DE102010040958B3

DE102010040958B3 - Abdichtung des Rotors von Rotationskolbenmaschinen

Info

Publication number: DE102010040958B3
Application number: DE102010040958A
Authority: DE
Inventors: Eggert Günther; Norbert Günther
Original assignee: EN3 GmbH
Current assignee: EN3 GmbH
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2030-09-18
Also published as: WO2012035091A3; EP2616683A2; CN103228869A; US20130183186A1; JP2013540938A; WO2012035091A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung des Kolbens von Rotationskolbenmaschinen, die aus zwei oder mehr nebeneinander angeordneten Rotorsegmenten bestehen und die die Teilfuge(n) zwischen der Kolbensegmenten gegen das Arbeitsfluid abdichten. Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die statische Dichtheit der ruhenden, nicht im Betrieb befindlichen Maschine so zu erhöhen, wie sie auch bei Maschinen der Hubkolbenmaschinen-Bauart mit neuen, nicht verschlissenen Kolbenringen erreicht wird. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird dadurch erreicht, dass von außen über die Teilfuge zwischen den Kolbenhälften eine folienartige Abdeckung gelegt wird, die die Breite beider Kolbenhälften haben kann und derart mit den Dichtelementen für die radiale Abdichtung des Kolbens verbunden wird, so dass die axiale Beweglichkeit der Kolbenhälften zueinander nicht eingeschränkt wird, jedoch die Teilfuge zwischen ihnen durch wirkende Fluidkräfte dicht rund um den Rotationskolben dicht verschlossen wird.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein System zur Abdichtung des Kolbens von Rotationskolbenmaschinen.
Stand der Technik
Für Rotationskolbenmaschinen sind unterschiedliche Lösungswege zur Herstellung der Dichtheit des Kolbens bekannt.
Bei der bekannten Wankel-Maschine ist ein räumliches System von Dichtleisten derart um den rotierenden Kolben angeordnet, dass eine federnde nachsetzende Abdichtung in axialer und radialer Richtung gegen das umgebende Gehäuse erreicht wird. Mit diesem Dichtsystem ist es möglich, dass die Wankel-Maschine als Kraftmaschine mit der inneren Verbrennung beim Otto-Prozess eingesetzt werden kann.
Die meisten anderen bekannten Rotationskolbenmaschinen haben keine federnd selbstnachstellende Abdichtungen zwischen dem rotierenden Kolben und dem umgebenden Gehäuse. Dies macht sie als Expansionsmaschine in einem Kraftmaschinenprozess ungeeignet, ihr Einsatz als Kompressionsmaschine ist Stand der Technik.
Bekannt geworden sind auch Rotationskolbenmaschinen, die über Kolben verfügen, die quer zur Drehachse geteilt sind, so dass die Kolbenhälften durch Federn derart auseinander gedrückt werden können, dass sie an den Seitenflächen des umgebenden Gehäuses anliegen und somit Flächendichtungen bilden. Die Abdichtung zwischen den beiden Kolbenhälften wird durch weitere Dichtelemente übernommen, die im Bereich der Teilfuge angeordnet sind.
Rotationskolbenmaschinen mit solchen geteilten Kolben können Flügelzellenmaschinen oder Kreiskolbenmaschinen sein.
Auf diese Gruppen der Rotationskolbenmaschinen bezieht insbesondere sich die vorliegende Erfindung. Geteilte Kolben dieser Gruppen haben die Eigenschaft, dass sie mit dem genannten Dichtsystem im Betrieb der Maschinen eine gute dynamische Dichtheit aufweisen, bei nicht im Betrieb befindlichen Maschinen ist die statische Dichtheit jedoch nur gering.
Die Patentanmeldung DE 10 2006 057 003 A1 offenbart ein Dichtsystem von Rotationskolbenmaschinen, bei dem der Rotor aus nebeneinander angeordneten Rotorscheiben besteht, die auf der gemeinsamen Rotorachse sitzen und durch wirkende Feder- und/oder Gaskräfte in den Fugen zwischen den Scheiben so auseinandergedrückt werden, dass die zu den Seitenwänden des Gehäuses zeigenden Stirnseiten der Scheiben dichtend daran anliegen und so den Zugang des Mediums zu den Achsen verhindern. In den Teilfugen zwischen den Scheiben sind Pakete aus beweglichen Formlamellen vorhanden, die sich den veränderlichen Fugenbreiten anpassen und eine innere Umströmung des Rotors verhindern.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die statische Dichtheit der ruhenden, nicht im Betrieb befindlichen Maschine so zu erhöhen, wie sie auch bei Maschinen der Hubkolbenmaschinen-Bauart mit neuen, nicht verschlissenen Kolbenringen erreicht wird.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird dadurch erreicht, dass von außen über die Teilfuge zwischen den Kolbenhälften eine folienartige Abdeckung gelegt wird, die die Breite beider Kolbenhälften haben kann und derart mit den Dichtelementen für die radiale Abdichtung des Kolbens verbunden wird, so dass die axiale Beweglichkeit der Kolbenhälften zueinander nicht eingeschränkt wird, jedoch die Teilfuge zwischen ihnen durch wirkende Fluidkräfte dicht rund um den Rotationskolben dicht verschlossen wird.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die Erfindung wird an nachfolgenden Beispielen beschrieben.
1, 2 Abdichtung eines Flügelzellenrotors,
3 Abdichtung des Rotors einer Kreiskolbenmaschine der Wankel-Bauart,
4 Abdichtung des Kolbens einer Kreiskolbenmaschine mit einem Zweieck-Kolben.
Ausführung der Erfindung
Zu Fig. 1 und Fig. 2:
Die beiden Kolbenhälften 1a und 1b werden durch Druckfedern im Rotorinneren (nicht dargestellt) gegen Seitenwände des Rotorgehäuses gedrückt und dichten diese um die zentrale Welle (nicht dargestellt) ab. Die Flügel 3 werden durch die Druckfedern 4 radial nach außen gedrückt und dichten den Rotor gegen die Gehäuselaufbahn ab. Die Flügel 3 besitzen innere Druckfedern, die sie gleichzeitig axial nach außen gegen die Gehäuse-Seitenwände spreizen. Die Trennfuge zwischen den Kolbenhälften 1a und 1b wird durch Abdichtungselemente 5 abgedeckt.
Nach der erfindungsgemäßen Lösung sind die Abdichtungen derart über die Kolbenhälften 1a und 1b gelegt, dass diese sich in axialer Richtung verschieben können und somit ihre dichtende Anlage gegen die Gehäuseseiten behalten können.
Die Abdichtungselemente 5 reichen beidseitig hinein in die Aufnahme-Nuten 2 in den Kolbenhälften 1a und 1b, die sind an den unteren Enden so abgekantet, dass sie sich überdecken und eine fluid-dichte Auflage für die Druckfedern 4 ergeben.
Die Abdichtungselemente 5 bestehen aus biegsamem Material, das undurchlässig für das Fluid der Maschine und zugleich weitere Eigenschaften wie thermische und chemische Widerstandsfähigkeit gegen das Fluid besitzt.
Die Druckfedern 4, die den radialen Druck der radialen Dichtelemente bewirken, üben zugleich auch den entsprechenden Gegendruck auf die Enden der streifenförmigen Abdichtungselemente 5 aus und verhindern so ihre Herausbewegung aus den Aufnahme-Nuten 2.
Zu Fig. 3 und Fig. 4:
Die erfindungsgemäße Lösung ist identisch mit der beschriebenen Lösung für den Flügelzellen-Rotor. Die Form und die Anzahl der Abdichtungselemente 5, 11 und 16 wird von der jeweiligen Konfiguration des Kolbens der Kreiskolbenmaschine und der Anzahl der Ecken des Kolbens abgeleitet.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
1a, 1b: Rotorhälften
2: Aufnahme-Nuten für die Flügel im Rotor
3: Flügel
4: Druckfedern unter den Flügeln 3
5: Abdichtungselemente über der Trennfuge zwischen Flügeln
6: Trennfuge zwischen den Rotorhälften
7, 7a, 7b: Kolbenhälften
8: Dichtleisten zur radialen Abdichtung des Kolbens
9: Trennfuge zwischen den Kolbenhälften
10: Druckfeder unter den Dichtleisten 8
11: Abdichtungselemente über der Trennfuge zwischen den Kolbenhälften
12, 12a, 12b: Gleitbeschichtung auf den äußeren Kolbenseiten
13, 13a, 13b: Kolbenhälften
14: Trennfuge zwischen den Kolbenhälften
15: Dichtleisten zur radialen Abdichtung des Kolbens
16: Abdichtungselemente über der Trennfuge zwischen den Kolbenhälften

