Die Erfindung bezieht sich auf eine Axial-Dichtungseinrichtung für eine zentralachsige Rotations- oder Umlauf Schwingkolbenmaschine mit im Querschnitt rechteckigem Arbeitsraum. Maschinen dieser Bauart sind an sich bekannt; will man sie aber statt als Pumpe oder Hydraulikmotor als Verbrennungsmotor verwenden, ergeben sich mit der Abdichtung der einzelnen Verbrennungs- oder Arbeitsräume untereinander und nach aussen, also axial, grosse Schwierigkeiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine brauchbare Lösung für die Axialdichtung einer derartigen Maschine zu finden, insbesondere, wenn diese als Verbrennungsmotor betrieben wird.
In Fig. 1 ist zunächst das sich stellende Problem an Hand eines Schemas eines zentralachsigen Umlauf-Schwingkolbenmotors mit im Querschnitt rechteckigen Arbeits-Verbrennungsräumen erläutert. Die zentrale Welle ist in zwei Teile A1-A2 gegliedert. Diese beiden Teile rotieren und schwingen gleichzeitig relativ zueinander. Auf der Wellenhälfte A1 sind mehrere ringsegmentförmige Kolben Si, auf der Wellenhälfte A2 mehrere Kolben S2 befestigt. Beim Betrieb wird daher der Raum V zwischen jeweils zwei Kolben infolge der schwingenden Bewegung abwechslungsweise vergrössert und verkleinert.
Der Deutlichkeit halber sind nur zwei Kolben und ein dazwischen befindlicher Verbrennungsraum V dargestellt.
Kolben S1 ist entlang seiner halben axialen Länge fest mit der Wellenhälfte A1, Kolben S2 mit der Wellenhälfte A2 verbunden. Als abzudichtende, zugleich gleitend geführte Spalten der Arbeitsräume untereinander verbleiben somit die Dichtungslinien a, b, c, die beim Betrieb durch den Druck der verbrennenden Gase beaufschlagt werden. Nach aussen hin verbleiben dann noch die ringförmigen Spalte d entlang den Wellenhälften. Die Abdichtung des Spaltes e zwischen den beiden Wellenhälften Al, A2 bietet keine besonderen Schwierigkeiten. Das Dichtungsproblem bei einem solchen Motor ist also recht vielseitig.
Die Erfindung gibt eine Lösung für das Dichtungsproblem der Spalte d an. Die erfindungsgemässe Axial-Dichtungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die zentrale Welle bei der Durchdringung durch die seitliche Begrenzungswand des Arbeitsraumes mit einem Bund versehen ist, der zwei planparallel zur inneren und äusseren Begrenzungswand verlaufende Seitenflächen hat, so dass der zu dichtende Spalt in der seitlichen Begrenzungswand liegt, und dass dieser Spalt an- der Seite des Arbeitsraumes mit einer zwischen den Kolben und der Begrenzungswand verlaufenden, gegen den Gasdruck dichtenden Scheibe und an der Aussenseite mit einem unter Druck stehenden, gegen Öl ab dichtenden Ring abgedichtet ist.
In Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt:
Fig. 2 zeigt einen Schnitt einer Axialdichtungseinrichtung mit herausgeführter Welle und Fig. 2a einzelne Teile für sich,
Fig. 3 eine Variante einer solchen Einrichtung.
In Fig. 1 ist 1 eine Welle oder Halbwelle, je nach Maschinentyp, 2 ein Teil der Wand des Verbrennungs-Arbeitsraumes V. Welle 1 ist mit einer Abstufung 11 versehen und auf dem dünneren Teil ist ein im Querschnitt L-förmiger Ring 12 aufgeschrumpft. Als Lager dient ein Laufring 3, der zwischen der Gehäusewand 2 und dem Ring 12 liegt (Fig. 2a).
Zwischen dem Ring 12 und der Gehäusewand 2 verbleibt ein Spalt d, der abgedichtet werden soll. Durch die beschriebene Anordnung befindet sich dieser Spalt in der seitlichen Begrenzungswand 2 des Arbeitsraumes.
