DE1187854B

DE1187854B - Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart

Info

Publication number: DE1187854B
Application number: DEN22209A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ernst Hoeppner; Rolf Lechler; Dipl-Ing Guenter Hoffmann
Original assignee: NSU Motorenwerke AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1962-10-13
Filing date: 1962-10-13
Publication date: 1965-02-25
Also published as: GB1017568A; US3249094A

Description

Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, deren Gehäuse sich aus einem Mantel und Seitenteilen zusammensetzt, die zusammen einen Gehäuseinnenraum begrenzen, der von einer Exzenterwelle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein Kolben drehbar gelagert ist, dessen Umfangsfläche mit der inneren Mantelfläche des Gehäuses volumenveränderliche Arbeitskammern begrenzt. Um bei derartigen Maschinen zu verhindern, daß das zur Schmierung des Kolbenlagers auf dem Exzenter erforderliche Schmiermittel, das vielfach auch zur Kühlung des Kolbens durch Kolbenhohlräume hindurchgeführt wird, durch den Spalt zwischen den Kolbenstirnflächen und den gegenüberliegenden Gehäuseseitenwänden in die Arbeitskammern übertreten kann, ist es allgemein üblich, in den Stirnflächen des Kolbens ringförmige Öldichtungen anzuordnen, die federnd an der gegenüberliegenden Gehäuseseitenwand anliegen. Durch thermische Verzüge der Seitenwand ist jedoch ein dichtendes Anliegen des Dichtringes über seinen ganzen Umfang nicht gewährleistet. so daß Schmiermittel in die Arbeitskammern übertreten kann, insbesondere vrenn diese sich im Ansaugtakt befinden. Weitere Schwierigkeiten bei dem üblichen Ölring ergeben sich dadurch, daß dieser in wärmeleitender Verbindung mit dem Kolben steht. so daß bei Verwendung von gummielastischem Material die Lebensdauer des Dichtringes sehr begrenzt ist, insbesondere wenn die Maschine als Brennkraftmaschine betrieben wird.
Die Erfindung sucht diese Nachteile der bekannten Ölabdichtung dadurch zi: vermeiden, daß nicht mehr zwischen Kolbenstirnfläche und Seitenwand, sondern zwischen Kolben und Exzenterwelle abgedichtet wird. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Gehäuseinnenraum mindestens eine mit der Exzenterwelle umlaufende, zur Kolbendrehachse im wesentlichen konzentrische Scheibe vorzusehen, die mit einer Kolbenstirnwand dichtend zusammenwirkt. Die Scheibe kann auf der Exzenterwelle festgekeilt sein, sie kann aber auch einen Teil des Exzenters bilden oder mit diesem verbunden sein. Die ringförmige Dichtung kann in radialer oder axialer Richtung wirkend zwischen Kolbenstirnwand und Scheibe angeordnet sein. Vorteilhafter erscheint die axiale Abdichtung, da diese nicht durch Fliehkräfte von ihrer Dichtfläche abgehoben werden kann. Die Dichtung kann durch einen Dichtring gebildet werden, der federnd an die Dichtfläche angedrückt wird. Dabei ist es zweckmäßig, den Dichtring in der Scheibe anzuordnen, um die Wärme des Kolbens von ihm fernzuhalten. Bei axialer Abdichtung ist außerdem eine Spaltdichtung möglich, da die mit hoher Geschwindigkeit umlaufende Scheibe ein Durchströmen des Dichtspaltes entgegen der Fliehkraft verhindert. Um ein Übertreten von Schmiermittel in die Arbeitskammern von außen. d. h. von den Exzenterwellenlagern, zu verhindern, kann die Scheibe einen rohrförmigen, die Exzenterwelle umgebenden Nabenteil aufweisen, der sich über eine Gehäuseseitenwand hinaus erstreckt. Zusätzlich können in der Außenfläche dieses Nabenteils Spiralnuten bekannter Art vorgesehen werden, welche das Eindringen von Schmiermittel durch den Spalt zwischen Nabe und Gehäuseseitenteil verhindern.
