DE1255418B

DE1255418B - Radialdichtung fuer eine Drehkolbenmaschine, insbesondere Drehkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1255418B
Application number: DEB60027A
Authority: DE
Inventors: Erwin Starmuehler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1960-11-09
Filing date: 1960-11-09
Publication date: 1967-11-30
Also published as: AT239002B; GB1004088A; CH395640A; US3204615A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^WWS PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Deutsche KL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F16j

1255 418
B60027XII/47f
9. November 1960
30. November 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialdichtung für eine Drehkolbenmaschine, insbesondere Drehkolbenbrennkraftmaschine, bei der relativ zu einem mit seiner Innenkontur in Form einer Hüllkurve ausgebildeten feststehenden oder drehenden Gehäuse ein kreisender und sich drehender Kolben umläuft, wobei diese Bewegungen in einem ganzzahiigen Verhältnis von vorzugsweise 3:1 zueinander stehen und Dichtleisten im Kolben angeordnet sind, deren gekrümmte Laufflächenkonturen die Hüllkurve erzeugen.

Bei Drehkolbenmaschinen dieser Bauart ist es bekannt, daß die Dichtleisten im Kolben eine dauernd mit der Gehäuseinnenfläche in Berührung stehende, in der Kontur kreisbogenförmig ausgebildete Lauffläche aufweisen. Die Dichtleisten liegen dadurch an der Gehäuseinnenfläche in jeder Stellung des Kolbens in bezug auf eine mittlere Krümmung der Gehäuseinnenflächenkontur mit gleichem Anschmiegungsgrad an. Beim Betrieb treten jedoch entlang dieser Kontur erheblich unterschiedliche Bedingungen auf, die örtlich unterschiedliche Verschleißbelastungen für die Gehäuseinnenfläche und die Dichtleistenfaufflächen über deren Ausdehnungen bewirken. Damit ergibt sich sowohl an der Gehäuseinnenfläche als auch an den Dichtleisteniaufflächen örtlich ein hoher Verschleiß, der die Betriebsdauer solcher Drehkolbenmaschinen beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die örtlichen Verschleißspitzen bei solchen Drehkolbenmaschinen abzubauen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß die Laufflächenkonturen der Dichtleisten eine Krümmung mit von einem Ende zum anderen sich stetig und/oder stufenweise veränderndem Radius R haben, wobei die Krümmung der Laufflächenkonturen so gewählt ist, daß sie mit ihren größere Radiuswerte aufweisenden Abschnitten die Hüllkurve an den Stellen erzeugen, an denen in bezug auf eine kreisbogenförmige Kontur der Laufflächen die höchsten Verschleißbelastungen zwischen Gehäuse und Dichtleisten auftreten. Durch die Erfindung wird somit an den Stellen bzw. Bereichen der Gehäuseinnenfläche mit hoher Verschleißbelastung eine bessere Anschmiegung der Dichtleiste und damit eine Herabsetzung der örtlichen Verschleißbelastung herbeigeführt.

Bei Drehkolbenbrennkraftmaschinen gemäß der Bauart der Erfindung, bei denen die Arbeitskammern im Augenblick der höchsten Verdichtung bzw. der Zündung der Ladung sich beiderseits einer achsnahen Stelle der Gehäuseinnenfläche erstrecken, befinden sich die Stellen .der höchsten Verschleißbelastung beispielsweise kurz nach der achsnahen Stelle Radialdichtung für eine Drehkolbenmaschine,
insbesondere Drehkolbenbrennkraftmaschine

Anmelder:

Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft,

München 13, Lerchenauer Str. 76

Als Erfinder benannt:
Erwin Starmühler, München

des Gehäuses, weil dort eine ausschließlich von Brenngasen beaufschlagte Zone besteht, an die bei keiner Kolbenstellung kühle Frischgase oder abgekühlte Abgase herantreten können.

Mit Vorteil kann die Krümmung der Dichtleistenlaufflächenkontur gemäß der Erfindung so gewählt werden, daß es sich von einem Minimum zu einem Maximum verändert, wodurch z. B. bei einer zweibogigen Gehäuseinnenkontur an zwei Stellen ein hoher Anschmiegungsgrad der Dichtleiste an die Gehäuseinnenfläche erzielt wird. Wenn sich die Krümmung von einem Minimum über ein Maximum zu einem Minimum ändert, ergeben sich für den genannten Fall vier Stellen mit hohem Anschmiegungsgrad. Bei einem Wechsel von einem Maximum über ein Minimum zu einem Maximum ergeben sich wiederum vier derart günstige Stellen, an denen die Diehtleistenkontur eine solche Stellung zur Gehäuseinnenfläche einnimmt, daß sie mit den größeren Radiuswerten anliegt. Für den gegebenen Grundaufbau einer Drehkolbenmaschine, ob es sich um eine Ausführung mit gleichseitig oder entgegengerichteter Drehrichtung von Kreis- und Drehbewegung handelt, ob als Brennkraftmaschine oder als Verdichter ausgeführt usw., kann die zweckmäßige Auswahl aus diesen Möglichkeiten getroffen werden.

