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Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor in Mehrscheibenbauart mit Mischungsschmierung. Aus der Praxis sind Rotationskolbenmotoren vorrangig in Trochoidenbauart bekannt. Bei solchen Motoren formen ein mittleres Gehäuse mit einer üblicherweise zweibogig trochoidenförmigen Innenkontur und dieses Gehäuse seitlich abschließende, seitliche Gehäuseteile – auch Seitenteile genannt – einen Arbeitsraum, in dem ein als Rotationskolben ausgebildeter und im Querschnitt die Form eines Dreiecks mit konvexen Seiten aufweisender Läufer – auch Rotor genannt – rotiert. Der Läufer treibt dabei eine exzentrische Welle – auch Exzenterwelle genannt – an, auf der er gleichzeitig gelagert ist. In Mehrscheibenbauart sind mehrere Arbeitsräume nebeneinander angeordnet. Die Läufer der Arbeitsräume treiben dabei eine gemeinsame, ein- oder mehrteilige Exzenterwelle an, und zwischen zwei Arbeitsräumen liegende Seitenteile – dann auch Mittelteile genannt – werden zur beidseitigen Abdichtung genutzt. Rotationskolbenmotoren können mit einer Mischungsschmierung betrieben werden. Dabei werden angesaugte Frischgase, üblicherweise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, vor dem Einlass in den Arbeitsraum zumindest teilweise durch den Läufer geleitet, um den Läufer zu kühlen und die als Wälzlager ausgeführten Motorlager, sowie das Hauptlager zwischen Läufer und Exzenterwelle zu schmieren. Öl zur Schmierung wird dabei dem Kraftstoff beigemischt oder separat zugeführt, gelangt aber in jedem Fall in den Arbeitsraum des Motors und wird verbrannt.
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Bei Motoren mit Mischungsschmierung in Mehrscheibenbauweise kann es zu Gaswechseln zwischen angrenzenden Arbeitsräumen kommen, wenn diese nicht im Bereich des gemeinsamen Mittelteils zu einander abgedichtet sind. Solche Gaswechsel führen zu Leistungseinbußen und höheren Motortemperaturen, da der Luftdurchsatz insgesamt geringer wird. Deshalb ist es erforderlich, in Mittelteilen zwischen Arbeitsräumen eine Abdichtung zu installieren.
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Grundsätzlich wird versucht, die Exzenterwelle eines Rotationskolbenmotors möglichst steif und entsprechend aus wenigen Teilen auszuführen. Es können jedoch (zumindest ohne übertrieben hohen technischen Aufwand und andere Nachteile) aus Montagegründen höchstens zwei Arbeitsräume mit einem Exzenterwellen-Segment verbunden werden. Entsprechend werden in Ein- und Zweischeibenmotoren üblicherweise einteilige Exzenterwellen, in Drei und Vierscheiben Motoren zweiteilige Exzenterwellen (usw.) verbaut. An einer Fügestelle von zwei Exzenterwellen-Segmenten stellt die Abdichtung der Arbeitsräume kein großes Problem dar, da dort eine Lagerung mit Abdichtung im entsprechenden Mittelteil vorgesehen werden kann. Schwieriger ist die Situation im Bereich von Mittelteilen, durch die eine Exzenterwelle oder ein Exzenterwellen-Segment hindurch ragt, da dort keine Lagerung vorgesehen werden kann und auch nicht erwünscht ist. Da die Erfindung eine Abdichtung in diesem Bereich betrifft und es für die Erfindung keinen Unterschied macht, ob es sich um eine Exzenterwelle für einen Zweischeibenmotor oder ein Exzenterwellen-Segment für einen Motor mit mehr als zwei Scheiben handelt, wird im weiteren Verlauf der Beschreibung zur Vereinfachung nicht mehr der Begriff des Exzenterwellen-Segments, sondern nur noch der Begriff der Exzenterwelle verwendet.