In den meisten Fällen ist bei derartigen Maschinen zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ein Getriebe vorgesehen, welches aus einem an einem Gehäuseseitenteil befestigten und von der Exzenterwelle durchsetzten Ritzel und einem am Kolben befestigten Hohlrad besteht. Da dieses Getriebe geschmiert werden muß, ist es erforderlich, daß die Scheibe auf dieser Seite des Kolbens axial außerhalb des Getriebes liegt. Um dabei den Eingriff zwischen Ritzel und Hohlrad zu ermöglichen, ist die Scheibe mit einem Durchbruch zur Durchführung des Ritzels versehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine, F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 in F i g. 1 und F i g. 3, 4 und 5 verschiedene Ausführungen der erfindungsgemäßen Abdichtung. Es sei zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen. Das Gehäuse der Rotationskolben-Brennkraftmaschine besteht aus dem Mantel l mit beispielsweise zweibogiger Innenfläche und den Seitenteilen 3 und 4. Dadurch wird ein Innenraum 5 gebildet, der senkrecht zu den Seitenteilen 3 und 4 von einer Exzenterwelle 6 durchsetzt ist, auf deren Exzenter 7 ein im Ausführungsbeispiel dreieckiger Kolben 8 über Lager 9 drehbar angeordnet ist. Die Drehachse der Welle 6 ist mit Ml, die Drehachse des Kolbens, die dem Mittelpunkt des Exzenters entspricht, ist mit M_ bezeichnet. Der Abstand der beiden Achsen ergibt die Exzentrizität E. Durch ein Getriebe, das aus einem am Seitenteil 4 befestigten Ritze110 und einem am Kolben befestigten Hohlrad 11 besteht, wird ein festes Verhältnis zwischen den Drehzahlen des Kolbens 8 und der Exzenterwelle 6 erzwungen, welches im Ausführungsbeispiel 1:3 beträgt. Der Kolben trägt an seinen Ecken Radialdichtungen 12, die ständig an der inneren Mantelfläche entlanggleiten, wodurch volumenveränderliche Arbeitskammern gebildet werden. Das Kolbenlager 9 und das Getriebe 10, 11 werden durch ein Schmiermittel geschmiert. Das Schmiermittel wird außerdem zur Kühlung des Kolbens verwendet. Zu diesem Zweck sind im Kolben vorzugsweise mehrere Hohlräume 13 vorgesehen, die von dem Schmiermittel durchströmt werden. Um ein Übertreten des Schmiermittels in die Arbeitskammern zu verhindern, wurde bisher in jeder Stirnfläche 8 a, 8 b des Kolbens 8 ein Dichtungsring angeordnet, der an der benachbarten Gehäuseseitenwand 3 a bzw. 4 a entlangschleift. Diese Art der Abdichtung ist nicht ausreichend, wenn die Seitenwände 3a, 4 a durch thermische Einflüsse verzogen werden oder keine glatte Oberfläche aufweisen. Außerdem wird die Lebensdauer dieserDichtringe durch die vom Kolben aufgenommene Wärme beeinträchtigt, da zumindest ein Teil des Dichtringes aus elastischem, nichtmetallischem Material bestehen muß.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird bei der erfindungsgemäßen Konstruktion die Abdichtung nicht zwischen Kolben und Gehäuse, sondern zwischen Kolben und Exzenterwelle vorgenommen. Zu diesem Zweck ist für jede Kolbenstirnwand 8c, 8d eine mit der Exzenterwelle 6 umlaufende Scheibe 14, 15 vorgesehen, die im wesentlichen konzentrisch zur Kolbendrehachse M2 ist und mit der Kolbenstirnwand über eine ringförmige Dichtung in Verbindung steht. Diese ringförmige Dichtung besteht im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 aus einem metallischen Dichtring 16, der in die Scheibe 14 bzw. 15 axialbeweglich eingesetzt ist und durch eine Feder 17 an eine Ringfläche 18 bzw. 19 der betreffenden Kolbenstirnwand 8 c bzw. 8 d angedrückt wird. Ein Gummiring 17' dichtet den Ring 16 gegen die Scheibe 14 bzw. 15 ab. Die Scheiben 14, 15 sind durch Schrauben 20 mit dem Exzenter 7 verbunden. Die Scheibe 15 weist, wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich, einen Durchbruch 21 zur Durchführung des Ritzels 10 auf.
Die Scheiben 14 und 15 sind mit einem rohrförmigen, die Exzenterwelle 6 umgebenden Nabenteil 22 versehen, der sich axial über die Gehäuseseitenwand 3 a bzw. 4 a hinaus erstreckt. In der Außenfläche des Nabenteils 22 können strichpunktiert angedeutete Spiralnuten 23 vorgesehen werden, um zu verhindern, daß das Schmiermittel von außen durch den Spalt 24 zwischen der Nabe 22 und dem betreffenden Seitenteil in den Gehäuseinnenraum 5 gelangen kann. In der Scheibe 15 sind Kanäle 30 zur Zuführung und in der Scheibe 14 sind Kanäle 31 zur Abführung der Kühlflüssigkeit aus den Kolbenhohlräumen 13 vorgesehen.