Die Krümmung der Dichtleistenlaufflächenkontur kann jede beliebige Kurvenform aufweisen. Aus Herstellungsgründen ist es vorteilhaft, eine Evolvente einer Kurve, vorzugsweise eines Kreises, zu verwenden. Es können auch zwei oder mehrere Evolventen oder mehrerer Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien und mit einer gemeinsamen Tangente in einem gemeinsamen Punkt zusammengesetzt werden. Um bei größeren Laufflächenbreiten an den Dichtleisten diese dennoch leicht ausführen zu können, ist es besonders zweckmäßig, hierfür im Querschnitt eine an

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sich bekannte L-förmige Gestalt zu wählen, wobei der eine Schenkel die gekrümmte Lauffläche und der andere die Führungsflächen für die Lagerung der Dichtleisten im Kolben trägt.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Drehkolbenmaschine mit im Verhältnis 3:1 stehenden, gleichgerichteten Kreis- und Drehbewegungen des Kolbens im Gehäuse und mit im Kolben eingesetzten Dichtleisten,

F i g. 2 eine Dichtleiste gemäß F i g. 1 in vergrößerter Darstellung mit einer Laufflächenkontur in Form einer Evolvente zu einem Kreisbogen,

F i g. 3 eine Dichtleiste gemäß F i g. 1 mit einer Laufflächenkontur in Form von mehreren aneinandergereihten Kreisbögen mit verschiedenen Radien und

F i g. 4 eine Dichtleiste gemäß F i g. 1 mit einer Laufflächenkontur in Form einer Kurve mit beliebig gewählter Evolvente.

Ein Kolben 1 mit etwa dreieckiger Form ist an seinen Ecken mit eingelassenen, in der Darstellung übertrieben groß gewählten Dichtleisten 2 versehen. Der Kolben 1 ist innerhalb eines Gehäuses 3 angeordnet und zu diesem derart beweglich gelagert, daß seine Mittelachse A₁ um die Mittelachse A_z des Gehäuses 3 kreist (A;) und gleichzeitig der Kolben 1 sich um seine eigene Mittelachse.^ dreht (d). Diese beiden Bewegungen k, d stehen mit Hilfe eines Zahnradpaares 4, 5 zueinander im Verhältnis 3:1, d. h., bei drei vollen Kreisbewegungen k der Achse A₁ um die Achsel₂ vollzieht der Kolben 1 eine volle Drehung d um seine Achse A₁. Die Ecken des Kolbens 1 bzw. die Dichtleisten 2 beschreiben dabei eine Hüllkurve, die durch das Gehäuse 3 gebildet wird. Die Dichtleisten 2 berühren somit in jeder Stellung des Kolbens 1 das Gehäuse 3, wodurch zwischen Kolben und Gehäuse drei abgeschlossene Räume 6 entstehen. Bei einer Umdrehung d des Kolbens 1 und damit drei Umläufen k seines Mittelpunktes A₁ relativ zum Gehäuse 3 erfahren alle drei Räume je zwei Zustände größten und geringsten Rauminhalts. Damit können diese Räume für die Ausführung von Verdrängerarbeit (Gebläse oder Pumpe), Verdichtungsarbeit (Verdichter), Expansionsarbeit (Dampfmaschine) oder kombinierter Verdichtungs- und Expansionsarbeit (Verbrennungsmotor) herangezogen werden. Für den jeweils vorgesehenen Verwendungszweck ist es erforderlich, in bekannter Weise an geeigneten Stellen Ein- und Auslaßöffnungen für das Arbeitsmittel sowie gegebenenfalls Verbrennungsräume, Zündvorrichtungen usw. am Gehäuse oder am Kolben vorzusehen.

Die Dichtleisten 2 an den Ecken des Kolbens 1 führen beim Umlauf des Kolbens relativ zu der Gehäuseinnenfläche eine geringe Schwenkbewegung aus. Sie stehen daher an verschiedenen Stellen des Gehäuses unter einem anderen Winkel zu dessen Innenflächenkontur. Auf Grund der räumlichen Ausdehnung und Krümmung der Laufflächenkontur 2' wandert dabei die Berührungslinie zwischen Dichtleiste und Gehäuseinnenfläche auf der Laufflächenkontur während einer Umdrehung des Kolbens im Gehäuse zweimal hin und her. An jeder Stelle der Gehäuseinnenfläche liegen jedoch die Dichtleisten immer wieder mit der gleichen Stelle an. An bestimm

