DE3720084A1 - Dichtungsanordnung fuer einen drehschieber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1. Eine Dichtungsanordnung mit diesen Merkmalen ist für den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich zur Abdichtung eines der La­ dungswechselsteuerung einer Brennkraftmaschine dienenden Drehschiebers, aus der US-PS 44 04 934, F 01 L 7/10, bekannt. Unter einem Drehschieber im Sinne der Erfindung ist jedoch außer einem Walzendrehschieber auch ein Kugel- oder ein Flachdrehschieber zu verstehen.

Betrachtet man den bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung, so wird das Ab­ dichtproblem dadurch vergrößert, daß der auf dem Schleifring lastende, diesen gegen den Drehschieber drückende Gasdruck in dem jeweiligen Brennraum in Ab­ hängigkeit vom Arbeitstakt sehr großen Schwankungen unterliegt. Damit der Druck im Brennraum eine einwandfreie Anpressung des Schleifrings an den Dreh­ schieber und damit eine gute Abdichtung an dieser Stelle hervorruft, ist beim Stand der Technik die Gleitfläche kleiner als die Summe der dem Brennraum zugekehrten Flächen bzw. ihrer Projektionen, die dem Brennraumdruck in Rich­ tung Drehschieber ausgesetzt sind. Bei hohen Brennraumdrücken wird jedoch die gasdruckerzeugte Anpressung sehr hoch und führt zu einem hohen Gleitflä­ chenverschleiß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Wahrung der Vorteile des Verzichts auf eine Ölschmierung mit einfachen Mitteln so auszubilden, daß trotz einwand­ freier Abdichtung der Verschleiß an den miteinander zusammenwirkenden Gleit­ flächen von Schleifring und Drehschieber vernachlässigbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Er­ findung beschreiben die Unteransprüche.

Bezüglich des Patentanspruchs 2 und der auf ihn rückbezogenen Ansprüche ist darauf hinzuweisen, daß die in ihm geschützte Merkmalskombination sich auch dann anwenden läßt, wenn eine Ölschmierung vorliegt und/oder die Bemessungs­ regel des Patentanspruchs 1 nicht erfüllt ist. Die Maßnahme gemäß Patentan­ spruch 2 ist der Lösung der Aufgabe jedoch insofern förderlich, als bei An­ ordnung des als Gasdichtung dienenden Dichtrings nicht in schleifringseitigen, sondern in gehäuseseitigen Nuten der Schleifring in Höhe des Dichtrings rela­ tiv dünnwandig gehalten sein kann, wodurch von vornherein eine relativ kleine, dem Gasdruck in Richtung Drehschieber ausgesetzte Stirnfläche des Schleifrings erzielbar ist; dies wiederum ermöglicht die Einhaltung der Bemessungsregeln nach Anspruch 1 mit relativ kleinen Querschnittsabmessungen des Schleifrings im Bereich seiner Gleitfläche.

Der Bemessungsregel nach Patentanspruch 1 liegt folgende gasdynamische Überle­ gung zugrunde:

Nimmt man zwischen Schleifring und Drehschieber einen idealisierten Leckspalt minimaler Höhe an, so strömt entsprechend dem an diesem anliegenden Druckge­ fälle Leckgas durch den Spalt. Im einfachen Fall eines Spaltes konstanter Höhe, Länge und Breite strömt bei überkritischem Druckverhältniss Leckgas mit Schallgeschwindigkeit durch den Spalt, in dem sich je nach Art des Gases ein Druck zwischen dem 0,49- bis 0,56-fachen des Gasdrucks im Brennraum oder allgemeiner: im Druckraum einstellt. Für einen vollkommenen Ausgleich der vom Gasdruck ausgeübten Kräfte wäre in diesem Fall die axial statisch wirksame Schleifringdruckfläche als das 0,49- bis 0,56-fache der Gleitfläche des Schleifrings am Drehschieber zu bemessen.

