DE1400477C3 - Abdichtvorrichtung einer Umlaufkolbenmaschine mit Hub- und Schlupfeingriff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtvorrichtung einer Umlaufkolbenmaschine mit Hubeingriff und Schlupfeingriff zwischen einem sich drehenden Mantel, tier axial begrenzt ist durch sich drehende Seitenteile, und einem exzentrisch umlaufenden Kolben, bestehend aus einer Kolbennabe und in dieser in Schlitzen radial beweglichen sowie in Ausnehmungen der Seitenteile geführten, druckbeaufschlagten KoI-benschiebern.

In der deutschen Patentschrift 1 401 396 wird eine. Umlaufkolbenmaschine vorgeschlagen, bei welcher die Seitenteile gegen die Kolbennabe und den Mantel andrückbar sind. Bei dieser Umlaufkolbenmaschine

ίο soll die Abdichtung derart verbessert werden, daß sie für möglichst hohe Drücke geeignet ist, und dies wird erreicht durch mindestens eine ein Seitenteil umfassende oder stützende Abstützplatte, an der auf ihrer dem Seitenteil abgewandten Seite eine Druckkammer angeordnet ist, die einerseits von der Abstützplatte und andererseits von einer mit dem Kolben bzw. der Kolbennabe umlaufenden und mit ihm durch Zugoder Spannmittel verbundenen Verschlußplatte gebildet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abdichtvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die bei einer derartigen Abdichtvorrichtung gleichzeitig auftretenden Reibungseffekte weitgehend verringert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abdichtvorrichtung ein in Nuten der beiden Seitenteile dem Mantel jeweils gegenüberliegend eingelegter Dichtring ist, und daß die Nuten mit den Ausnehmungen in den Seitenteilen verbunden sind.

Vorzugsweise ist der Dichtring zu den Seitenteilen hin abgesetzt, und in die abgesetzte Fläche ist eine zusätzliche Dichtung eingesetzt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der an der radialen Außenseite des Dichtringes gelegene Raum durch Bohrungen mit der Außenatmosphäre verbunden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen Dichtring und dem Seitenteil ein Stützring zwischengeschaltet ist, gegen den der Dichtring auf seiner Rückseite abgedichtet ist, derart, daß Dichtring und Stützring durch das in den Raum zwischen beiden Ringen eindringende Druckmittel in entgegengesetzten Richtungen gegen den Mantel bzw. gegen das Seitenteil gedrückt werden.

Vorzugsweise schließen Dichtring und Stützring unmittelbar die Ausnehmungen für die Kolbenschieber radial nach außen ab, wobei der Spalt zwischen dem Stützring und dem Seitenteil über einen im Stützring eingelassenen Dichtungsring gegenüber den Ausnehmungen abgedichtet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in der Lauffläche des Dichtringes mehrere auf den Umfang verteilte Ausnehmungen vorgesehen sind, die mit den jeweils diametral gegenüberliegenden Arbeitskammern verbunden sind.

Vorzugsweise sind mehrere Dichtringe und/oder Stützringe axial hintereinander oder radial übereinander zwischen Mantel und Seitenteile angeordnet.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Umlaufkolbenmaschine mit einer Abdichtvorrichtung.
F i e. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der F i u. 1.

3 4

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der durch den Steht gleichzeitig der Ausgleichszylinder 30 unter

Kreis hervorgehobenen Einzelheit in F i g. 1. Druck, werden die axial äußeren Seitenteile 20 und

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Ab- 24 unter der Wirkung dieses, dem Druck in den Ar-

dichtvorrichtung mit zusätzlichem Stützr-ing und beitskammern 40 entgegenwirkenden Druckes sowie

F ig. 5 einen Teil aus einem Längsschnitt einer 5 unter der Spannkraft der Spannbolzen 27 von entge-

weiteren Ausführungsform der Abdichtvorrichtung. gengesetzten Seiten gegen den Mantel 28 gedruckt,

