DE1751432A1 - Kreiskolbenmaschine - Google Patents

Description

Patentanwalt·

Beetz u. Lemprecht

I / O f *f d 2

29.5.1968

Ostav pro vyzkum motorovych vozidel., Praha 9 CSSR, Lihovarskä 12

Kreiskolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenmaschine mit einem Gehäuse, dessen Hohlraum an den Selten durch Stirnwände abgegrenzt ist j durch Vielehe eine V/olle führt,, auf deren Exzenter drehbar ein Kolben gelagert'ist, der sich im Hohlraum des Gehäuses kreisend bewegt und an seinen Seiten mit Dichtungsringen versehen ist, die axial an die angrenzende! Gehäusestirnwände angedrückt werden und n:it jeder der beiden Geiiäusestirnwände an mindestens zwei kon- " zentrisch angeordneten Dicht-Gleitflächen in Berührung stehen.

Bei Maschinen dieser Art, insbesondere bei Kreiskolben-Brenn-■ kraftmaschinen;, strömt durch den Innenraum des Kolbens in der Regel eine flüssigkeit, deren Aufgabe einerseits darin besteht, den Kolben abzakühlerij andererseits darin* die Schmierung des Kolbeiilagers und des ICopplungsgetriebes; zu sichern. Der Kolben ist iXi tiex· Hegel an seien Seiten mit Dichtungsringen versehen, die das Ilorau^'oreten der Kühl- .und Schmierflüssigkeit aus dem inneren llolbenro.,:h\ an den eel ten entlang In die Arbeitsräume der Maschine verhindern. An Jeder Seite des Kolbens ist gewöhnlich entweder ein

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Dichtungsring oder mehrere Dichtungsringe angeordnet, boll eine solche mehrfache Anordnung perfekt funktionieren, ist eine Einrichtung erforderlich, welche die über den radial inneren Dichtungsring in den ringförmigen Raum zwischen den Dichtungsringen hineingedrungene Flüssigkeit abführt. Wird der Abfluß nicht in genügender Weise, gesichert, füllt sich der ringförmige Raun nach einer gewissen Zeit mit Flüssigkeit, die nier unter Überdruck ko.ui.it. Durch diesen Überdruck wird dann irgendeiner der Dichtungsringe von der Gleitfläche der Gehäuses tirnvv and abgerückt und dadurch die Punkt ion · der gesamten Dichtung gestört.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung mit einigen konzentrisch angeordneten Diehtui-gsriii^oi., Lzw, eine Anordnung r.iit einem einzigen Dichtungsring,, der lr.i: einigen Gleitflächen verseheniist, mit einer geeigneten Einrichtung für die Entfernung der angesammelten Flüssigkeit ε.υ.ε dem ringförmigen Raum zwischen diesen Dichtungsringen bzw. zwischen den Gleitflächen eines einzigen Dichtungsringes zu verbinden, und dadurch die. Funktion der Dichtung zu vervollkommnen.

Die Funktion der Dichtungsringe an den Seiten des Kolbens wird a j ch durch den Druck des Arbeitsmedium ungünstig beeinflußt. In Brennkraftmaschinen sind es hauptsächlich expandierende vez-brannte Gasej die infolge des unvollkommenen Dichtungsystems an den Seiten des Kolbens teilweise bis zu den Dichtungsringen durchdringen. Die

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Dichtungsringe werden durch den Druck des entwichenen Arbelts-■ mediums von der Gleitfläche der Gehäusestirnwand weggedrängt, so daß die Kühl- und Schmierflüssigkeit in die Arbeitsräume der Maschine hineindringen kann, Aufgabe der Erfindung ist es also, auch den ungünstigen Einfluß der Reste des Arbeitsmediums auf die Dichtungsringe herabzusetzen.

