DE10310185B4

DE10310185B4 - Lamellendichtung für einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10310185B4
Application number: DE2003110185
Authority: DE
Inventors: Klaus Bruchner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-08
Filing date: 2003-03-08
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-03-09
Also published as: DE10310185A1

Abstract

Lamellendichtung für einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor,
wobei diese aus mehreren Einzellamellen besteht,
wobei diese axial beweglich und dichtend in einer Trennwand angebracht ist,
wobei diese mittels Überströmkanälen die Steuerung des Gaswechsels übernimmt, deren radiale und axiale Ausdehnung einen zentrischen Abschnitt eines Kreisrings beschreibt,
wobei deren Einzellamellen strahlenförmig von einem Rotationsmittelpunkt aus innerhalb eines Abschnittes angeordnet sind,
wobei die radiale Höhe der Lamellendichtung der Höhe der profilierten Bereiche der Seitenflächen der Rotorscheiben entspricht und einerseits von einer Rotornabe und andererseits von einem Innendurchmesser des Außengehäuses begrenzt wird,
wobei die Enden der Einzellamellen an den beiden zugewandten Seitenflächen der Rotorscheiben dichtend anliegen und durch die Lamellendichtung, die Trennwand, den profilierten Rotorscheiben, der Rotornabe und der Innenwand des stationären Außengehäuses Arbeitsräume gebildet werden,
wobei die Lamellendichtung
aus mindestens einer Stützlamelle, die radial in einer im Außengehäuse eingebrachten Nut geführt wird und axial in der Trennwand verschiebbar gelagert...