Während in F i g. 1. der Dichtungsring 16 axial nach innen an die Kolbenstirnwand angedrückt wird, wirkt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 der Dichtungsring 16' axial nach außen. Zu diesem Zweck ist in der Kolbenstirnwand 8 c ein die Scheibe 14 übergreifender Ring 25 befesti-t. Dieser Ring ist an seinem radial inneren Ende 26 axial nach innen zu umgebogen und greift in eine entsprechende Nut in der Scheibe 14 ein, um zusätzlich eine Labyrinth-Dichtwirkung zu erzielen. Der funktionsnotwendige Ringspalt 27 zwischen der Scheibe 14 und dem Ring 25 steigt, wie ersichtlich, radial nach außen zu an und ist in Verbindung mit dem Kolbenhohlraum 13, so daß das in den Spalt 27 eingedrungene Schmiermittel bzw. Kühlmittel durch die Fliehkraft in den Kolbenhohlraum 13 zurückgeschleudert wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 wird auf den Dichtring 16' in F i g. 3 vollständig verzichtet. Die Dichtung zwischen Scheibe 14 und Ring 25 ist als reine Spaltdichtung ausgebildet, wobei die Länge Hs des Spaltes 28 eine bestimmte Größe nicht unterschreiten darf, damit ein Durchdrücken des Kühlmittels aus dem Kolbenhohlraum 13 verhindert wird. Die Länge dieses Spaltes ist von dem höchstmöglichen Flüssigkeitsstand im Kolbenhohlraum 13, vom Abstand des radial äußeren Ende des Spaltes von der Drehachse M, des Exzenters und von der Exzentrizität E abhängig. Damit die in den Spalt 28 eindringende Flüssigkeit die Geschwindigkeit der rotierenden Scheibe 14 erhält, ist dieser Spalt möglichst eng zu halten und der Schleuderscheibe im Bereich des Spaltes eine raube, dem Ring 25 dagegen eine möglichst glatte Oberfläche zu geben. Die Spaltdichtung kann auch, wie aus F i g. 5 ersichtlich, die Form eines Labyrinths 29 erhalten.
In den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1 bis 3 wirkt der Dichtring 16 bzw. 16' in axialer Richtung. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, den Dichtring so anzuordnen, daß er in radialer Richtung mit der Kolbenstirnwand zusammenwirkt. Die Scheiben 14, 15 sind in den Ausführungsbeispielen als gesonderte, drehfest mit dem Exzenter 7 verbundene Scheiben ausgebildet. Selbstverständlich können diese Scheiben auch einen Teil des Exzenters bilden, obgleich aus Fertigungsgründen die Herstellung als gesondertes Bauteil vorzuziehen ist. Schließlich genügt es, die erfindungsgemäße Abdichtung nur für eine Kolbenstirnwand vorzusehen, wenn Vorsorge dafür getroffen ist, daß die andere Kolbenstirnwand direkt an der benachbarten Gehäuseseitenwand anliegt, was durch entsprechende axiale Belastung des Kolbens erreichbar ist.
Die Scheiben 14, 15 sind vorzugsweise konzentrisch zum Kolbenmittelpunkt bzw. zur Kolbendrehachse M, angeordnet. Eine geringfügige Exzentrizität kann sich jedoch bei den Ausführungen gemäß F i g. 1 bis 3 als zweckmäßig erweisen, um ein Einschleifen des Dichtungsringes 16 bzw. 16' in die Gegenfläche zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche: 1. Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, deren Gehäuse sich aus einem Mantel und Seitenteilen zusammensetzt, die zusammen einen Gehäuseinnenraum begrenzen, der von einer Exzenterwelle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein Kolben drehbar gelagert ist, dessen Umfangsfläche mit der inneren Mantelfläche des Gehäuses volumenveränderliche Arbeitskammern begrenzt, d adurch gekennzeichnet, daß im Gehäuseinnenraum (5) mindestens eine mit der Exzenterwelle (6) umlaufende, zur Kolbendrehachse (M.j im wesentlichen konzentrische Scheibe (14 oder 15) vorgesehen ist, die mit einer Kolbenstirnwand (8c oder 8d) dichtend zusammenwirkt.
2. Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung, in axialer Richtung wirkend, zwischen Kolbenstirnwand (8 c oder 8 d) und Scheibe (14 und 15) angeordnet ist.
3. Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung, in radialer Richtung wirkend, zwischen Kolbenstirnwand (8 c oder 8 d) und Scheibe (14 und 15) angeordnet ist.
4. Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung als Spaltdichtung (28, 29) ausgebildet ist.
5. Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung von einem Dichtring (16, 16') gebildet ist.
6. Kreiskolbenrnaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (14 bzw. 15) einen Teil des Exzenters (7) bildet oder mit diesem verbunden ist.
7. Kreiskolbenmaschine, insbesondere -Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (14 bzw.15) einen rohrförmigen, die Exzenterwelle (6) umgebenden Nabenteil (22) aufweist, der sich axial über eine Gehäuseseitenwand (3 a oder 4 a) hinaus erstreckt.