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis3 wird der derart, daß.zwischen den Stirnwänden des Mantels Steuerkörper 10 mit der Zu- und Ableitung 11 und 28 und den Seitenteilen 20, 24 ein Spiel 41 verbleibt. 12 und den Steuerfenstern 13 und 14 von der in La- Um dieses Spiel abzudichten, sind Dichtringe 42 vorgern 15 und 16 drehbar im Gehäuse gelagerten io gesehen, von denen einer in Fig. 3 in größerem Hohlwelle 17 dicht umschlossen und gegebenenfalls Maßstabe im Querschnitt dargestellt ist. Dieser von dieser getragen. Die Hohlwelle 17 kann entwe- Dichtring gleitet mit einer größeren Lauffläche 43 an der An- oder Abtriebswelle 18 sein und ist mit einem der Stirnfläche des Mantels 28, während er auf seiner Flansch 19 versehen. Auf die Hohlwelle sind nach- gegenüberliegenden Seite stufenförmig zueinander einander das axial äußere Seitenteil 20, das axial in- 15 abgesetzte Stirnflächen 44 und 45 aufweist, die durch nere Seitenteil 21, der Kolben 22, das axial innere eine abgesetzte Fläche 46 miteinander verbunden Seitenteil 23, das axial äußere Seitenteil 24, ein Ring- sind. Der Dichtring 42 ist in einer Nut 47 des Seitenkolben 25 und eine Endscheibe 26 aufgeschoben. Sie teils 20 eingesetzt, derart, daß im Bereiche der Stirnwerden durch Spannbolzen 27 miteinander und mit fläche 44 eine Kammer 48 gebildet wird, die gegebedem als Endscheibe dienenden Flansch 19 zusam- 20 nenfalls auch durch einen Zylinderspalt 49 mit dem mengehalten und sind damit zugleich mit der Welle Spalt 41 in Verbindung stehen kann. Radial nach 18 drehfest verbunden. ' außen ist er durch eine zusätzliche Dichtung 50 ab-

Zwischen den beiden axial inneren Seitenteilen 21, gedichtet, so daß außerhalb dieser Abdichtung zylin-

23 bzw. den beiden axial äußeren Seitenteilen 20, 24 drische bzw. scheibenförmige Spaltzwischenräume

ist ein Mantel 28 eingesetzt, und zwar derart, daß 25 51, 52 und 53 entstehen, die z.B. mit dem Spalt 54

seine Achse exzentrisch zur Achse des Steuerkörpers radial außerhalb des Dichtringes 42 und damit mit

10 bzw. der Rotorwelle 18 liegt, indem er z. B. an der Außenluft bzw. einem Gebiet niederen Druckes

einem feststehenden Traggehäuse drehbar gelagert verbunden sind. Die Durchmesser bzw. axialen Ab-

oder an einem mit der Rotorwelle umlaufenden stände der die Nut 47 in dem Seitenteil 20 (bzw. 24)

Traggehäuse 29 radial abgestützt ist. 30 begrenzenden Flächen einerseits und die den Dicht-

Der Kolben 22 und das axial innere Seitenteil 21, ring 42 begrenzenden Flächen andererseits sind je-23 weisen miteinander fluchtende Ausnehmungen 31. denfalls so bemessen, daß die genannten Spaltzwi-32, 33 auf. In ihnen sind die Kolbenschieber 34 ra- schenräume entstehen, so daß auch bei verschiedener dial verschiebbar gelagert, indem sie mit ihren Fort- Wärmeausdehnung des Seitenteils und des Dichtrinsätzen 35 und 36 in den Ausnehmungen 31, 33 der 35 ges bzw. bei den infolge der hohen Drücke auftreten-Seitenteile gleiten und mit ihren radial äußeren Kan- den Deformationen des Dichtringes 42 oder des raten des zwischen den Fortsätzen befindlichen Berei- dial inneren, den Spalt 49 begrenzenden Steges des ches sich auf der radial inneren Fläche des Mantels Seitenteils 20 (bzw. 24) kein Klemmen zwischen den 28 abstützen. Die Fortsätze 35 und 36 sind außer- beiden Teilen eintreten kann. Gegebenenfalls kann dem radial nach außen verlängert, so daß sie mit ih- 4° auch die-Kammer 48 durch zusätzliche Bohrungen, ren abgesetzten Stirnflächen 37 und 38 mit dem er- Nuten cd. dgl. mit dem Spalt 41 bzw. mit den Ausforderlichen Fassungsspiel am Mantel 28 gleiten. nehmungen 31, 33 für die Kolbenschieber in den

Die Rotor- oder Hohlwelle 18 sowie der Kolben axial inneren Seitenteilen, 21, 23 verbunden sein, wie

22 weisen radiale Kanäle 39 auf, die bei jeder Um- z.B. in Fig. 3 (und in F i g. 1 rechts oben) durch die

drehung des Kolbens die Steuerfenster 13, 14 des 45 Bohrung 57 angedeutet ist. Auch können besondere

Steuerkörpers 10 übersteuern und in die Arbeitskam- Bohrungen 58, Nuten od. dgl. vorgesehen sein,

mern 40 einmünden, welche zwischen dem Kolben welche sicherstellen, daß die Spaltzwischenräume 51,