Von der Seite des Arbeitsraumes wird der Spalt von einer dünnen Scheibe 4 gegen den Gasdruck abgedichtet. Von der Gegenseite her wird er von einem Ring 5 gegen das das Lager schmierende Öl abgedichtet. Zur Dichtung dienen zwei mit einem Dehnungsspalt versehene Dichtungsringe 51, die in Ringnuten 31 des Laufringes 3 liegen. Federnde, im Grund der Nut liegende Wellenringe 52 drücken die Dichtungsringe 51 an den Ring 5. Von aussen her wird der Laufring 3 von einem Stützring 6 in axialer Richtung gehalten, der sich in einem Lagerdeckel 7 abstützt. Der Lagerdeckel ist durch einen Dichtungsring 71 gegen die Welle 1 abgedichtet.
Zwecks Schmierung des Lagers wird durch die Bohrung 72 Öl zugeführt. Bei der Montage wird bereits Öl zwischen die Gehäusewand 2 und die innere Dichtungsscheibe 4 gebracht.
Es wird angenommen, dass durch die beschriebene Dichtung doch noch ein wenig Öl zwischen die Gehäusewand 2 und die Dichtungsscheibe 4 eindringt und dass diese Ölmenge für den Betrieb genügt. Die Scheibe 4 ist nicht gegen Mitdrehen gesichert. Die grosse innere Scheibe 4 wird sich infolge des auf sie wirkenden Gasdrucks kaum mitdrehen, die kleineren Ringe 5 und 6 sind sogenannt schwimmend montiert und können mitdrehen oder stillstehen.
Die in Fig. 3 dargestellte Dichtungseinrichtung unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 dadurch, dass hier die Welle 100 mit einem Bund 101 versehen ist, wodurch der zu dichtende Spalt d in die Seitenwand 200 des Gehäuses verlegt ist. Von innen her dichtet eine in die gekühlte Seitenwand 200 eingelassene Scheibe 400 den Spalt gegen den Verbrennungsraum ab. Im Raum 201 befindet sich das Kühlmittel, z. B. Wasser, das durch einen nicht dargestellten Kühler geleitet wird.
Die Welle 100 ist in einem Kugellager 102 gelagert, das mit Öl geschmiert ist. Der Aussenring des Kugellagers ist axial zwischen einem Ring 300 und einem Lagerdeckel 700 fixiert.
Ein schwimmend gelagerter Dichtungsring 500 dichtet den Spalt d gegen das Öl ab, wozu zwischen den beiden Ringen 300 und 500 ein federnder Ring 501 eingefügt ist, der den Ring 500 an die äusseren Begrenzungsflächen des Spaltes d drückt. Die Begrenzungsflächen werden einerseits von der Stirnseite des Bundes 101 und anderseits von den Ausnehmungen in der Gehäusewand gebildet, die natürlich genau fluchtend ausgebildet sein müssen.
PATENTANSPRUCH
Axial-Dichtungseinrichtung für eine zentralachsige Rotations- oder Umlauf-Schwingkolbenmaschine mit im Querschnitt rechteckigem Arbeitsraum, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Welle bei der Durchdringung durch die seitliche Begrenzungswand (2, 200) des Arbeitsraumes (V) mit einem Bund (12, 101) versehen ist, der zwei planparallel zur inneren und äusseren Begrenzungswand verlaufende Seitenflächen hat, so dass der zu dichtende Spalt in der seitlichen Begrenzungswand liegt, und dass dieser Spalt an der Seite des Arbeitsraumes mit einer zwischen den Kolben und der Begrenzungswand verlaufenden, gegen Gasdruck dichtenden Scheibe (4, 400) und an der Aussenseite mit einem unter Druck stehenden, gegen Öl abdichtenden Ring (5, 500) abgedichtet ist.
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The invention relates to an axial sealing device for a central-axis rotary or orbital oscillating piston machine with a working space with a rectangular cross-section. Machines of this type are known per se; But if you want to use them as an internal combustion engine instead of a pump or hydraulic motor, great difficulties arise with the sealing of the individual combustion or work spaces from one another and to the outside, i.e. axially.
The object of the invention is to find a useful solution for the axial seal of such a machine, especially when it is operated as an internal combustion engine.
In Fig. 1, the problem that arises is first explained on the basis of a diagram of a central-axis rotary oscillating piston engine with working combustion chambers of rectangular cross-section. The central shaft is divided into two parts A1-A2. These two parts rotate and vibrate relative to each other at the same time. A plurality of ring segment-shaped pistons Si are fastened on the shaft half A1, and a plurality of pistons S2 are fastened on the shaft half A2. During operation, the space V between two pistons is therefore alternately enlarged and reduced as a result of the oscillating movement.
