegen den Kugelkörper 3 vorspannt. Diese entgegengesetzt wirksame Kraft FG ist im vorliegenden Fall erwünscht, weil die radiale Abmessung des Wellbalgs 46 an die radiale Breite Br der Ringnut 19 angepaßt ist und deshalb die Federkraft des Wellbalgs 46 verhältnismäßig groß ist.

Gemäß Fig 4 ist der Dichtungsring 25 frontseitig von Haltenasen oder einem Haltering 52 übergriffen, der an der frontseitigen Innenkante des Trägerringes 26 ange­ ordnet ist, ursprünglich axial vorsteht und nach dem Einsetzen des Dichtungsrings 25 in den Trägerring 26 nach innen gegen den Dichtungsring 25 umgebogen worden ist.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 5 und 6 ist der sekundäre Dichtungsring 29 jeweils durch einen U-förmigen Dichtungsring gebildet, der mit der zylindri­ schen Innenwand 28.1 der Ringnut 19 zusammenwirkt. Gemäß Fig. 5 ist ebenfalls ein winkelförmiger Trägerring 26 vor­ gesehen, der den Dichtungsring 25 außenseitig umgibt und rückseitig mit der Stegwand 45 hintergreift. Gemäß Fig. 5 ist rückseitig vom Trägerring 26 ein Druckring 53 vorge­ sehen, der mittels der sich am Nutgrund abstützenden Well­ feder 36 gegen den Trägerring 26 vorgespannt ist, wobei er einen winkel- oder z-förmigen Querschnitt aufweist und mit einem sich radial erstreckenden Schenkel 54 gegen einen an der Stegwand 45 des Trägerrings 26 rückseitig angeord­ neten Ringansatz 55 drückt. Die aneinanderliegenden Gleit­ flächen des Druckrings 53 und des Ringansatzes 55 sind mit 56 bezeichnet. Vom Druckring 53 springt radial außen ein Ringansatz 57 frontseitig vor, der sich in eine rückseitige äußere Ausnehmung 58 des Trägerrings 26 hinein erstreckt. Zwischen der Innenfläche des Ringansatzes 57 und der Außenfläche des Ringansatzes 55 besteht ein Ringspalt S₆, der dem radial äußeren Bewegungsspiel Sr₂ entsprechen oder geringfügig kleiner bemessen sein kann, so daß die Beweglichkeit des Ringkörpers 17 durch den Ringansatz 57 radial begrenzt ist. Der mit 62 bezeichnete U-förmige Dichtungsring ist zwischen der zylindrischen Innen­ fläche 63 des Druckrings 53 und der zylindrischen Innen­ wand 28.1 der Ringnut 19 angeordnet, wobei die Schenkel 64, 65 des in Richtung auf den Kugelkörper 3 offenen Dichtungsringes 62 an der Innenwand 28.1 und an der Innenfläche 63 anliegen, während der Dichtungsring 62 insgesamt mit seinem rückseitigen Scheitel am Nutgrund 37 anliegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann sich der Verbrennungsdruck aufgrund des Abstandes S₄ zwischen der zylin­ drischen Innenwand 28.1 und dem Dichtungsring 25 sowie dem Träger­ ring 26 bis in den Hohlraum 66 des Dichtungsringes 62 fort­ pflanzen. Vor dem Dichtungsring 62 bildet der Trägerring 26 eine den Druckring 53 radial einwärts überragende, den Kugelkörper 3 abgewandte, hier schräge Schulterfläche 67, an der der im Funktionsbetrieb aufbauende Druck eben­ falls wirkt und die zusätzliche Beaufschlagungskraft FZ erzeugt. Bei dieser Ausgestaltung ist der Ringkörper 17 aufgrund der Zweistöckigkeit mit dem Druckring 53 besonders geeignet, um seine Mittel­ achse zu rotieren.