22, den axial inneren Seitenteilen 21, 23, dem zum 52, 53 mit der Außenluft bzw. einem niederen Druck

Kolben exzentrischen Mantel 28 und den einzelnen verbunden sind. Es kann ein in geeigneter Weise ge-

Kolbenschiebern 34 gebildet werden. 50 gen Herausfallen gesicherter Stift 59 angeordnet sein,

Bei jedem Umlauf des Kolbens 22 durchlaufen die der ein Drehen des Dichtringes 42 mit Bezug auf das

Arbeitskammern 40 eine Saugzone und eine Druck- Seitenteil 20 verhindern kann.

zone. In F i g. 2 ist die eine der beiden Zonen mit .v Die Wirkungsweise der beschriebenen Abdichtvor- und die andere der beiden Zonen mit y bezeichnet. richtung ist folgende: Aus der Ringkammer 48 im Je nach der Drehrichtung und Art der Maschine 55 Seitenteil 20 wirkt Druckmittel auf die kleinere Stirnkann die eine oder andere der beiden Zonen die fläche 44 des Dichtringes 42. Das würde zu starkem Saugzone und die jeweils andere die Druckzone sein. Anpressen des Ringes gegen den Mantel 28 und zu Wird z.B. eine Druckrichtung α und eine als Pumpe Reibung führen, wenn man einen Dichtring verwen- oder Kompressor wirkende Maschine angenommen, den würde, der auf beiden axialen Stirnflächen gleich würde die Zone χ die Saugzone und die Zoney die 60 groß bemessen wäre, bei dem also der Druck des Druckzone bilden. Das Arbeitsmedium wird in diesem Druckmittels auf den vollen radialen Querschnitt des Falle aus der Zuleitung 11 über das Steuerfenster 13, Dichtringes wirken könnte.

Radialkanäle 39 in die sich entsprechend der Exzen- Durch die Verwendung einer gegenüber der nach

trizität des Mantels 28 vergrößernden Arbeitskam- außen abgedichteten kleineren Fläche 44 vergrößer-

mern 40 im Bereiche der Saugzone χ eingesaugt und 65 ten Lauffläche 43 des Dichtringes ist jedoch ein

im Bereiche der Druckzone y aus den Arbeitskam- Druckausgleich in gewünschter Höhe erzielbar. Von

mern über die Radialkanäle 39 und das Steuerfenster den Arbeitskammern her dringt über den Spalt 41

14 in die Ableitung 12 hineingedrückt. Arbeitsdruckmittel in den Spalt 55 an der Laufflache

43 zwischen Dichtring und Mantel ein. Da das obere Ende des Spaltes unter atmosphärischem Druck bzw. Niederdruck steht, nimmt jedoch der Druck im Spalt 55 radial nach außen kontinuierlich ab, so daß der mittlere Druck im Spalt 55 pro Flächeneinheit normalerweise geringer als in der Kammer 48 ist. Es kann sich infolgedessen im Spalt 55 ein Gegendruck aufbauen, der dem in der Kammer 48 auf die Stirnfläche 44 ausgeübten Druck nahezu das Gleichgewicht hält.

Je größer die radiale Erstreckung der Lauffläche 43 bzw. des Spaltes 55 ist, um so größer wird auch die auf die Fläche 43 wirkende resultierende Kraft im Spalt 55. Man kann infolgedessen die Lauffläche 43 so bemessen, daß sich die beiden Druckfelder im Spalt 55 einerseits und in der Ringkammer 44 andererseits ganz oder nahezu aufheben. In der Praxis wird man jedoch die Bemessung so vorsehen, daß der auf den Dichtring 42 aus der Ringkammer 48 wirkende Druck das Druckgefälle im Spalt 55 um einen bestimmten, nicht zu hohen Betrag, z. B. um 3 bis 20%, überwiegt. In diesem Falle hat man nahezu volle Abdichtung bei geringfügiger Reibung zwischen dem Mantel 28 und dem Seitenteil 20 (bzw. 24).

