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Kolbendichtung für Brennkraftmaschinen, Verdichter u. dgl. Die Erfindung
bezieht sich auf eine Kolbendichtung für Brennkraftmaschinen, Verdichter u. dgl.,
die als Dichtleiste bzw. als Dichtring in einer Nut des Kolbens mit Spiel zum Nutengrund
angeordnet ist und die zwei sich in radialer Richtung nach außen öffnende federnde
Schenkel aufweist, die unter Vorspannung an den Seiten der Nut anliegen.
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Bei einem bekannten Kolbendichtring, der aus zwei axial ausgewölbten
Ringen besteht, die V-förmig zueinander angeordnet sind, erfährt zwar jeder einzelne
Ring durch die axiale Auswölbung eine Vorspannung, durch die er zusätzlich an die
Zylinderwandung gepreßt wird. Da aber die Ringe, die an ihrer radial inneren Begrenzung
lediglich aufeinanderliegen, Spiel zum Nutengrund aufweisen, werden auf den einen
Ring einwirkende Kräfte nicht unmittelbar auf den anderen Ring übertragen. Die Ringe
verschieben sich gegeneinander an ihren beiderseitigen Auflageflächen am radial
inneren Durchmesser. Dadurch wird aber die Spreizwirkung und damit die Anpressung
an die Gegenlauffläche beeinträchtigt. Außerdem können sich beide Ringe nicht wie
eine Einheit dichtend an eine Gegenlauffläche anlegen, die z. B. aus Bögen mit unterschiedlichen
Krümmungshalbmessern gebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtung so zu gestalten,
daß sich ihre Schenkel lediglich durch ihre Eigenfederung, also ohne Zuhilfenahme
des Gasdrucks, in den abzudichtenden Spalt hinein gegen die Laufbahn des Kolbens
schieben, und daß sich die Dichtung von selbst in der Nut des Kolbens derart einstellt,
daß beide Schenkel der Dichtung auch dann an der Laufbahn des Kolbens anliegen,
wenn die Laufbahn, wie bei Rotationskolbenmaschinen, aus Bögen von unterschiedlichem
Krümmungshalbmesser gebildet ist.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß die Dichtleiste
bzw. der Dichtring in an sich bekannter Weise einstückig ausgebildet ist und die
Schenkel im Bereich der im wesentlichen an den äußeren Kanten der Nut vorgesehenen
Berührungsstellen in einem Winkel zur Mittelebene der Kolbendichtung liegen, der
größer als der durch den Reibungsfaktor bedingte Reibungswinkel an den Berührungsstellen
zwischen Ring und Kolbennut ist, so daß die Dichtung infolge der Spreizwirkung ihrer
Schenkel eine Anpressung an die Gegenlauffläche erfährt.
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Gegenüber bekannten V-förmig ausgebildeten Dichtringen ohne axiale
Vorspannung, die in entsprechend geformten Kolbennuten ohne Spiel zum Nutengrund
angeordnet sind, und gegenüber anderen bekannten V-förmigen Dichtringen ohne axiale
Vorspannung, die zweiteilig ausgebildet sind und bei denen die Berührungsstellen
der Schenkel der Dichtung mit dem Kolben am Nutengrund und an den äußeren Kanten
der Nut liegen, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Kolbendichtung
erreicht, daß die Schenkel der Dichtung infolge ihrer Spreizwirkung stets das Bestreben
haben, die Dichtung federnd aus der Nut herauszudrücken, so daß die freien Kanten
beider Schenkel mit Sicherheit an der Gegenlauffläche des Kolbens dichtend anliegen.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes können die freien
Kanten der Schenkel abgerundet sein. Die freien Enden der Schenkel können ferner
nach außen in eine zur Dichtungsfläche parallele Lage abgebogen sein. Auch können
die Schenkel der Dichtung leicht nach innen gebogen bzw. geknickt sein.
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Die Dichtung kann auch derart ausgebildet sein, daß nur die freien
Enden ihrer Schenkel einen größeren Winkel zueinander einnehmen als die Flanken
der Nut. Im Anschluß an den V-förmigen Teil der Schenkel können in Richtung nach
dem Rücken der Dichtung zueinander parallele Teile der Schenkel folgen.
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Ferner können die Schenkel der Dichtleiste innen durch einen im Querschnitt
ringförmigen Abschnitt miteinander verbunden sein. Zwei V-förmige Dichtleisten,
deren innere Schenkel parallel zueinander liegen, können auch eine gemeinsame Dichtung
bilden. Schließlich kann die aus zwei V-förmigen Dichtleisten gebildete Dichtung
nur mit den beiden parallel aneinanderliegenden Schenkeln an der Dichtungsfläche
anliegen.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen in dem Zylinder 2 einer Brennkraftmaschine
oder eines Verdichters auf und ab gleitende Hubkolben 1. In Nuten des Kolbens sind
Dichtringe 3 von im wesentlichen V-förmigem Querschnitt angeordnet. Die Schenke14
der Dichtringe liegen mit ihren freien Kanten an der Lauffläche 5 des Kolbens im
Zylinder 2 an.