Für gasdynamisch nicht kritische Druckverhältnisse, daß heißt im Bereich gerin­ ger Brennraumdrücke sowie bei negativem Druckgefälle, tritt eine negative Anpreßkraft auf, die durch die Kraft der Feder oder einen unvollkommenen über­ kritischen Druckausgleich überkompensiert werden muß. In jedem Falle folgt aus diesen gasdynamischen Betrachtungen, daß bei Einhaltung der im Patentan­ spruch 1 angegebenen Bemessungsregel sowohl eine einwandfreie Abdichtung er­ zielt als auch (da die Gleitfläche des Schleifrings relativ groß bemessen ist) ein unerwünschter Verschleiß der zusammenwirkenden Dichtflächen von Schleif­ ring und Drehschieber vermieden wird.

Verständlicherweise können außerhalb der mehrfach erwähnten Gleitfläche wei­ tere Gleitflächen vorgesehen sein, die gasdruckentlastet sind und den Ver­ schleiß weiter vermindern.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert, die Querschnitte durch den hier interessierenden Bereich der Zylin­ derköpfe von Brennkraftmaschinen wiedergeben.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man im Zylinderkopf 1, der oberhalb des Zylinderblocks 2 mit dem Brennraum 3 einer Brennkraftmaschine sitzt, den Walzendrehschieber 4 an sich bekannter und daher nicht dargestellter Bauart; seine Längsachse ist mit 5 bezeichnet. In bekannter Weise enthält der Walzen­ drehschieber 4 im wesentlichen quer und/oder längs verlaufende Kanäle, die den Brennraum 3 - sowie weitere Brennräume im Zylinderblock 2 - zeitweise mit einer Frischgaszufuhr oder einem Abgassystem der Brennkraftmaschine ver­ binden.

Die im Rahmen der Erfindung besonders interessierende Dichtungsanordnung ent­ hält als wesentliche Bestandteile den Schleifring 6, der mit seiner Gleit­ fläche 7 bei Drehbewegungen des Drehschiebers 4 auf dessen Umfangsfläche glei­ tet und den Kanal 8 umschließt, die auf den Schleifring 6 eine Kraft in Rich­ tung auf den Drehschieber 4 ausübende, sich an der Gehäuseschulter 9 abstützen­ de Druckfeder 10 und den Gasdichtring 11, der in die Nut 11 a im Zylinderkopf 1 eingesetzt ist. Der Zylinderkopf 1 bildet also zugleich ein Gehäuse sowohl für den Drehschieber 4 als auch die beschriebene Dichtungsanordnung.

Der Schleifring 6 besteht aus einem Material, das eine Schmierung im Bereich der Gleitfläche 7 erübrigt. Durch den auf die brennraumseitige Stirnfläche 12 des Schleifrings 6 wirkenden Gasdruck wird der wesentliche Teil der An­ preßkraft zwischen Schleifring 6 und Drehschieber 4, das heißt der wesentliche Teil der Dichtkraft, erzeugt. Damit einerseits die Dichtkraft im Bereich der Gleitfläche 7 ausreichend groß ist, andererseits aber ein unerwünschter Ab­ rieb an den zusammenwirkenden Flächen von Schleifring 6 und Drehschieber 4 vermieden ist, beträgt die gasdruckbeaufschlagte Stirnfläche 12 des Schleif­ rings 6 das 0,4- bis 0,7-fache der Größe der Gleitfläche 7, ist also etwa halb so groß wie diese. Umgekehrt kann man sagen, daß die Dichtfläche 7 etwa doppelt so groß wie die Stirnfläche 12 gewählt ist. Hinsichtlich der Erfüllung dieser Bemessungsregel auch bei einem relativ dünnwandigen Schleifring 6 macht sich die Unterbringung des Gasdichtrings 11 in einer Nut 11 a günstig bemerkbar, die nicht, wie beim Stand der Technik, im äußeren Umfang des Schleifrings 6, sondern in der diesem gegenüberstehenden Wand des Zylinderkopfes 1 vorgesehen ist.

Dieses Merkmal zeigt in abgewandelter Form auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Der Zylinderkopf ist hier mit 20, der Zylinderblock mit 21, der Brenn­ raum mit 22 und der diesen mit Strömungswegen im Drehschieber 23 verbindende Kanal ist mit 24 bezeichnet. Wiederum erkennt man einen Schleifring 25, dessen gasdruckbeaufschlagte Stirnfläche 26 etwa halb so groß ist wie seine Dichtflä­ che 27, die unter der Wirkung der Feder 28 und des Gasdrucks gegen die Umfangs­ fläche des Drehschiebers 23 gedrückt wird.