Erfindungsgenäjä ist mindestens eine der an den Kolben ari-.grenzenden Gehäusestirnwände mit einer oder mehreren Abflußr öffnungen versehen, die den ringförmigen Raum zwischen de*. Dichtungsringea bzw. zwischen den Gleitflächen eines Dichtungsringes und dem radial außerhalb dieser Dichtungsringe befindlichen Raum mit einem Sammelbehälter- und gleichseitig auch mit der äußeren Atmosphäre verbinden, wobei die Fläche für die Mündung der Abflußöffnungen an der Gleitfläche der Gohäusestirnwarid radial außen durcj: eine Hüllkrtive begrenzt ist, die gebildet wird radial durch:die äußeren Kanten der Gleitfläehen seitlicher DichtunGsleisten bzw. auch durch den Boden von Rillen für Scheiteldichtungsleisten im Kolben und radial innen.durch:einen Hüllkreiß, der radial durch · die innere Karte der'innerei. Gleitfläche des Dichtungsringes gebildet v/ird.

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Die Erfindui.g soll nun untei¹ Hinweis auf die Darstellungen der -Zeichnung ;.ähe:· erklärt v.'erden. Es zeigen: i

Pig. 1 eine erfindungsgeciäße-Anordnung in einer Brennkraft-

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maschine mit einem dreischeiteligen Kreißkolben und einem Doppelbogen-Gehäusehohlraura; . *

Pig. 2 einen geraden Teilschnitt durch die Maschinenaqhse X-X; Fig. J5 eine spezielle erfindungsgemäße Anordnung;

Fig. 4 eine Einzelheit einer beispielsweisen Ausführung eines Dichtungsringes;

Fig. 5 Einzelheiten von Gleitflächen an einem einzigen Dichtungsring, und .

Fig. 6 eine Ausführung, die z.B. für Maschinen mit mehreren Kolben geeignet ist.

In Fig. 1 bezeichnet _1 ein Gehäuse, in dessen Hohlraum ein ' Kolben 2 kreist, dessen Scheitel die einzelnen Arbeitsräume voneinander trennen.

Der Kolben ist mit einem System von Gasdichtungen versehen, dessen Aufgabe darin besteht, das Entweichen des Arbeitsmediums aus den Arbeitsräumen zu verhindern. Das System besteht aus Scheitel- W dichtungsleiste!! ^, seitlichen Dichtungsleisten k und J^ und Dichtungszapfen 6. Jede Kolbenseite ist außerdem mit zwei konzentrisch angeordneten Dichtungsringen 2 und 8 versehen, die an die Gehäusestirnwände angedrückt werden und mit ihnen in den Gleit flächen £ und JLO lh. Berührung stehen. Die Aufgabe dieser Dichtungsringe besteht darin, das Entweichen der Kühl- und Schmierflüssigkeit aus dem Raum im Inneren des Kolbens entlang seinen Seiten in die Arbeitsräume der Maschine zu verhindern. Die Flüssigkeit, die infolge der unvoll-

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kommenen Funktion des inneren Dichtungsringes 2 ^an diesem durchdringt, wird noch durch einen äußeren Dichtungsring 8 abgefangen. Der ringförmige Raum _1_1 zwischen den beiden Dichtungsringen wird so nach einer gewissen Betriebszeit mit entwichener Flüssigkeit

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gefüllt. In den Gehäusestirnwänden JJ2 und _T5 sind Abflußöffnungen j jA vorgesehen, die den Raum zwischen der Kolbenseite und der an- ' grenzenden"Gehäusestlrnwand über den Sammelhohlraum■ 1£ und in Fig.l j und 2 nicht dargestellte Abflußkanäle mit einem Sammelbehälter J und gleichzeitig auch mit der äußeren Atmosphäre verbinden. Die Verbindung mit der äußeren Atmosphäre wird durch eine übliche ; Einrichtung für die Lüftung des in Fig. 1 und 2 nicht dargestellten . Sammelbehälters erzielt. ' i

Die Abflußöffnungen müssen an der Gleitfläche der Gehäusestirnwände derart münden, daß sie während der kreisenden Bewegung des Kolbens nicht bis in die Arbeitsräume der Maschine hineinragen bzw. daß sie die Funktion des Systems der Gasdichtungen nicht behindern.