Gemäß Fig. 6 ist der Dichtungsring 62 nach vorne versetzt angeordnet, so daß er mit der zylindrischen Innenwand 28.1 und dem Dichtungsring 25 zusammenwirkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schulterfläche am Dichtungs­ ring 25 ausgebildet und mit 67.1 bezeichnet. Bei dieser Ausgestaltung ist der Dichtungsring 62 rückseitig durch einen Stützring 68 abgestützt, der am Nutgrund 37 anliegt und vorzugsweise auf die Innenwand 28.1 aufgepreßt oder aufgeschrumpft sein kann. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist kein Druckring 53 vorhanden, sondern die Well­ feder 36 beaufschlagt den Trägerring 26 unmittelbar. Der Dichtungs­ ring 25 liegt mit seiner durch eine Kantenbrechung seiner frontseitigen Innenkante gebildeten Dichtungsfläche 18 an der Kugelfläche 8 des Kugel­ körpers 3 an. Der Dichtungsring 25 ist im Trägerring 26 fixiert. Zur frontseitigen Sicherung des Dichtungsrings 25 kann auch hier ein Halte­ ring 52 gemäß Fig. 5 vorgesehen sein. Der Dichtungsring 62 ist jeweils pneumatisch in Richtung auf den Nutgrund 37 vorgespannt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist der sekundäre Dichtungsring 29 auf der radialen Außenseite des Träger­ rings 26 angeordnet. Dieser weist hier eine Z-förmige Querschnittsform auf, wobei sich vom radial inneren Ende der Stegwand 45 eine hohlzylindrische Ringwand 69 rück­ wärts erstreckt, an deren Außenfläche 71 der sekundäre Dichtungsring 29 anliegt, und die im Abstand Sr₁ von der Innenwand 28.1 der Ringnut 19 sowie in einem Abstand S₆ vom Nutgrund 37 angeordnet ist, so daß der Verbrennungs­ druck sich im Funktionsbetrieb bis zum sekundären Dichtungs­ ring 29 fortpflanzen kann, der hier durch einen elastischen O-Ring 71 gebildet und in einer Ringnut 73 viereckigen Querschnitts der Außenwand 28.2 der Ringnut 19 aufgenommen ist. Bei diesem Ausführungs­ beispiel befindet sich die Wellfeder 36 in einem zwischen der Stegwand 45 des Trägerrings 26 und einer die Ringnut 73 frontseitig begrenzenden Schulterwand 74 angeordneten Ringraum 75, wobei die Wellfeder 36 den Ringkörper 17 entsprechend beaufschlagt. Die zylindrische Ringwand 69 springt gegenüber dem Dichtungsring 25 radial einwärts vor, wodurch eine beim vorliegenden Ausführungsbeispiel schräge, dem Kugelkörper 3 zugewandte Schulterfläche 78 gebildet ist, an der der sich im Funktionsbetrieb aufbauende Druck eine Gegenkraft FG erzeugt, die immer kleiner sein muß, wie eine an der rückseitigen Stirnfläche der Ringwand 69 wirksame zusätzliche Beaufschlagungskraft FZ.

Die Dichtungsfläche 18 am Dichtungsring 25 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel der Ausge­ staltung nach Fig. 2 oder 5 wie vorbeschrieben.Anstelle des O-Ringes kann alternativ ein sog. Radialdichtring eingesetzt werden. Beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 7 ist die Ringnut 19 in einem Ringgehäuse 81 U-förmigen, zum Kugelkörper 3 hin offenen Querschnitts angeordnet, wobei das Ringgehäuse 81 in einer entsprechenden Ringnut 19.1 angeordnet und darin in nicht dargestellter Weise fixiert ist, z.B. durch Ein­ pressen. Bei dieser Ausgestaltung kann die Ringdichtung 16 mit ihren Einzelteilen im Ringgehäuse 81 vormontiert und als vorgefertigte Baueinheit in die Ringnut 19.1 ein­ gesetzt werden. Zur Sicherung der Einzelteile ist in der zylindrischen Außenwand 28.2 und in der Nähe des freien Randes des Ringgehäuses 81 eine Ringnut 82 vorgesehen, in der ein Sicherungs-Federring 83 eingesetzt ist. In dieser Weise könnte auch das Ringgehäuse 81 in der Ringnut 19.1 gesichert werden, wobei eine entsprechende Ringnut mit einem Federring in der Außenwand der Ringnut 19.1 vor deren freiem Rand vorzusehen wäre. Eine solche Aufnahme der Ringdichtung 16 in einem Ringgehäuse ist auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.