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Die Bohrung eines Mittelteils, durch das eine Exzenterwelle hindurch ragt, muss mindestens den Innendurchmesser eines Exzenters der Exzenterwelle haben, damit diese montiert und auch ohne Lagerung im Mittelteil steif genug ausgeführt werden kann. Gerade im Bereich des Mittelteils ergeben sich deshalb große Durchmesser, die bei den üblichen Motordrehzahlen eine große Umfangsgeschwindigkeit im Bereich der erforderlichen Abdichtung zur Folge haben.
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Eine bekannte Ausführung der Abdichtung im Bereich des Mittelteils ist, wie im Patent
DE 2249954 beschrieben, dass zumindest ein Abdeckring auf die Exzenterwelle aufgesetzt ist, der am Mittelteil fixiert und gegen Verdrehen gesichert ist.
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Nachteilig bei dieser Ausführung ist, dass zwischen dem ortsfesten Abdeckring und der einteiligen Exzenterwelle entweder ein Luftspalt bleibt, der weiterhin einen Gaswechsel zulässt, oder dass zwischen dem Abdeckring und der Exzenterwelle bedingt durch die großen Durchmesser und Umfangsgeschwindigkeiten ein hohes Maß an Reibung entsteht, das zu einem schnellen Verschleiß des Abdeckrings führt. Auch das geometrische Verhältnis des Rotationskolbenmotors vom Hub „e” und dem zu umhüllenden Radius „R” kann nicht beliebig gewählt werden, da Bauraum für den Abdeckring geschaffen werden muss und die Seitendichtleisten des Rotors diesen nicht überfahren dürfen, da es sonst zu Kompressionsverlusten und somit zu Leistungsverlusten kommen würde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ausgehend vom Stand der Technik einen Rotationskolbenmotor vorzustellen, bei dem die Abdichtung zwischen zwei Arbeitsräumen dahingehend optimiert ist, dass zwischen Dichtung und Exzenterwelle nur geringste Reibung entsteht und dennoch eine gesicherte Abdichtung gewährleistet ist. Es wird ein Verfahren zur Montage dieser Dichtung vorgestellt, wodurch es ermöglicht wird die Dichtung unabhängig von den geometrischen Verhältnissen des Motors betriebssicher im Mittelteil zu installieren und Kompressionsverluste zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einer Nut im Mittelteil zumindest ein Dichtring eingesetzt wird, durch den die Exzenterwelle geschoben werden kann. Dabei hat der Dichtring in radialer Richtung am äußeren Durchmesser genügend Spielraum und ist nicht fixiert. Am inneren Durchmesser berührt der Dichtring die Exzenterwelle nicht oder nur leicht. In axialer Richtung berührt der Dichtring die Nut ebenfalls nicht oder nur leicht, wobei die Überdeckung zwischen Dichtring und Nut groß genug ist, um eine ausreichende Abdichtung zu gewährleisten. Der Dichtring ist vorzugsweise dauerelastisch und kann in verschiedenen Bauformen und Querschnitten ausgeführt sein, wie diese bei berührungslosen Dichtelementen teilweise Stand der Technik sind.
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Falls der Dichtring zu steif ist, um ihn in eine feste Nut im Mittelteil einzusetzen, kann die Nut durch den Einsatz zumindest einer verdrehsicheren, vorzugsweise ringförmigen, Abdeckung gebildet werden. Die Abdeckung kann mittels einer Schraubverbindung am Mittelteil befestigt sein. Ebenfalls möglich ist eine Abdeckung, die aus einem ähnlichen oder gleichen Material wie das Mittelteil gefertigt ist und zusammen mit dem Dichtring mittels eines Presssitzes oder durch Einschrumpfen eingesetzt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es nach der Erfindung, wenn die Abdeckung eingesetzt wird, bevor die der Abdeckung zugewandte Seite des Mittelteils zur Abdichtung der Seitenleisten des Rotors geplant wird, da Abdeckung und Mittelteil dann nach dem Planen eine Planfläche ergeben. Dann kann auch die Abdeckung von den Seitendichtleisten des Rotors überfahren werden, ohne dass es zu Druckverlusten im Bereich der Seitendichtleisten kommt, sodass die Geometrie des Rotationskolbenmotors unabhängig von der Auslegung der Abdeckung gewählt werden kann.