ten Stellen der Gehäuseinnenfläche sind für die Dichtleisten besonders hohe Verschleißbeanspruchungen gegeben, so z. B. an der befeuerten Zone einer als Brennkraftmaschine ausgebildeten Drehkolbenmaschine. Um diesen örtlichen Belastungsspitzen zu begegnen, ist die Laufflächenkontur der Dichtleisten mit veränderlicher Krümmung ausgeführt und diese Krümmung so zur Gehäuseinnenflächejikontur angeordnet, daß der Bereich der grß^fää

gung an der bzw. an den Stellen der/i
schleißbeanspruchung zur Berührung kömtßlfc«
In F i g. 1 ist dies an den Bereichen, | xetJ
tung des Kolbens relativ zum Gehäuse gfsehen, nach den Stellen des geringsten Abstandes der Gehäuseinnenflächenkontur von der Gehäusemittelachse A₂ aufgezeigt. Eine dieser Stellen bzw. beide liegen im Fall der Ausführung als Viertakt- bzw. Zweitaktbrennkraftmaschine in der von den Brenngasen befeuerten Zone.

Die Krümmung der Laufflächenkontur ist nach F i g. 1 und 2 als Evolvente eines Kreisbogens mit dem Mittelpunkt M ausgeführt. Da die Berührung zwischen den Punkten I und II wandert, sind die Geraden Z₁ und t₂ einerseits Normale zur Laufflächenkontur in den Punkten I bzw. II, daher auch Tangenten an den Kreisbogen, und andererseits Tangenten an den Wälzkreis des Zahnrades 4. Für den Punkt I ergibt sich daraus der Radius R₁, für einen beliebigen Punkt O der Radius R und für den Punkt II der Radius Null. P ist der Schnittpunkt der Geraden ij und t₂.

Nach F i g. 3 besteht die Krümmung aus drei aneinandergereihten Kreisbögen mit den Radien R₁, R₂ und R_s und den Mittelpunkten O₁, O₂, O₃. In den Anschlußpunkten besitzen die Kreisbögen jeweils eine gemeinsame Tangente.

Nach Fig. 4 ist die Krümmung so veränderlich, daß vom Endpunkt I ausgehend die Radien von kleinen Werten zu einem Maximum ansteigen und von diesem, im mittleren Bereich der Laufflächenkontur angeordneten Punkt aus, wieder abnehmen. Diese Bedingungen werden durch die gewählte Evolute E mit dem Anfangspunkt E₁, dem Umkehrpunkt Ε_υ und dem Endpunkt E₁₁ als Ort aller Krümmungsmittelpunkte erfüllt. Für den beliebigen Punkt O ergibt sich dabei der Radius R.

Über die Endpunkte I und II der Krümmung hinaus wird die Laufflächenkontur durch die innere Hüllfigur des Gehäuses begrenzt. Sie kann nach innen abgeschrägt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Radialdichtung für eine Drehkolbenmaschine, insbesondere Drehkolbenbrennkraftmaschine, bei der relativ zu einem mit seiner Innenkontur in Form einer Hüllkurve ausgebildeten feststehenden oder drehenden Gehäuse ein kreisender und sich drehender Kolben umläuft, wobei diese Bewegungen in einem ganzzahligen Verhältnis von vorzugsweise 3:1 zueinander stehen und Dichtleisten im Kolben angeordnet sind, deren gekrümmte Laufflächenkonturen die Hüllkurve erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächenkonturen (2') der Dichtleisten (2) eine Krümmung mit von einem Ende (I) zum anderen (II) sich stetig und/ oder stufenweise veränderndem Radius R haben, wobei die Krümmung der Laufflächenkonturen so

gewählt ist, daß sie mit ihren größere Radiuswerte aufweisenden Abschnitten die Hüllkurve an den Stellen erzeugen, an denen in bezug auf eine kreisbogenförmige Kontur der Laufflächen die höchsten Verschleißbelastungen zwischen Gehäuse und Dichtleisten auftreten.

2. Radialdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung sich von einem Minimum zu einem Maximum verändert.

3. Radialdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung sich von einem Minimum über ein Maximum zu einem Minimum ändert.

4. Radialdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung sich von einem Maximum über ein Minimum zu einem Maximum ändert.

5. Radialdichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung als Evolvente zu einer Kurve, vorzugsweise zu einem Kreisbogen K ausgebildet ist oder sich aus zwei oder mehreren Evolventen mit gemeinsamer Tangente in einem gemeinsamen Punkt zusammensetzt.

6. Radialdichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung aus mehreren Kreisbögen (Kl, K2, K3) mit unterschiedlichen Krümmungsradien (Rl, R2, 2? 3) und gemeinsamen Tangenten in deren Anschlußpunkten zusammengesetzt ist.

7. Radialdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten (2) im Querschnitt eine an sich bekannte L-f örmige Gestalt haben, wobei deren einer Schenkel die Lauffläche (2') und deren anderer die Führungsflächen trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
VDI-Zeitschrift, 102 (1960), Nr.

8, S. 293 bis 322.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 690/269 11.67 & Bundesdruckerei Berlin