Bei einer Anordnung des sekundären Dichtungsrings 29 an der Innenseite des Ringkörpers 17 kann der Dichtungs­ ring 29 in einer Ringnut aufgenommen werden, die in der lnnenfläche des Ringkörpers 17 oder in der zylindrischen Innenwand 28.1 der Ringnut 19 bzw. in der Wand 21 ange­ ordnet ist, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in einer in die zylindrische Innenwand 28.1 eingearbeiteten Ringnut 84 rechteckigen Querschnitts zwei geschlitzte Kolbenringe 85 eingesetzt, die mit der Innenfläche des Ringkörpers 17 dichtend zu­ sammenwirken. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Ringkörper 17 im Querschnitt ebenfalls Z-förmig ausge­ bildet, wobei die Kolbenringe 85 mit der Innenfläche der nach innen versetzten Ringwand 69 zusammenwirken. Die Außenfläche 86 der Ringwand 69 ist von einer hohlzylindri­ schen Führungswand 87 mit einem dem Bewegungsspiel Sr₂ entsprechenden Bewegungsspiel umgeben, wobei zwischen der Ringwand 69 und der zylindrischen Innenwand 28.1 ein Bewegungsspiel Sr₁ vorgesehen ist, um den gewissen Bewegungs­ spielraum für den Ringkörper 17 zu gewährleisten. Die Führungswand 87 erstreckt sich einstückig von einer am Nutgrund 37 anliegenden Scheibe 88. Zwischen der Scheibe 88 und der radialen Stegwand 45 des Ringkörpers 17 ist ein Metallfaltenbalg 89 angeordnet, der aufgrund seiner axialen Federkraft am Ringkörper 17 angreift und diesen in Richtung auf den Kugelkörper 3 vorspannt. Die Ausgestaltung der Dichtungsfläche 18 des Dichtungsrings 25 entspricht der in Fig. 2 dargestellten und beschriebenen Ausgestaltung. Die Scheibe 88 muß am Nutgrund 37 sehr plan sein, was vorzugsweise durch Schleifen oder Läppen geschaffen wird. Zur zylindrischen lnnenwand 28.1 hin wird die Scheibe vorzugsweise eingepreßt, um zu verhindern, daß der Verbrennungsdruck zwischen Scheibe 88 und Nutgrund 37 gelangen kann.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist als sekundäre Dichtung zwischen dem Ringkörper 17 und der Wandung der ihn aufnehmenden Ringnut 19 eine Labyrintdichtung 92 vor­ gesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Ring­ körper 17 auf seiner dem Kugelkörper 3 abgewandten Seite drei konzentrisch angeordnete sägezahnförmige Dichtungs­ ringstege 93, 94, 95 auf, die mit ihren zylindrischen Innenflächen mit Gleitspiel jeweils an zylindrischen Innenflächen von sägezahnförmigen, konzentrischen Dich­ tungsringausnehmungen 97, 98, 99 anliegen, wobei die Dichtungsringausnehmungen 97, 98, 99 an einem stationären Gegenringkörper 101 ausgebildet sind, der am Nutgrund 37 angeordnet ist und durch einen zusätzlichen Dichtungs­ ring 102 gegenüber der zylindrischen Innenwand der Ringnut 19 abgedichtet ist, wobei der Dichtungsring 102 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen elastischen O-Ring gebildet ist und in einer Ringnut 103 rechteckigen Querschnitts in der lnnenfläche des Ringkörpers 101 angeordnet ist. Die Wellfeder 36 ist hier zwischen dem Ringkörper 17 und dem Gegen­ ringkörper 101 eingespannt, wobei sie sich in einer äußeren Ausnehmung 104 auf der dem Gegenringkörper 101 zugewandten Seite des Ringkörpers 17 befindet. Der Ringkörper 17 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Dichtungsring 25, dem Trägerring 26 und einem Haltering 105 dreiteilig ausgebildet, wobei der im Querschnitt winkelförmige Haltering 105 in einer front­ seitigen Umfangsausnehmung 106 des Trägerrings 26 von vorn aufgeschoben ist, so daß eine radial einwärts ge­ richtete Ringschulter 107 des Halterings 105 den Dichtungsring 25 frontseitig übergreift. Der Trägerring 26 und der Haltering 105 sind unlösbar miteinander ver­ bunden, vorzugsweise durch Schweißen wie eine Elektro­ nenstahl-Schweißung an der mit 108 bezeichneten Ring­ fuge.