Description

In der Patentschrift DD 51 731 werden Schieberkolben in der umlaufenden Kolbentrommel (Rotor) zur Abdichtung der Arbeitsräume eines Rotationskolben-Verbrennungmotors genannt, wobei zur Erhöhung der Dichtheit mehrere dieser Schieberkolben in den Einschnitten des Rotors verwendet werden können. Basis dieser Anmeldung ist die Beschreibung eines Verbrennungsmotor-Systems mit rotierender Kolbentrommel. Die Schieberkolben selbst werden nicht näher spezifiziert.
Die GB 658 304 beschreibt ebenfalls eine Dichtung für einen gattungsgleichen Rotationskolben-Verbrennungsmotor, die aus einzelnen Plattenelementen besteht, wobei die Einzelplatten mit in radialer Richtung konstanter Wandstärke parallel nebeneinander zu einem rechteckigen Dichtungspaket in entsprechenden Aussparungen im Rotor angeordnet sind. Dieses Dichtsystem ermöglicht ausführungsbedingt nur die Abdichtung mit denjenigen Lamellen, die auf einem Strahl durch den Mittelpunkt des rotationssymetrischen Aggregates liegen. Alle daneben angeordneten Lamellen erfordern beim Verlassen der axialen ebenen Flächen des Außengehäuses eine vom Drehwinkel abhängige, an den axialen Seitenflächen in radialer Richtung sich ständig verändernde Dichtkontur. Das dargestellte Dichtsystem führt zwangsweise beim Übergang von den axialen ebenen Flächen in die profilierten Bereiche zum Verklemmen und erfüllt somit die Anforderungen an eine funktionierende Abdichtung nicht.
In der Anmeldung DE 101 10 261 A1 ist ebenfalls ein System eines Rotationskolben-Verbrennungsmotor dargestellt, bei dem eine Lamellendichtung die Abdichtung der Arbeitsräume und gleichzeitig die Steuerung des Gaswechsels übernimmt.
Die der letztgenannten Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die dort verwendete Lamellendichtung so auszubilden, dass die Dichtheit der Arbeitsräume gewährleistet ist, Ansaug-, Kompressionstakt, Verbrennung, Expansions- und Ausschiebetakt optimal ablaufen können, die Fertigbarkeit der Dichtung gegeben ist und die ausführungsbedingten Nachteile der aktuell bekannten Dichtungen nicht enthält.
Die vorgesehene und hier beschriebene Lamellendichtung (Gesamtdichtung) ist deshalb so ausgelegt, dass deren axiale und radiale Ausdehnung einem zentrischen Abschnitt eines Kreisringes darstellt, wobei die Einzellamellen der Dichtung strahlenförmig vom Rotationsmittelpunkt aus innerhalb dieses Abschnittes angeordnet sind. Die Dichtung selbst ist axial beweglich und dichtend in die stationäre Trennwand (1; 8; 9; 10) eingebracht. Ihre radiale Höhe entspricht der Höhe der profilierten Bereiche der Seitenflächen der Rotorscheiben und wird unten von der Rotornabe und am oberen Ende vom Innendurchmesser des Außengehäuses begrenzt. Die axiale Länge ist so dimensioniert, dass die linken und rechten mit Radien versehenen Enden der einzelnen Lamellen an den beiden zugewandten Seitenflächen der Rotorscheiben dichtend anliegen und die Dichtung somit veränderliche Arbeitsräume mit der Trennwand, den profilierten Rotorwänden, der Rotornabe und der Innenwand des stationären Außengehäuses bildet.
Die Lamellendichtung besteht dabei aus mindestens 1 Stützlamelle (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 1 u. 9; 4), die sowohl radial im Außengehäuse in einer dort eingebrachten Nut geführt wird als auch axial im Trennwandausschnitt verschiebbar und dichtend gelagert ist.
Das Querschnittsprofil der Stützlamelle wird von jeweils einer vorderen und rückseitigen ebenen Fläche gebildet, deren gedachte Verlängerungen sich im Rotationsmittelpunkt treffen und in radialer Richtung von zwei Radien, deren Größe den jeweiligen Geometrien angepasst ist, auf denen die Lamelle gleitet. Zur Führung der Lamelle sind unterschiedliche Nutgeometrien und damit auch Ausführungen der oberen Lamellenstirnfläche denkbar. Wesentlich ist hierbei eine optimale Dichtheit bei minimalen Reibungsverlusten.
Die eigentliche Dichtfunktion übernehmen die Dichtlamellen (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 3, 5, 7; 3, 5, 7), die die Arbeitsraume radial zum Außengehäuse und zur Rotornabe hin gleitend abdichten. Axial erfolgt die Abdichtung zu den umlaufenden Seitenflächen der Rotorscheiben mittels der mit Profilierungen versehenen axialen Stirnflächen an den einzelnen Lamellen.
Jede Dichtlamelle besitzt über ihre radiale Ausdehnung eine gleichbleibende Wandstärke. Damit ergibt sich bei etwaigem radialen Verschleiß an den stirnseitigen, äußeren Gleitflächen keine Spielveränderung innerhalb der Dichtung selbst zwischen den einzelnen Lamellen.
Die Dichtlamelle kann einteilig oder geteilt ausgeführt werden. In der geteilten Ausführung (3, 5, 7), zur Abdichtung bei höheren Anforderungen, ist die Lamelle unter einem vorgegebenen Winkel getrennt, wobei die Trennflächen jeweils mit Nutgeometrien versehen sind, in denen elastische/federnde Elemente eingelegt werden (7/7.2, 7.3, 7.4, 7.5). Diese erhöhen die zur Abdichtung erforderliche Anpresskraft und ermöglichen einen aus den Fertigungstoleranzen resultierenden Spielausgleich. Ebenso bleibt die Dichtfunktion hierdurch auch bei Verschleiß an den äußeren Gleitflächen gewährleistet.