Bei sehr hohen Drücken ist es häufig ratsam, besonders radial außerhalb des Dichtringes 42, die dem Mantel 28 zugekehrte Dichtfläche 56 des Seitenteils 20 nicht parallel zu der ihr zugewandten Stirnfläche des Mantels zu schleifen, sondern in einem kleinen Winkel hierzu, der dem halben Deformationswinkel zwischen den Seitenteilen 20 und 24 bei gegebenem Druck entspricht. In der Zeichnung ist dieses durch den keilförmig gezeichneten Spalt 54 angedeutet, der natürlich — ebenso wie z. B. der Spalt 41 — übertrieben groß dargestellt ist. In der Wirklichkeit spielt sich die Deformation zwischen wenigen Hundertsteln oder Tausendsteln von einem Millimeter ab, hat aber trotz dieser Kleinheit bei den hohen Drücken sehr große Auswirkungen auf den Wirkungsgrad der Maschine.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist außer einem Dichtring 142, welcher sich gegen den Mantel 128 dichtend anlegt, ein zusätzlicher Stützring 160 vorgesehen, der zwischen dem Dichtring 142 und dem axial äußeren Seitenteil 120 zwischengeschaltet ist. Letzteres legt sich also nicht unmittelbar gegen den Mantel 128 an. Dichtring 142 und Stützring 160 schließen ferner unmittelbar die Ausnehmungen 131 für die Lagerung der Kolbenschieber 134 in dem axial inneren Seitenteil radial nach außen ab.

Der Dichtring 142 ist in der dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Art auf der dem Mantel 128 entgegengesetzten axial äußeren Seite stufenförmig mit den Stirnflächen 144 und 145 abgesetzt, wobei zwischen beiden Stufen ein elastischer Dichtungsring 150 zwischcngeschaltet ist. Die radial innere Stirnfläche 144 ist hierbei wieder kleiner bemessen als die Lauffläche 143, mit der der Dichtring 142 am Mantel 128 gleitet. In der Lauffläche 143 des Dichtringes 142 können Ausnehmungen 161 vorgesehen sein, die auf den Umfang verteilt sind. Sie können mit einer Druckquclle verbunden sein.

Ein weiterer elastischer Dichtungsring 162 dichtet den Spalt 163 zwischen dem Stützring 160 und dem Seitenteil 120 gegen das Innere der Ausnehmunuen 131 ab.

Das in den Ausnehmungen 131 befindliche Druckmittel dringt in ilen Raum 148 zwischen den beiden Ringen ein und preßt dieselben auseinander, indem der Dichtring 142 gegen den Mantel 128 und der Stützring 160 gegen das Seitenteil 120 gedrückt wird. Die in den Ausnehmungen 131 radial außerhalb der Kolbenschieber 134 gebildeten Kammern stehen vorzugsweise, z. B. über den Spalt an den Kolbenschieberenden, mit den auf der radial inneren Seite der Kolbenschieber gebildeten Kammern der Ausnehmungen 131 und über diese mit der Druckleitung der

ίο Maschine in Verbindung. Die Ausführung nach Fig. 4 ermöglicht die Verwendung eines besonders kräftigen Dichtringes 142. Das axial äußere Seitenteil (120) kann als einfache Scheibe ausgebildet sein, wodurch sich eine sehr einfache Konstruktion ergibt.

Andererseits kann jedoch auch in diesem Falle das axial äußere Seitenteil mit einem gegen den Mantel vorspringenden Bund versehen sein, oder es können die Ausnehmungen 131 durch einen besonderen Abschlußring radial nach außen abgeschlossen sein, wobei der Ring in radialer Richtung zwischen dem axial inneren Seitenteil und dem Dichtring 142 bzw. dem Stützring 160 zwischengeschaltet und gegebenenfalls mit Bohrungen im Sinne des ersten Ausführungsbeispiels versehen sein kann. Dichtring 142 und Stützring 160 können durch an sich bekannte, in der F i g. 4 nicht gezeichnete Sicherungsmittel wie z. B. Stifte od. dgl. gegen Verdrehung zueinander gesichert sein.

Auch können mehrere Dichtringe 142 und Stützringe 160 axial hintereinander zwischen Mantel 128 und Seitenteil 120 angeordnet werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt einen Dichtring 242, welcher dem im ersten Ausführungsbeispiel oder dem im zweiten Ausführungsbeispiel grundsätzlich entspricht. Dabei weist der Dichtring im Bereiche seiner dem Mantel 228 zugewandten Lauffläche 243 Ausnehmungen 261 auf, die mit einem Druckmittel beliefert werden können und Druckfelder zur Balancierung des Dichtringes 242 hervorrufen.

Die Ausnehmungen 261, von denen mehrere über den Umfang des Dichtringes verteilt sind, können wiederum mit den Arbeitskammern der Maschine in Verbindung stehen. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 261 mit den diametral gegenüberliegenden Arbeitskammern 240 b verbunden, d. h. mit Kammern, welche mit Bezug auf die den Ausnehmungen jeweils benachbarten Arbeitskammern entgegengesetzte Druckphase haben.