For the sake of clarity, only two pistons and a combustion chamber V located between them are shown.
Piston S1 is firmly connected to shaft half A1 along half its axial length, piston S2 to shaft half A2. The sealing lines a, b, c, which are acted upon by the pressure of the burning gases during operation, thus remain as gaps between the working spaces that are to be sealed and run in a sliding manner. To the outside, the annular gaps d remain along the shaft halves. The sealing of the gap e between the two shaft halves A1, A2 does not present any particular difficulties. The sealing problem with such an engine is therefore quite diverse.
The invention provides a solution to the sealing problem of column d. The axial sealing device according to the invention is characterized in that the central shaft, when penetrating through the lateral boundary wall of the working space, is provided with a collar which has two side surfaces extending plane-parallel to the inner and outer boundary wall, so that the gap to be sealed is in the lateral Boundary wall lies, and that this gap is sealed on the side of the working space with a disk running between the piston and the boundary wall, sealing against the gas pressure and on the outside with a pressurized ring sealing against oil.
In Fig. 2 and 3, two embodiments of the subject of the invention are shown:
FIG. 2 shows a section of an axial sealing device with an extended shaft and FIG. 2a shows individual parts.
3 shows a variant of such a device.
In Fig. 1, 1 is a shaft or half-shaft, depending on the machine type, 2 is a part of the wall of the combustion work space V. Shaft 1 is provided with a step 11 and a ring 12 with an L-shaped cross-section is shrunk onto the thinner part. A race 3, which lies between the housing wall 2 and the ring 12, serves as a bearing (FIG. 2a).
A gap d remains between the ring 12 and the housing wall 2 and is intended to be sealed. As a result of the arrangement described, this gap is located in the lateral boundary wall 2 of the working space.
On the side of the working space, the gap is sealed against the gas pressure by a thin disk 4. On the opposite side it is sealed by a ring 5 against the oil lubricating the bearing. Two sealing rings 51, which are provided with an expansion gap and are located in annular grooves 31 of the race 3, serve for sealing. Resilient shaft rings 52 located in the bottom of the groove press the sealing rings 51 against the ring 5. From the outside, the race 3 is held in the axial direction by a support ring 6, which is supported in a bearing cover 7. The bearing cover is sealed against the shaft 1 by a sealing ring 71.
Oil is supplied through bore 72 for the purpose of lubricating the bearing. During assembly, oil is already brought between the housing wall 2 and the inner sealing washer 4.
It is assumed that a little oil still penetrates between the housing wall 2 and the sealing washer 4 through the seal described and that this amount of oil is sufficient for operation. The disk 4 is not secured against turning. The large inner disk 4 will hardly rotate as a result of the gas pressure acting on it, the smaller rings 5 and 6 are so-called floating mounted and can rotate with it or stand still.
The sealing device shown in FIG. 3 differs from that according to FIG. 2 in that the shaft 100 is provided with a collar 101, as a result of which the gap d to be sealed is moved into the side wall 200 of the housing. From the inside, a disk 400 embedded in the cooled side wall 200 seals the gap from the combustion chamber. In the room 201 is the coolant, for. B. water that is passed through a cooler, not shown.
The shaft 100 is mounted in a ball bearing 102 which is lubricated with oil. The outer ring of the ball bearing is axially fixed between a ring 300 and a bearing cover 700.
A floating sealing ring 500 seals the gap d against the oil, for which purpose a resilient ring 501 is inserted between the two rings 300 and 500, which presses the ring 500 against the outer boundary surfaces of the gap d. The boundary surfaces are formed on the one hand by the end face of the collar 101 and on the other hand by the recesses in the housing wall, which of course have to be precisely aligned.
PATENT CLAIM
Axial sealing device for a central-axis rotary or rotary oscillating piston machine with a working space of rectangular cross-section, characterized in that the central shaft is provided with a collar (12, 101) when it penetrates through the lateral boundary wall (2, 200) of the working space (V). is provided, which has two side surfaces running plane-parallel to the inner and outer boundary wall, so that the gap to be sealed lies in the side boundary wall, and that this gap on the side of the working space with a disk running between the piston and the boundary wall, sealing against gas pressure (4, 400) and is sealed on the outside with a pressurized, oil-sealing ring (5, 500).
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