Die Innenseite des Ringkörpers 17 ist am meisten der Wärme des Verbrennungsraumes 15 augesetzt. Um den aus Kunststoff oder Gummi bestehenden O-Ring 102 vor Über­ wärmung zu schützen, ist es wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 vorteilhaft, einen hohen Schutzring 42 zwischen der Innenwand 28.1 der Ringnut 19 und dem O-Ring 102 zu fixieren, vorzugsweise aufzuschrumpfen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 bezieht sich auf eine besondere Formgebung der Öffnung 13 und/oder 14 des Zuführungs- und/oder Abführungskanals 11, 12 im Kugel­ drehschieber 2. Wesentlich ist der zur mittleren Querebene QE unsymmetrisch oder schräg verlaufende Öffnungsrand 109, der durch eine entsprechend unsymmetrisch bzw. schräge Anordnung der betreffenden Wandung 110 des Zuführungs- oder Abführungskanals 11, 12 gebildet ist. Es ist auch möglich, den Verlauf des gegenüberliegenden Öffnungsrandes 111 oder beide Öffnungsränder 109, 111 entsprechend un­ symmetrisch oder schräg zur Querebene QE anzuordnen. Vor­ zugsweise ist der in der Drehrichtung des Kugeldrehschiebers 2 hintere Öffnungsrand 109 entsprechend ausgebildet. Auf­ grund des schrägen Verlaufs des Öffnungsrandes wird der Dichtungsring 25 im Funktionsbetrieb des Kugeldrehschiebers 2 während des Vorbeilaufs am Öffnungsrand aufgrund von Haftreibung einseitig beaufschlagt, wodurch er in Rotation versetzt wird. Außerdem wird durch den schrägen Verlauf des Öffnungsrandes ein verhältnismäßig weicher Übergang zwischen dem geschlossenen und dem geöffneten Zustand des Verbrennungsraums 15 erreicht, was aus strömungstech­ nischen Gründen von Vorteil ist. Eine Rotation des Dichtungs­ ringes 25 bzw. der Ringdichtung 16 führt zu einem gleich­ mäßigen Verschleiß an den vorhandenen Verschleißzonen, wodurch die Dichtungsfähigkeit des Kugeldrehschiebers verbessert und die Lebensdauer verlängert wird.

Claims (37)

1. Ringdichtung (16) für den Kugelkörper (3) eines im Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors drehbar gelagerten und dessen Gasladungswechselvorgänge steuern­ den Kugeldrehschiebers (2), mit einem Ringkörper (17), der ein Dichtungselement (18) für das Zusammenwirken mit dem Kugelkörper (3) aufweist, der mit Bewegungs­ spiel in einer zum Kugelkörper (3) hin offenen Ring­ nut (19) aufgenommen ist, die in der den Verbrennungs­ raum (15) umgebenden Wand (21) des Zylinderkopfes (1) ausgebildet ist, und der durch die Kraft einer Feder (36) gegen den Kugelkörper (3) vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (17) in der Ringnut (19) durch einen zwischen dem Ringkörper (17) und der Wandung der Ringnut (19) wirksame flexible Dichtung (29) abgedichtet ist.

2. Ringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (29) an der Innenseite, an der Außenseite und/oder an der dem Kugelkörper (3) abgewandten Seite des Ringkörpers (17) angeordnet ist.

3. Ringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (29) eine Labyrinthdichtung ist (Fig. 9).

4. Ringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (29) ein zwischen den Wandungen des Ringkörpers (17) und der Ringnut (19) wirksamer Dichtungsring ist.

5 Ringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring ein O-Ring (71), Kolbenring (85) oder Lippenring ist, der in einer im Ringkörper (17) oder in der Wandung der Ringnut (19) für den Ringkörper (17) vorgesehenen Ringnut (73) sitzt.

6. Ringdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kolbenringe (85) nebeneinander in einer Ringnut (73) angeordnet sind.

7. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (17) durch eine sich gegebenenfalls am Nutgrund (17) der Ringnut (19) abstützende, axial wirksame Druckfeder, insbeson­ dere Wellfeder (36) gegen den Kugelkörper (3) vorge­ spannt ist.

8. Ringdichtung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring ein L-Ring ist, dessen radialer Schenkel (31) am Nutgrund (17) der Ringnut (19) anliegt und dessen im wesentlichen axialer Schenkel (32) sich gegen die Innenfläche (33) des Ringkörpers (17) erstreckt (Fig. 2).

9. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiskörper (29.1) des Dichtungsringes an der Innenseite des Ringkörpers (17) anliegt und eine Dichtlippe (39) sich gegen die Innenwand (28.1) der Ringnut (19) erstreckt (Fig. 3).

10. Ringdichtung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring ein U-Ring (46, 62) ist, dessen Hohlraum zum wenigstens einen Teil des Verbrennungsdrucks weiterleitenden Fuge (S₃, S₄, S₅, Sr₁) hin offen ist (Fig. 4, 5, 6).

11. Ringdichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der U-Ring (46) auf der dem Ringkörper (3) abgewandten Seite des Ringkörpers (17) angeordnet ist (Fig. 4).

12. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (17) einen dem Kugelkörper (3) abgewandten, hohlzylindrischen Ringkörperteil (69) aufweist, dessen Außendurchmesser gegenüber dem anderen Ringkörperteil (45) verjüngt ist (Fig. 7 und 8).

13. Ringdichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand (28.2) der Ringnut (19) der Stufe des verjüngten Ringkörper­ teils (69) wenigstens teilweise folgt (Fig. 7).

14. Ringdichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (71) in einer in der äußeren Wand (28.2) der Ringnut (19) vorgesehenen Ringnut (73) sitzt und die Druckfeder (36) zwischen dem anderen Ringkörperteil (45) und der die Ringnut (73) für den Dichtungsring (71) be­ grenzenden Wand (74) angeordnet ist (Fig. 7).

15. Ringdichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (36) in dem dem verjüngten Ringkörperteil (69) umgebenden Hohlraum angeordnet und vorzugsweise durch einen Falten­ balg, insbesondere durch einen Metallfaltenbalg (89) gebildet ist (Fig. 8).

16. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Ringkörper­ teil (69) bei Wahrung eines radialen Bewegungsspiels von einer hohlzylindrischen Führungswand (87) umgeben ist, die von einem flanschförmigen Wandteil (88) aus­ geht, das gegebenenfalls am Nutgrund (37) anliegt (Fig. 8).

17. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kugelkörper (3) abgewandten Seite des Ringkörpers (17) ein ge­ gebenenfalls den flanschförmigen Wandteil (88) bilden­ der Druckring (53) angeordnet ist, der mit einer Gleit­ fläche (56) am Ringkörper (17) anliegt und durch die Druckfeder (36) gegen den Ringkörper (17) vorgespannt ist (Fig. 5).

18. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Labyrinthdichtung zwischen einem auf der dem Kugelkörper (3) abgewandten Seite des Ringkörpers (27) angeordneten Ringteil (101) und dem Ringkörper (17) vorgesehen ist.

19. Ringdichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Labyrinthdichtung mehrere miteinander zusammenwirkende, konzentrisch angeordnete zylindrische Dichtungsflächen aufweist.

20. Ringdichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringkörper (17) und dem Ringteil (101) eine axialwirksame Druck­ feder (36) eingespannt ist.

21. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (53) oder das Ringteil (101) gegenüber der Wandung (28) der Ringnut (19) durch einen Dichtungsring (62) ab­ gedichtet ist (Fig. 5 und 9).

22. Ringdichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring vorzugs­ weise zwischen der Innenfläche des Druckrings (53) oder Ringteils (101) und der Innenwand (28.1) der Ringnut (19) angeordnet und insbesondere ein U-Ring oder O-Ring ist (Fig. 5 und 9).

23. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring aus Gummi, Kunststoff oder Metall besteht.

24. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung des Dich­ tungsringes an der Innenseite des Ringkörpers (17) , Druckringes (53) oder Ringteiles (101) ein vorzugs­ weise hohler Schutzring (42) zwischen dem Dichtungsring und der Innenwand (28.1) der Ringnut (19) angeordnet ist.

25. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, insbesondere nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rand (109) der quer zur Querebene (QE) des Kugelkörpers (3) ver­ laufenden Ränder (110) der Öffnungen (13, 14) im Kugel­ körper (3) unsymmetrisch oder schräg zur Querebene (QE) verläuft.

26. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (17) aus einem Dichtungsring (25) und einem Trägerring (26) besteht, wobei der Dichtungsring (25) an der zylin­ drischen Innenfläche (61) des Trägerrings (52) ge­ lagert ist und der Trägerring (26) vorzugsweise den Dichtungsring (25) frontseitig mit einem insbesondere ringförmigen, radial einwärts vorspringenden Ansatz (55) übergreift.

27. Ringdichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (38, 52) umge­ bogen ist.

28. Ringdichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (25) rückseitig durch eine radiale Wand (45) des Träger­ ringes (26) oder einen Gegenlagerring begrenzt ist, der vorzugsweise ebenfalls an der zylindrischen Innen­ fläche des Trägerrings (26) gelagert ist und mit dem Trägerring (26) starr verbunden, vorzugsweise verlötet oder verschweißt ist.

29. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der die Ringnut (19) innenseitig begrenzenden zylindrischen Wand (21) und der Kugelfläche (8) des Kugelkörpers (3) ein Spalt (S₃) vorgesehen ist.

30. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (25) oder der Ringkörper (17) zwischen dem Dichtungselement (18) und der Dichtung (29) eine Ring-Schulterfläche (35, 67) aufweist, die dem Dichtungselement (18) ab­ gewandt ist.

31. Ringdichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der sich von der Ring- Schulterfläche (35, 67) zum Dichtungselement (18) er­ streckende Innenflächenabschnitt des Ringkörpers (17) zylindrisch und im Innendurchmesser verringert ist.

32. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (25) oder Trägerring (26) aus Kohle oder Keramik besteht.

33. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement durch eine Fase an der Frontseite des Ringkörpers (17) ge­ bildet ist.

34. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (18) an der lnnenkante des Dichtungsringes (25) ange­ ordnet ist oder einen Abstand von der Innenkante auf­ weist.

35. Ringdichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die neben dem Dichtungselement vorhandenen Flächen des Dichtungsringes (25) mit dem Kugelkörper (3) spitze, dem Dichtungselement (18) abgewandte Winkel einschließen.

36. Ringdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ringkörper (17) aufnehmende Ringnut (19) in einem Ringgehäuse (81) an­ geordnet ist, das in eine Ringnut (19.1) des Zylinder­ kopfes (1) einsetzbar ist.

37. Ringdichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Wand (28.2) der Ringnut (19.1) nahe deren Rand eine Sicherungs-Ringnut (82) angeordnet ist, in der ein Sicherungsring (83) einsetzbar ist (Fig. 7).