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Falls Werkstoff oder Oberfläche des Mittelteils und/oder der Abdeckung nicht als Lauffläche für den Dichtring geeignet sind oder eine komplexere Abdichtung gewünscht ist, wird eine ein- oder mehrteilige Buchse vorgeschlagen, die mit oder ohne zumindest eine zuvor beschriebene Abdeckung in das Mittelteil eingesetzt wird.
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Außerdem wird vorgeschlagen, zumindest eine Nut in der Exzenterwelle vorzusehen, sodass ein Gaswechsel unterhalb des Dichtrings erschwert wird. Dabei ist es vorteilhaft, diese Nut breit genug auszuführen, um eine temperaturbedingte Ausdehnung der Exzenterwelle auszugleichen.
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Im Folgenden werden in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
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In allen Figuren werden für gleiche bzw. gleichartige Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen verwendet.
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Es ist verständlich, dass die dargestellten Bauteile und Konturen lediglich beispielhaft sind und eine beliebige Kombination und Ausführung von Abdichtungen möglich ist.
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Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein Mittelteil eines Zweischeiben-Rotationskolbenmotors mit Dichtring.
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2a einen Schnitt durch ein Mittelteil eines Zweischeiben-Rotationskolbenmotors mit Dichtring und Abdeckung.
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2b eine schematische Seitenansicht entsprechend 2a zur Veranschaulichung der Positionen von Rotor und Abdeckung.
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3a einen Ausschnitt eines Mittelteils in Schnittdarstellung mit Dichtring und Abdeckung.
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3b einen Ausschnitt eines Mittelteils in Schnittdarstellung wie in 3a, jedoch mit zusätzlicher zweiteiliger Buchse.
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3c einen Ausschnitt eines Mittelteils in Schnittdarstellung wie in 3a, jedoch mit zusätzlicher Nut in der Exzenterwelle.
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4a–c verschiedene Ausführungsformen von zusätzlichen Buchsen in Schnittdarstellung.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Mehrscheiben-Rotationskolbenmotors. Die Exzenterwelle (1) ragt durch das Mittelteil (2) hindurch. Auf den Exzentern der Exzenterwelle sind Rotoren (3l, 3r) gelagert. Im Mittelteil (2) ist eine Nut (4), in die ein erfindungsgemäßer Dichtring (10) eingesetzt ist. Der Dichtring (10) berührt Exzenterwelle (1) und Mittelteil (2) nur leicht, sodass Gaswechsel zwischen Exzenterwelle (1) und Mittelteil (2) hindurch verhindert werden, ohne dass es anders als bei bekannten Ausführungen zu starker Reibung und entsprechendem Verschleiß kommt.
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2 zeigt einen Ausschnitt eines Mehrscheiben-Rotationskolbenmotors analog 1 mit einer Exzenterwelle (1), einem Mittelteil (2) und auf der Exzenterwelle gelagerten Rotoren (3l, 3r). Auch hier ist in das Mittelteil (2) ein erfindungsgemäßer Dichtring (10) eingesetzt. Die Nut (4), in die der Dichtring (10) eingesetzt ist, wird jedoch aus dem Mittelteil (2) und einer zusätzlichen, in diesem Fall ringförmigen Abdeckung (20) gebildet, die in das Mittelteil (2) eingesetzt ist. Die Rotoren (3l, 3r) sind mit Aussparungen für Dichtelemente versehen, die zur Abdichtung zwischen Rotor und Arbeitsraum dienen. Bei den Aussparungen handelt es sich um Nuten für radiale Dichtleisten (5), Nuten für seitliche Dichtleisten (6), sowie Bohrungen für Eckbolzen (7) an den Verbindungsstellen der Nuten (5, 6). In den Rotoren (3l, 3r) sind die seitlichen Dichtleisten (8) dargestellt. Die Radialdichtleisten und Eckbolzen sind für die Erfindung nicht relevant und deshalb nicht dargestellt. Die Abdeckung (20) bildet mit dem Mittelteil (2) erfindungsgemäß eine plane Fläche, sodass die seitlichen Dichtleisten (8) wie am Rotor 3r dargestellt die Abdeckung (20) überfahren können, ohne dass ihre Dichtfunktion beeinträchtigt wird.