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Wie Fig. 2 in größerem Maßstab in einem Querschnitt durch die Kolbendichtung
zeigt, stehen auch die Flanken 6 der Nut 7 im Kolben 1 V-förmig zueinander. Der
Winkel a, den jeweils ein Schenkel 4
Dichtungsringes 3 mit der Mittelebene
der Dichtung bildet, ist größer als der Reibungswinkel bei dem vorhandenen Schmierzustand
und größer als der Winkel 13, den jeweils eine Flanke 6 der Nut 7 mit der Mittelebene
dieser Nut einschließt. Die Außenflächen der Schenkel 4 stehen lediglich mit den
abgerundeten freien Kanten 8 der Nut 7 in Berührung, die mit eingegossenen Ringen
9 aus härterem Werkstoff bewehrt sind. Die freien Kanten 10 der Schenkel 4 liegen
an der Lauffläche 5 an und bleiben mit dieser auch dann in Berührung, wenn sich
der abzudichtende Spalt zwischen Kolben und Zylinder erweitert, da sich die Dichtung
dann federnd aus der Nut 7 herausschiebt. Dadurch, daß die Schenkel der Dichtung
praktisch nur Linienberührung mit dem Kolben haben, ist es ferner möglich, daß sich
die Dichtung innerhalb der Nut so einstellen kann, daß die freien Kanten 10 der
Schenkel 4 noch an der Lauffläche 5 anliegen bleiben, wenn die Lauffläche nicht
genau parallel zum Kolben verlaufen sollte.
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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann die Nut 7 statt mit im Winkel zueinander
stehenden Flanken mit Flanken 6 ausgestattet sein, die parallel zueinander verlaufen,
ohne daß die Wirkung der Dichtung 3 beeinträchtigt wird. Die freien Kanten 10 der
Schenkel 4 sind hier abgerundet.
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In Fig. 4 ist eine Dichtung 3 dargestellt, bei welcher die Sehenkel
4 leicht nach innen gebogen sind. Die Flanken 6 der Nut 7 sind ebenfalls leicht
gebogen. , Wie in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 3 stehen die Schenkel
der Dichtung auch in Fig. 4 nur mit den freien Kanten der Nut in Berührung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 nehmen nur die freien Enden
11 der Schenkel 4 einen größeren Winkel zueinander ein als die Flanken
6 der Nut 7, die hier parallel zueinander verlaufen. Der übrige Teil der
Schenkel 4 ist mit dem sie verbindenden Steg im wesentlichen U-förmig ausgebildet.
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Anstatt bei Dichtringen können die in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Querschnittsformen
auch bei mehr oder weniger gestreckten oder geraden Dichtleisten Verwendung finden,
wie sie bei Rotationskolbenmaschinen benötigt werden.
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Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch das Gehäuse 12 einer Rotationskolbenmaschine.
Der in dem Gehäuse 12 umlaufende mehreckige Kolben 13 weist an jeder Ecke 14 eine
Nut 7 auf, in welcher eine gerade Dichtleiste 3 angeordnet ist. Während die Flanken
6 der Nut 7 parallel zueinander liegen, stehen die Schenkel 4 der Dichtleiste 3
in einem Winkel zueinander. Innen sind die Schenkel 4 durch einen im Querschnitt
ringförmigen Abschnitt 4' miteinander verbunden. Der Winkel, den die Schenkel 4
jeweils mit der Mittelebene der Dichtleiste einschließen, ist größer als der Reibungswinkel
für halbtrockene Reibung. Die Außenflächen der Schenkel 4 haben nur mit den freien
Kanten der Nut 7 im Kolben Berührung. Da bei Rotationskolbenmaschinen die Laufbahn
15 im Gehäuse 12 meist aus mehreren Bögen von wechselndem Krümmungshalbmesser zusammengesetzt
ist, ist die selbsttätige Einstellbarkeit der Dichtleiste in der Nut bei solchen
Maschinen von besonderem Voreil. weil dadurch erreicht wird, daß stets beide Schenkel
der Dichtleiste mit der Laufbahn in Berührung bleiben.
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Aus Fig. 7 geht hervor, daß eine Dichtung nach der Erfindung auch
von zwei V-förmigen Dichtleisten 3' gebildet sein kann, von denen die jeweils inneren
Schenkel 4" parallel aneinander liegen. Nur die inneren Schenkel 4" liegen
an der Laufbahn 15
an. Die äußeren Schenkel 4"' sind kürzer als die inneren
Schenkel. Gegen die äußeren Schenkel4"' stützen sich die seitlich am Kolben angeordneten
Dichtleisten 16 ab.
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Wie Fig. 8 veranschaulicht, die einen Schnitt nach der Linie a-a aus
Fig. 7 in größerem Maßstab zeigt, ist die seitliche, in der Nut 17 liegende
Dichtleiste 16
mit V-förmig zueinander gestellten Schenkeln 4 versehen.
Die freien Enden 18 der Schenkel 4 sind nach außen in eine zur seitlichen Dichtungsfläche
19 des Gehäuses parallele Lage abgebogen. Auch mit dieser Dichtleiste sind die Vorteile
zu erzielen, die sich bei Dichtringen bzw. Dichtleisten mit Querschnittsformen nach
der Erfindung einstellen.