Claims

Abdichtung eines konvexen Rotors einer Rotationskolbenmaschinen, wobei der Rotor quer zur Drehachse geteilt ist, wobei Federn die Kolbenhälften (1a, 1b) derart auseinander drücken, dass die Kolbenhälften (1a, 1b) an den Seitenflächen des umgebenden Gehäuses anliegen und eine Flächendichtung bilden, dadurch gekennzeichnet, dass über die Teilfuge(n) des Rotors von außen biegsame dünne, blechartige streifenförmige Abdichtungselemente (5, 11, 16) aus für den Arbeitsprozess geeignetem Material so über die konvexe Rotorwölbung gelegt werden, dass die Trennfuge(n) (6, 9, 14) zwischen den Kolbenhälften (1a und 1b) gegen das Arbeitsfluid der Maschine verschlossen werden und sich die darunter liegenden Kolbenhälften (1a, 1b) axial frei verschieben können.
Abdichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungselemente (5, 11, 16) etwas geringere Breite haben als die Breite des Kolbens.
Abdichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungselemente (5, 11, 16) an den Aufnahme-Nuten (2) für die radialen Dichtelemente umgebogen sind, sodass sie in diese Nuten bis auf den Nutengrund hineinreichen.
Abdichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungselemente (5, 11, 16) auf dem Nutengrund der Aufnahme-Nuten (2) nochmals so umgebogen sind, dass sie übereinander auf dem Nutengrund aufliegen.
Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass Druckfedern (4, 10), die den radialen Druck der radialen Dichtelemente bewirken, zugleich auch den entsprechenden Gegendruck auf die Enden der streifenförmigen Abdichtungselemente (5, 11, 16) ausüben und so ihre Herausbewegung aus den Aufnahme-Nuten (2) verhindern.