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2b veranschaulicht dies noch einmal schematisch in seitlicher Ansicht auf einen Rotor (3r) und eine darunter liegende, ringförmige Abdeckung (20). Dargestellt ist die Mittelachse (A1) der Exzenterwelle (1) und der ringförmigen Abdeckung (20) und die Mittelachse (A3) des auf der Exzenterwelle gelagerten Rotors (3). Der Abstand zwischen den beiden Achsen ist der Hub „e” der Exzenterwelle (1). Im Rotor sind wie zuvor Aussparungen (5, 6, 7) für die Dichtelemente des Rotors, sowie die seitlichen Dichtleisten (8) dargestellt. Es ist zu sehen, wie eine Seitendichtleiste (8) die Abdeckung (20) überdeckt. Wenn die Abdeckung (20) nicht wie zuvor beschrieben mit dem Mittelteil (2) eine plane Fläche bilden würde, müsste die Geometrie des Motors geändert werden, um eine Undichtigkeit im Bereich der Abdeckung (20) zu verhindern.
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3a zeigt noch einmal in detaillierter Schnittansicht die Konstellation aus 2a mit Exzenterwelle (1) und Mittelteil (2). Die Abdeckung (20) ist so eingesetzt, dass die Breite der Nut für den Dichtring (10) definiert ist, damit die Abdeckung (20) den Dichtring nicht oder nur leicht berührt. Außerdem bildet die Abdeckung (20) an Ihrer Außenseite mit dem Mittelteil (2) eine plane Fläche.
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3b zeigt wie 3a in detaillierter Schnittansicht eine Exzenterwelle (1) mit Mittelteil (2). Der Dichtring (10) hat jedoch nicht wie in 3a direkten Kontakt zum Mittelteil (2) und der Abdeckung (20). Stattdessen ist in das Mittelteil (2) eine zweiteilige Buchse (30l, 30r) eingesetzt, deren Form, Werkstoff und/oder Oberfläche besser für Kontakt mit dem Dichtring (10) geeignet ist.
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3c zeigt wie 3a in detaillierter Schnittansicht eine Exzenterwelle (1) mit Mittelteil (2). Die Exzenterwelle (1) ist jedoch mit einer Nut (9) versehen, sodass ein Gaswechsel zwischen Dichtring (10) und Exzenterwelle (1) noch wirkungsvoller verhindert werden kann.
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4a–d zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Dichtringen und mehrteiligen Buchsen. In 4a ist wie in 3b in einem Mittelteil (2) ein Dichtring (10) mit einer zweiteiligen Buchse (30l, 30r) und einer Abdeckung (21) dargestellt. 4b zeigt alternativ eine je nach Anwendungsfall erforderliche, komplexere Abdichtung an der Außenseite eines Dichtrings (11) mit einer dreiteiligen Buchse (31l, 31m, 31r) und einer Abdeckung (21). 4c zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel in einer zweiteiligen Buchse (32l, 32r) mit Abdeckung (21) einen zweiteiligen Dichtring. Der Dichtring (12) hat eine andere Außenkontur als die zuvor gezeigten, die Buchse (32l, 32r) ist an die Kontur des Dichtrings angepasst, und in den Dichtring (12) ist ein zusätzlicher Dichtring (13) eingesetzt. 4d zeigt, wie zwei Paar Dichtringe (10) und Buchsen (30l, 30r) aus 4a nebeneinander angeordnet und mit einer Abdeckung (22) fixiert sind, um die Dichtfunktion zu verbessern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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