Die Verbindung erfolgt hierbei durch Bohrungen 264 im Dichtring 242 sowie durch Bohrungen 265, welche z. B. den axial vorspringenden Bund des axial äußeren Seitenteils 220 und das mit ihm fest verbundene radial innere Seitenteil 221 in geeigneter Weise durchsetzen. Die Bohrungen 264 und 265 sind durch eingesetzte Buchsen 266 miteinander verbunden, die auf der Seite des Dichtringes 242 sowie auf der Seite des Seitenteils durch elastische Dichtungen 267 gegen den Raum 248, 249 hinter dem Dichtring 242 abgedichtet sind. Selbstverständlich dürfen sich die einzelnen Verbindungsbohrungen 265, die die einzelnen Ausnehmungen 261 mit den Arbeitskammern verbinden, nicht berühren, um nicht eine Verbindung der Arbeitskammern untereinander zu bewirken.

Hierdurch wird erreicht, daß, wenn die benachbarte Arbeitskammer 240 α hohen Druck aufweist, die Ausnehmung 261 infolge der Verbindung mit der diametral gegenüberliegenden Arbeitskammer 240 6

unter verhältnismäßig niedrigem Druck steht. Der Dichtring wird infolgedessen durch den Druck im Raum 248 mit erhöhter Anpreßkraft gegen den Mantel 228 gedruckt, so daß entsprechend dem höheren Druck in der benachbarten Arbeitskammer 240 a der Dichtdruck des Dichtringes ebenfalls erhöht wird, während umgekehrt bei niedrigerem Druck in der benachbarten Arbeitskammer 240« auch der Anpreßdruck des Dichtringes 242 am Mantel 228 niedriger ist. Auch bilden unter Umständen die Ausnehmungen

261 Balancierungsfelder, welche Druckdifferenzen am Dichtring 242 ganz oder teilweise, je nach Bemessung der Ausnehmungen ausgleichen können. Diese Differenzen entstehen dadurch, daß aus verschiedenen Arbeitskammern oder Ausnehmungen mit unterschiedlich hohem Druck Arbeitsmedium in den Dichtspalt zwischen Mantel 228 und Dichtring 242 eindringt, wodurch der Dichtring 242 mit verschieden starkem resultierendem Druck aus dem ίο Dichtspalt und dem Raum 248 belastet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 649/1

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Abdichtvorrichtung einer Umlaufkolbenmaschine mit Hubeingriff und Schlupfeingriff zwischen einem sich drehenden Mantel, der axial begrenzt ist durch sich drehende Seitenteile, und einem exzentrisch umlaufenden Kolben, bestehend aus einer Kolbennabe und in dieser in Schlitzen radial beweglichen sowie in Ausnehmungen der Seitenteile geführten, druckbeaufschlagten Kolbenschiebern, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtvorrichtung ein in Nuten (47) der beiden Seitenteile (20, 24) dem Mantel (28) jeweils gegenüberliegend eingelegter Dichtring (42) ist, und daß die Nuten mit den Ausnehmungen (31, 33) in den Seitenteilen (20, 24) verbunden sind.

2. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (42) zu den Seitenteilen (20, 24) hin abgesetzt ist, und daß in die abgesetzte Fläche (46) eine zusätzliche Dichtung (50) eingesetzt ist.

3. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an der radialen Außenseite des Dichtringes (42) gelegene Raum (51, 52, 53) durch Bohrungen mit der Außenatmosphärc verbunden ist.

4. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Dichtring (142) und dem Seitenteil (120) ein Stützring (160) zwischcngeschaltet ist, gegen den der Dichtring (142) auf seiner Rückseite abgedichtet ist, derart, daß Dichtring (142) und Stützring (160) durch das in den Raum (148) zwischen beiden Ringen eindringende Druckmittel in entgegengesetzten Richtungen gegen den Mantel (128) bzw. gegen das Seitenteil (120) gedruckt wird.

5. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da'ß Dichtring (142) und Stützring (160) unmittelbar die Ausnehmungen (131) für die Kolbenschieber (134) radial nach außen abschließen und daß der Spalt (163) zwischen dem Stützring (160) und dem Seitenteil (120) über einen im Stützring (160) eingelassenen Dichtungsring (162) gegenüber den Ausnehmungen (131) abgedichtet ist.

6. Abdichtvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lauffläche des Dichtringes (242) mehrere auf den Umfang verteilte Ausnehmungen (261) vorgesehen sind, die mit den jeweils diametral gegenüberliegenden Arbeitskammern verbunden sind.

7. Abdichtvorrichtung nach den Ansprüchen I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dichtringe (142) und/oder Stützringe (160) axial hintereinander oder radial übereinander zwischen Mantel (128) und Seitenteilen (120) angeordnet sind.