Die Anordnung der Teilungsebenen in den Dichtlamellen kann senkrecht, schräg und waagerecht verlaufen, je nach erforderlicher Funktion des Dichtelementes (3, 5, 7). Weiterhin sind die Trennebenen so gewählt, dass in keiner Position der Lamelle eine direkte Verbindung der Teilungsnut mit den Überströmkanälen oder einem der beiden links und rechts von der Trennwand befindlichen Ausströmkanäle besteht. Bei mehreren Dichtlamellen mit Schrägteilung in einem Dichtungsverbund werden diese abwechselnd mit links- bzw. rechtssteigender Teilungsrichtung versehen (3; 5), um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen.
Zwischen der Stützlamelle und der Dichtlamelle ist eine Ausgleichslamelle vorgesehen (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 2, 4, 6 u. 8; 6), die den Raum zwischen beiden Lamellen ausfüllt und diese auch zusätzlich dichtend abstützt.
Auch zwischen zwei nacheinander angeordneten Dichtlamellen wird eine Ausgleichslamelle eingesetzt, die die gleiche Funktion, wie oben beschrieben, übernimmt.
Das Querschnittsprofil dieses Elementes ist ebenfalls keilförmig ausgeführt und auf den jeweiligen Einsatzort innerhalb der Lamellendichtung abgestimmt. So sind die Querschnittsgeometrien jeweils unterschiedlich bei einer Ausgleichslamelle zwischen Stütz- und Dichtlamelle und einer zwischen zwei Dichtlamellen.
Die seitlich begrenzenden Flächen sind eben, die obere und untere Randfläche sind dem Radius der Innenwand des Aussengehäuses bzw. dem Radius der Rotornabe angepasst.
Die axialen Begrenzungsflächen sind ebenfalls mit Radien versehen (11), wobei die Scheitelpunkte der Radien auf einem radialen Strahl zum Rotationsmittelpunkt verlaufen.
Zur Schmierung der sich in axialer Richtung relativ zueinander bewegenden Lamellen ist in der linken und rechten Seitenflache der Ausgleichslamelle mindestens jeweils eine radial verlaufende Schmiernut vorgesehen (6/6.2). Die Lage der Nut ist so gewählt, dass in keinem Betriebspunkt eine Verbindung mit den Ausströmkanälen aus dem Brennraum vorliegt.
Bei höheren Belastungen kann die Ausgleichslamelle ebenfalls radial geteilt ausgeführt sein, wobei in der Teilungsebene entsprechende Nuten vorgesehen sind, in denen federnde Elemente eine zusätzliche axiale Dichtkraft erzeugen. Auch hierbei ist der Ort dieser Teilungsebene so festgelegt, dass in keiner möglichen Lage eine Verbindung zwischen der Trennnut in der Lamelle und einem der Ausströmkanäle oder den Überström-Aussparungen gegeben ist.
In einzelnen Dichtungselementen (Einzellamellen) sind Aussparungen eingebracht, die in der Summe die Überströmkanäle bilden (1; 3/3.1.1, 3.1.2; 4/4.1.1; 5/5.1.1, 5.1.2; 6/6.1.1).
Abhängig von der Drehrichtung des Rotationskolbens und dem jeweiligen Arbeitsraum sind diese Aussparungen im Verdichtungsraum entgegen der Rotorlaufrichtung so ausgeführt, dass die verdichtete Luft über den Überströmkanal in der Dichtung und den Einströmkanal im Außengehäuse in den Brennraum strömen kann, während auf der anderen Seite der Trennwand das Ausströmen der Verbrennungsgase in die nachfolgende Expansionskammer in Rotorlaufrichtung geschieht.
Die Funktion der Lamellendichtung ist in DE 101 10 261 bereits beschrieben. Demnach ist die Lage der Aussparungen in den einzelnen Lamellenelemente, die in Summe die radialen Überströmkanäle in der Lamellendichtung bilden, so ausgeführt, dass sich diese beim axialen Verschieben der Einzellamellen – abhängig von der Winkelstellung des Rotors – relativ zu den Ein-/Ausströmkanalöffnungen im Außengehäuse verändert. Erst in den axialen Endstellungen der Dichtung weist einer der beiden Überströmkanäle auf einer Seite der Trennwand mit einem Ein- oder Ausströmkanal eine direkte Überdeckung auf, während der Kanal auf der anderen Seite soweit verschoben ist, dass keine Verbindung mehr zum Brennraum besteht (1; 8; 9; 10).
Neben der Steuerung des Gaswechsels dichtet die Lamellendichtung im Verdichtungs- und Verbrennungstakt zusätzlich, je nach Rotorlage, die Ein- oder Ausströmkanäle aus dem Brennraum ab. Hierzu ist die Geometrie der dem Außengehäuse zugewandten Lamellendichtkanten entsprechend dem Radius im Außengehäuse angepasst (2).
Weiterhin übernimmt die Lamellendichtung auch das Abdichten der Arbeitsraume zum rotierenden Kolben und zur Trennwand. Innerhalb der Dichtung selbst führen die aufeinander gleitenden ebenen und geschmierten Einzellamellen ebenfalls eine Dichtfunktion aus.
Die Schmierung zur Reduzierung von Reibungsverlusten der Einzellamellen, bei deren Relativbewegung im Betrieb, erfolgt über eine in der Trennwand angebrachten Ölversorgungsnut, über die das Öl bei Überdeckung mit den in den Lamellen befindlichen Schmiernuten (6/6.2), bzw. mit den Trennnuten bei den geteilten Lamellen, in diese einströmen kann und eine permanente Ölversorgung gewährleistet.
Durch die Relativbewegung der einzelnen Lamellen wird ein Teil des Öls auch an die axialen und radialen Laufflächen gefördert, so dass auch hier eine ausreichende Schmierung vorliegt.
Wegen des Vorteils des geringen spezifischen Gewichts und der damit verbundenen reduzierten bewegten Massenkräfte, aber auch aus Kosten- und Herstellbarkeitsgründen, bieten sich als Materialien für die Einzellamellen hauptsächlich keramische Werkstoffe an, deren Vorteile hier in besonderer Weise genutzt werden können. Zudem wirken auch deren hoher Verschleißwiderstand und hohe Wärmebeständigkeit an dieser Stelle außerordentlich positiv.

