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Radialdichtung an mehreckigen Kolben von Rotationskolben-Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialdichtung an mehreckigen Kolben von Rotationskolben-Brennkraftmaschinen,
insbesondere von Brennkraftmaschinen in Trochoidenbauart, mit achsparallelen Dichtleisten,
die an der inneren Mantelfläche des Umschließungskörpers für den Kolben gleiten.
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Insbesondere bei Rotationskolben-Brennkraftmaschinen in Trochoidenbauart
kann wegen der geometrischen Abhängigkeit zwischen dem Verdichtungsverhältnis und
dem Schwenkwinkel der Kolbenecke bzw. der an einer Kolbenecke angeordneten Dichtleiste
als Radialdichtung nur eine Dichtleiste mit abgerundeter Kuppe verwendet werden,
die mit Linienberührung und hoher Flächenpressung die Abdichtung übernehmen muß
und hohem Verschleiß unterliegt. Nur bei hohen Drehzahlen ist eine solche Abdichtung
befriedigend, bei niederen Drehzahlen, wie sie insbesondere bei Dieselbetrieb erforderlich
sind, ergeben sich wegen schlechter Kompression schlechte Füllungsgrade. Mit kleinerem
Schwenkwinkel wird auch die Brennraumoberfläche größer, wodurch ungünstige Brennräume
in langgestreckter Spaltform entstehen.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, die beschriebenen Nachteile
zu vermeiden, und in Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen
darin, daß an jeder Ecke des Kolbens zwei Dichtleistenträger vorgesehen sind, in
denen mindestens eine Dichtleiste federnd nachgiebig gelagert ist, die ferner um
eine parallel zur Längsachse des Kolbens liegende gemeinsame Achse schwenkbar an
dem Kolben angelenkt sind und federnd nachgiebig mit den Dichtleisten gegen die
innere Mantelfläche des Umschließungskörpers gedrückt werden.
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Durch die Anordnung der Dichtleistenträger gelingt es, mehrere Dichtleisten
mit Abstand hintereinander anzuordnen, die keine oder nur noch eine sehr geringe
Schwenkbewegung in bezug auf die innere Mantelfläche des Umschließungskörpers vollziehen
und die im rechten Winkel zur inneren Mantelfläche angeordnet werden können. Die
Dichtleisten können daher in ihrer ganzen Breite an der inneren Mantelfläche dichtend
anliegen, so daß keine Linienberührung mit hoher Flächenpressung auftritt und sich
Reibungs- und Abdichtverhältnisse ähnlich wie bei Kolbenringen in Hubkolbenmaschinen
ergeben. Da an jeder Kolbenflanke der Abstand zwischen der Dichtleiste an der einen
Kolbenecke zu der Dichtleiste an der anderen Kolbenecke durch die erfindungsgemäße
Anordnung der Dichtleistenträger verkürzt wird, werden vom Brennraum die nach den
Ecken des Kolbens zu gelegenen sehr schmalen Spalten abgeschnitten, so daß Brennraumformen
entstehen, in welchen sich die Verbrennung günstiger durchführen läßt.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes können die Flächen
der Dichtleistenträger, die der inneren Mantelfläche zugekehrt sind, entsprechend
dem kleinsten Krümmungsradius der Mantelfläche gewölbt ausgebildet sein. Ferner
können die Dichtleistenträger an ihren dem Kolben zugekehrten Seiten mit zylindrischen
Mantelflächen versehen sein und im Kolben können federnd nachgiebig gelagerte Dichtleisten
angeordnet sein, die an den zylindrischen Mantelflächen der Dichtleistenträger gleiten.
Die Dichtleistenträger können weiterhin mit Hohlräumen versehen sein, die über die
Lagerstellen der Dichtleistenträger an der Schwenkachse mit dem aus Öl bestehenden
Kühlmittel des Kolbens in Verbindung stehen. Schließlich kann an jeder Stirnfläche
jedes Dichtleistenträgers eine Dichtplatte in axialer Richtung federnd nachgiebig
gelagert sein, die an der Seitenwand des Umschließungskörpers dichtend anliegt.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine
in Trochoidenbauart mit einem dreieckigen Kolben und mit Radialdichtungen an den
Kolbenecken, F i g. 2 in größerem Maßstab einen Querschnitt durch eine Kolbenecke,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine Kolbenecke, F i g. 4 eine Ansicht auf eine
Kolbenecke und
F i g. 5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine
Kolbenecke mit einer Dichtplatte an dem Dichtleistenträger.
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Nach F i g. 1 ist innerhalb des Umschließungskörpers 1 mit
der inneren Mantelfläche 2 auf dem Exzenter 3 der Exzenterwelle
4 der dreieckige Kolben 5 angeordnet, der durch ein nicht dargestelltes Getriebe
relativ zum Umschheßungskörper in einem bestimmten Verhältnis zur Drehzahl der Exzenterwelle
4 umläuft. Hierbei gleitet der Kolben 5 mit seinen Ecken an der Mantelfläche 2 entlang,
steuert die Gaswechselkanäle 7 und bildet mit seinen Flanken 8, mit der Mantelfläche
2 und mit den Seitenwänden des Umschließungskörpers 1 Arbeitskammern 9 veränderlichen
Volumens.