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Nut 29 zur Aufnahme des Gasdichtrings 30 durch die Schulter 31 im Zylinderkopf 20 und eine Ausnehmung in dem Zusatz­ ring 32 gebildet, der durch die Feder 28 niedergehalten ist.

Insbesondere im Falle der Konstruktion nach Fig. 1, in der die Nut 11 a also direkt ins Material des Zylinderkopfes 1 eingestochen ist, ist es zur Montage zweckmäßig, einen geschlitzten Dichtring 11 zu verwenden, der zur Montage radial zusammengedrückt werden kann. Im zusammengedrückten Zustand liegen die Stoßenden des Dichtrings axial übereinander, so daß es zweckmäßig ist, der Nut 11 a eine Höhe zu geben, die der doppelten Höhe des Dichtrings ent­ spricht. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen mehrere Windungen auf­ weisenden Dichtring einzusetzen; auch dann wird man die Höhe der Nut der Höhe des Dichtrings während seiner Durchmesserverringerung entsprechend wählen. Um einen festen Sitz des Dichtrings in der Nut zu gewährleisten, kann in diese nachträglich ein weiterer Ring eingesetzt werden, der, da er keine Dichtaufga­ ben löst, einen relativ großen Montageschlitz besitzen kann.

Mit der Erfindung ist also eine Dichtungsanordnung für einen Drehschieber geschaffen, die sich durch gute Dichtwirkung und Verschleißarmut auszeichnet.

Claims (7)

1. Dichtungsanordnung für einen Drehschieber, der schwankenden Drücken in einem ihm benachbarten Druckraum, insbesondere einem Brennraum einer Brenn­ kraftmaschine, ausgesetzt ist, mit einem Schleifring, der unter Verzicht auf eine Ölschmierung mit zumindest einer umlaufenden Gleitfläche unter der Wirkung von Kräften, die von dem auf ihm lastenden Druck im Druckraum und zumindest einer Feder auf ihn ausgeübt werden, auf dem Schieber auf­ liegt, und mit zumindest einem den Schleifring umfangsseitig umschließen­ den, in einer Nut axial festgelegten Dichtring zur Abdichtung eines Spalts zwischen dem Schleifring und einem ihn aufnehmenden Gehäuse, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Summe der dem Schieber (4) abgekehrten, druckbeauf­ schlagten Flächen (12) des Schleifrings (6) bzw. ihrer entsprechenden Pro­ jektionen etwa das 0,4- bis 0,7-fache der Gleitfläche (7) beträgt.

2. Dichtungsanordnung für einen Drehschieber, der schwankenden Drücken in einem ihm benachbarten Druckraum, insbesondere einem Brennraum einer Brenn­ kraftmaschine, ausgesetzt ist, mit einem Schleifring, der mit zumindest einer umlaufenden Gleitfläche unter der Wirkung von Kräften, die von dem auf ihm lastenden Druck im Druckraum auf ihn ausgeübt werden, auf dem Schie­ ber dichtend aufliegt, und mit zumindest einem den Schleifring umfangs­ seitig umschließenden, in einer Nut axial festgelegten Dichtring zur Ab­ dichtung eines Spalts zwischen dem Schleifring und einem ihn aufnehmenden Gehäuse, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (11 a) gehäuseseitig vorgesehen und der Dichtring (11) radial nach in­ nen vorgespannt ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (11 a) unmittelbar im Material des Gehäuses (1) vorgesehen ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichent, daß die Nut (29) durch eine dem Schieber (23) zugekehrte Innenschulter (23) des Ge­ häuses (20) und einen Zusatzring (32) gebildet ist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu­ satzring (32) durch eine zwischen ihm und einer Außenschulter am Schleif­ ring (25) eingespannte, diesen gegen den Schieber (23) drückende Feder (28) niedergehalten ist.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (30) geschlitzt sowie derart ausgelegt ist, daß zur Ver­ ringerung seines Durchmessers seine Enden axial nebeneinander bewegbar sind, und daß die Nuthöhe etwa gleich der Höhe des Dichtrings (30) bei verringertem Durchmesser bemessen ist.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nut (29) zumindest ein weiterer Ring mit weit offenem Montageschlitz axial neben dem Dichtring (30) angeordnet ist.