EP1428990A1 - Drehschieberdichtung - Google Patents
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- F01L2301/00—Using particular materials
- F01L2301/02—Using ceramic materials
Definitions
- the invention relates to a seal between the relatively rotatable parts of a rotary slide valve.
- the seal between the two rotatable relative to each other Part of a rotary slide valve has the function, both in the closed position and also in the open position of the rotary slide valve and in any intermediate position prevent fluid across the gap between the two relative to each other can leak rotatable parts.
- the function can be just as important be the penetration of foreign substances such as lubricating oil through the gap between the parts of the rotary slide valve which can be rotated relative to one another into those of the rotary slide valve to prevent influenced fluid channels.
- the present invention has particular, if not exclusive, application of rotary slide valves as intake and exhaust valves in piston internal combustion engines in view of what has been known for a long time (e.g. CH-PS 222 337 from the Years 1943).
- the sealing ring has a cylindrical ring shape with a lower end face facing away from the rotary valve body and the cylindrical one Roll contour of the rotary valve body corresponding to the curved upper, the rotary valve body facing end face, and it is supported by a plurality of between groove bottom and sealing ring each seated in blind holes of the sealing ring Helical compression springs held in contact with the rotary valve body, the can consist, among other things, of a ceramic material.
- the object of the invention is to provide an improved sealing arrangement between a rotary valve housing and a rotary valve body rotatable relative thereto in the area of a To create opening of the housing or the rotary valve body.
- the sealing arrangement of the housing opening can be assigned if this is the Inlet opening or outlet opening of the cylinder forms. But they are also use cases conceivable, on which the rotary valve body is fixed and the sealing arrangement is assigned to the rotary valve body opening and the rotary valve housing is relative to the rotary valve body.
- the sealing arrangement according to the invention uses the fluid pressure in the Flow channel or in the opening surrounded by the sealing arrangement for generation or support of the contact pressure of the sealing ring on the counter surface.
- the system pressure generated in each case is therefore dependent on the fluid pressure.
- the sealing contact pressure In order to the sealing contact pressure is only as large as it is under the given Pressure conditions for a reliable seal is necessary. With the above State of the art, however, the selected contact pressure must be so large that it in the worst case is sufficient for a clean seal.
- the sealing arrangement according to the invention thus has several advantages. On the one hand, it does not apply the need for sufficiently strong springs to ensure a clean seal to ensure the contact pressure of the sealing ring on the counter surface, but the invention only requires a relatively small basic prestressing of the sealing ring, around this at all from the groove receiving it in contact with the Lift the counter surface. This means that there is significantly less space required in the groove required, which also reduces the necessary expansion of the groove. Furthermore is at the sealing arrangement according to the invention the risk of malfunction in the form of the risk of Broken springs due to overload or fatigue as well as the risk of Fatigue or wear and tear of the springs, which changes the pressure properties, is eliminated. The stress on the sealing ring end face and / or the sealing counter surface is reduced on average and thereby the possible wear reduced.
- Sealing arrangement expediently between the bottom of the groove and the sealing ring can be arranged, which produces only a lower basic bias, so that Sealing ring does not "fall” into the sealing groove, which is already due to the fact that necessary tolerances the sealing ring must allow some play.
- This leaf spring therefore only has to exert a small force and a small spring travel and can therefore be made smaller and is far less likely to break or subjected to operational changes in the spring characteristic than this the conventional sealing arrangement mentioned above is the case.
- Fig. 1 shows an exploded view of an approximately cylindrical valve spool body 1 with a lateral surface 11 and a valve channel 12 with a first opening 13 and a diametrically opposite but axially offset second Mouth opening 14, further a housing component in the form of a half-shell 2 with a Opening 21, which with the mentioned first opening 13 of the valve channel 12 of the Rotary slide body 1 cooperates, and a receiving groove surrounding the opening 21 22 for a sealing ring, further a sealing ring 3, which in the receiving groove 22 of the half-shell 2 is to be used, and an annularly shaped leaf spring 4 which between the groove base and the sealing ring 3 into the receiving groove 22 of the half-shell 2 is to be inserted.
- the opening 21 of the half-shell is just like the mouth opening 13 of the Rotary vane body 1 is not circular, but in each appropriately selected Wise oval or elongated.
- the receiving groove 22, the sealing ring 3 and the leaf spring 4th have an appropriate shape.
- the sealing ring 3 is, as FIG. 2 shows as detail II of the illustration in FIG. 1, on one Slotted at the circumference, but formed with gas-tight overlapping ends 31, 32, so that changes in the circumferential length, for example, by thermal expansion movements can be recorded without accompanying radial movement.
- the leaf spring 4 can be slightly corrugated in the circumferential direction and is designed so that it only exerts a weak pretensioning force on the sealing ring 3 in order to remove it from the groove base area to lift out into contact with the lateral surface 11 of the rotary valve body 1.
- the housing in which the rotary valve body 1 is rotatably seated is not shown in detail. It is expediently divided axially and in which the outer surface of the rotary valve body 1 surrounding area formed with half-shells, one of which as a half-shell 2 is shown.
- the housing forms part of the cylinder head, and the opening 21 of the half-shell 2 together with a corresponding opening of the adjacent housing part communicates with the cylinder.
- FIG. 3 shows an enlarged schematic section through the arrangement of rotary valve body 1 and part of a cylinder head forming housing 20, here for the sake of simplicity, the half-shell 2 is not specifically shown, and that in the Receiving groove 22 seated sealing ring 3.
- the leaf spring 4 from FIG. 1 is for simplicity also not shown in FIG. 3, because FIG. 3 is primarily intended to explain the function.
- FIG. 3 shows that the receiving groove 22 is larger both in its width and in its depth than the sealing ring 3 is that further the sealing ring on the radially outer groove wall abuts and a space between the radially inner groove wall and the sealing ring and that there is also a space between the bottom of the sealing ring and the groove bottom of the receiving groove 22.
- Fig. 3 further shows that the cylinder space Via the opening 21 and the gap between the housing 20 and the rotary valve body 1 connection with the free interior parts of the receiving groove radially inside and below the sealing ring 3 has.
- the pressure of the medium in the cylinder therefore affects both radially inner surface of the sealing ring and on the lower end face of the sealing ring and thus exerts both a radial contact pressure against the outer groove wall also against a contact pressure acting on the lower end face of the sealing ring the surface area 11 of the rotary valve body 1.
- the stronger the pressure in the cylinder the more the contact force with which the sealing ring 3 is pressed against the lateral surface 11 is therefore stronger of the rotary valve body 1 is pressed.
- Fig. 4 shows a representation similar to Fig. 3 with additional advantageous features of Sealing ring 3.
- the one facing the rotary valve body 1 modified end face of the sealing ring 3 modified.
- a radially inner one Section 33 of the sealing face is slightly chamfered so that it is flush with the mantle 11 of the rotary valve body 1 forms a tapering gap, in the widened Area of pressure can get in from the combustion chamber and thereby a quasi Non-contact contact of the remaining part 34 of the sealing face is generated in the a minimal gas cushion between this surface area of the outer surface of the rotary valve body is produced.
- This sealing surface area 34 of the sealing ring end face is preferably provided with a special diamond coating 35, the one hard, wear-resistant surface results.
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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. <IMAGE>
Description
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.
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).
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.
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.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Dichtungsanordnung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung ähnlich Fig. 3 mit zusätzlichen vorteilhaften Merkmalen des
Dichtungsrings 3.
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.
Claims (5)
- 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. - 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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