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Um auch bei geringeren Drehzahlen, wie sie z. B. für den Betrieb der
Brennkraftmaschine als Dieselmaschine üblich sind, eine sichere Abdichtung der Kolbenecken
6 an der inneren Mantelfläche 2 zu erreichen, damit keine Brenngase von der
einen Arbeitskammer 9 in die andere Arbeitskammer 9 überströmen können, sind
an den Kolbenecken 6 achsparallel angeordnete Dichtleisten 10 vorgesehen. Diese
Dichtleisten 10 sind in Dichtleistenträgem 11 gelagert, die um eine achsparallele
Achse 12 schwenkbar angeordnet sind und durch Federn 13 an die Mantelfläche
2 .gedrückt werden.
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Wie näher aus F i g. 2 in Verbindung mit F i g. 3 hervorgeht, sind
die Dichtleistenträger 11 an der Ecke 6 des Kolbens 5 mittels der Lageraugen
14 bzw. 14' an der achsparallelen Achse 12 schwenkbar angelenkt. Die Achse
12 ist ihrerseits in dem Lagerbock 15 gelagert, der mit Schrauben 16 am Grund
der Ausnehmung 17 an der Kolbenecke am Kolben 5 befestigt ist. Jeder Diehtleistenträger
11 wird durch Federn 13, die sich am Lagerbock 15 abstützen, mit seiner Fläche
18 gegen die innere Mantelfläche 2 des Umschließungskörpers 1 gedrückt.
Die Wölbung der Fläche 18 entspricht etwa dem kleinsten Krümmungsradius der
Mantelfläche 2. Die Dichtleisten 10, von denen je zwei Stück achsparallel in einem
Dichtleistenträger in Nuten 19 angeordnet sind, werden durch Federn
20 elastisch nachgiebig an die Mantelfläche 2 gedrückt. Gegen den
Kolben 5 ist jeder Dichtleistenträger 11 mit einer zylindrischen Mantelfläche
21 versehen. In gleicher Weise sind die Flächen 22 der Ausnehmung
17 zylindrisch ausgebildet, so daß zwischen den um die Achse 12 schwenkenden
Dichtleistenfixägern 11 und dem Kolben 5 nur ein kleiner Spalt bleibt. Dieser Spalt
wird durch Dichtleisten 23 abgedichtet, die im Kolben 5 gelagert sind und
elastisch nachgiebig an den Flächen 21 der Dichtleistenträger anliegen. Sowohl
die Dichtleisten 10, die mit ihrer ganzen Breite an der Mantelfläche 2 dichtend
anliegen, als auch die Dichtleisten 23 stehen jeweils rechtwinklig zu dem abzudichtenden
Spalt. Die Schwenkachse 12 der Dichtleistenträger 11 liegt möglichst nahe
an der Mantelfläche 2, damit nur geringe Gaskräfte in Umfangsrichtung des Kolbens
5 an den Dichtleistenträgem 11 wirksam werden können.
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Die Lagerböcke 15 für die Achse 12 sind mit Hohlräumen 24 versehen,
die einerseits durch Bohrungen 25 mit dem Schmier- und/oder Kühlkreislauf des Kolbens,
andererseits durch Bohrungen 26 mit den Lagern 27 für die Achse
12 und über die Bohrung 28 in der Achse 12 und weitere Bohrungen 29 mit den
Lageraugen 14,14' der Dichtleistenträger 11 in Verbindung stehen. Auf diese
Weise werden alle Lager in ausreichendem Maße mit Schmierstoff versorgt. Es ist
auch möglich, die Dichtleistenträger 11
mit einem Hohlraum 30 (F i
g. 2) zu versehen und diese Räume von der Achse 12 aus mit Öl zu versorgen.
Von den Hohlräumen 30 aus kann Öl in den Bereich zwischen den Dichtleistenpaaren
10 an die Mantelfläche 2 geleitet werden, so daß eine Schmierung der Mantelfläche
stattfindet und wie bei Hubkolbenmaschinen ein Abstreifen des überschußöles stattfindet.
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Wie näher aus F i g. 4 in Verbindung mit F i g. 5 hervorgeht, ist
an jeder Stirnfläche jedes Dichtleistenträgers 11 eine Dichtplatte 31 gelagert,
die mit einer Feder 32 an die Seitenwand 33 (F i g. 5) gedrückt wird. Die Dichtplatte
31 übernimmt wie ein Schloß die lückenlose Abdichtung zwischen den Dichtleisten
10 und den in axialer Richtung abdichtenden Dichtstreifen 34 (F i g. 4).
Die Dichtplatten 31 können nach F i g. 4 mit einer Verzahnung versehen sein.
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Aus F i g. 1 ist noch ersichtlich, daß die Anordnung der Dichtleistenträger
11 die Brennraumlänge von dem ursprünglichen, von den Kolbenecken ausgehenden Maß
L auf das Maß L' verkürzt. Die langen Spalten an den Kolbenecken verschwinden.
Der Brennraum wird kompakter und für die Durchführung einer einwandfreien Verbrennung
günstiger gestaltet.