Claims

Lamellendichtung für einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor, wobei diese aus mehreren Einzellamellen besteht, wobei diese axial beweglich und dichtend in einer Trennwand angebracht ist, wobei diese mittels Überströmkanälen die Steuerung des Gaswechsels übernimmt, deren radiale und axiale Ausdehnung einen zentrischen Abschnitt eines Kreisrings beschreibt, wobei deren Einzellamellen strahlenförmig von einem Rotationsmittelpunkt aus innerhalb eines Abschnittes angeordnet sind, wobei die radiale Höhe der Lamellendichtung der Höhe der profilierten Bereiche der Seitenflächen der Rotorscheiben entspricht und einerseits von einer Rotornabe und andererseits von einem Innendurchmesser des Außengehäuses begrenzt wird, wobei die Enden der Einzellamellen an den beiden zugewandten Seitenflächen der Rotorscheiben dichtend anliegen und durch die Lamellendichtung, die Trennwand, den profilierten Rotorscheiben, der Rotornabe und der Innenwand des stationären Außengehäuses Arbeitsräume gebildet werden, wobei die Lamellendichtung aus mindestens einer Stützlamelle, die radial in einer im Außengehäuse eingebrachten Nut geführt wird und axial in der Trennwand verschiebbar gelagert ist, aus mindestens einer Dichtlamelle, die die Arbeitsräume radial zum Außengehäuse und zur Rotornabe und axial zu den profilierten Rotorflächen hin gleitend abdichtet, wobei die Dichtlamelle über ihre radiale Ausdehnung eine gleich bleibende Wandstärke besitzt, und aus einer Ausgleichslamelle, die zwischen Stützlamelle und Dichtlamelle oder zwischen zwei nacheinander angeordneten Dichtlamellen vorgesehen ist, die den Raum zwischen aufeinander folgende Lamellen ausfüllt und diese dichtend abstützt, besteht.
Lamellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellamellen geteilt ausgeführt sind und zur Verbesserung des Dichtkontaktes durch elastische Elemente (7.5) auseinander gedrückt werden.
Lamellendichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lamellen mit Aussparungen versehen sind, die in der Summe die Überströmkanäle zur Steuerung des Gaswechsels bilden.
Lamellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass in den ebenen Flächen der Ausgleichslamelle mindestens jeweils eine radial verlaufende Nut vorgesehen ist, über die Schmieröl zwischen die relativ zueinander bewegten Lamellen gelangt.
Lamellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellamellen aus hochwärmebeständigen, verschleißfesten Materialien mit einem geringen spez. Gewicht, vornehmlich keramischen Werkstoffen, hergestellt sind.