Deshalb ist die für die Mündung geeignete Fläche JLjS radial außen durch eine Hüllkurve begrenzt, die durch das System der GasdichtunGen gebildet wird. ' . _:

In der Ausführung gemäß Fig. 1 und 2 ist diese Grenzkurve die Hüllkurve Γ£, die radial durch die äußere Kante der Gleitfläche der

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seitlichen Dichtungsleisten J| und durch den Boden _18 der Rillen der Scheiteldichtungsleisten j5 gebildet wird. Innen ist die in Fig.- ] schraffiert gezeichnete Fläche _l6 durch den Hüllkreis _1_2 begrenzt, den bei der rotierenden Bewegung des Kolbens die innere Kante der Gleitfläche £ des radial inneren Dichtungskreises _£ bildet. Es sind auch andere Anordnungen des Systems der Gasdichtungen, die von der Ausführung gemäß Fig. 1 und 2 abweichen, möglich, z.B. lediglich mit einfachen Seitenleisten 2 oder mit Rillen für die Scheiteldichtungsleisten, die derart angeordnet sind, daß deren Böden l8 nicht mehr in die Grenz-Hüllkurve _T£ eingreifen.

Wenn sich der Kolben 2 in der in Fig. 1 angedeuteten Lage befindet, ist die Abflußöffnung _l4 mit der ringförmigen öffnung _Π zwischen den Dichtungsringen J_ und 8, die mit der durchgedrungenen Kühl- und Schmierflüssigkeit gefüllt ist, verbunden. Auf jede Partikel der FlüssigkeitsfUllung /\ V im ringförmigen Raum YL wirkt eine resultierende Beschleunigung a ein, deren Größe zur Entfernung der betreffenden Flüssigkeitspartikel vom Besohleunigungspol P proportional ist und deren Richtung durch die Verbindungslinie der betreffenden Partikel mit dem BesGhleunigungspol P gegeben ist. Der Beschleunigungspol ist in jedem Augenblick gegen den Exzenter um l80° gedreht und liegt außerhalb des ringförmigen Raumes ^JL; Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß fast auf jede Partikel/^ V der Flüssigkeit im ringförmigen Raum JU eine tangentiale Komponente der Beschleunigung a_t einwirkt, welche die Bewegung dieser Partikel in .

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Richtung zur Abflußöffnung Vi ermöglicht.' In der Zelt, in welcher <der rirg'örmige Raum JU mit irgendeiner der Abflußöffnungen JL4 verbunden ist, wird die Kühl- und Schmierflüssigkeit aus dem ringförmigen Raum in diese Abflußöffnung hinein- und aus ihr weiter · in den Sammelbehälter gedrängt. Bei der weiteren Bewegung des Kolbens läuft der äußere Dichtungsring 8 mit seiner Gleitfläche 10 über die Abflußöffnung Ik. und die Verbindung des ringförmigen Raumes JU. mit der Abflußöffnung wird unterbrochen. Nun verbinden beide Abflußöffnungen den Raum zwischen der Seite des Kolbens 2. und der angrenzenden Gehäusestirnwand'1J2, der durch die seitlichen Dichtungsleisten ^j, den Dichtungszapfen 6 und die Gleitfläche' des äußeren Diohtungsringes S begrenzt ist, mit dem Sammelbehälter und mit der äußeren "Atmosphäre. In diesen Raum dringen über das System der Qasdichtungen expandierende verbrannte Gase teilweise ein. Diese Gase würden hier ohne die Abfluflöffnungen Ik einen Überdruck verursachen, und zwar auch in der Zeit, in dem in einem der Arbeitsräume das Ansaugen erfolgt, da der geringe Druck in diesem Raum durch den überdruck in den übrigen Arbeitsräumen, in denen zur gleichen Zeit die Kompression bzw. Expansion verläuft, mehrfach aufgewogen wird. Die'Kühl- und Schmierflüssigkeit, die sich in der Abflußöffnung Ik ansammelte, wird nun vom Strom der verbrannten Gase, die durch diese -Öffnung In den Sammelbehälter entweichen, mitgenommen, während die Gase v/eiter in die-freie Atmosphäre entweichen.

Die Reste der verbrannten Gase, die die Möglichkeit besitzen,

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auf diese Weise durch die Abflußöffnungen at entweichen, können die . Dichtungsringe J_ und _8 nicht mehr von der Gleitfläche der Gehäuslstdrnwand wegdrücken. Es genügt also eine geringe Andrückkraft für das Anlegen dieser Dichtungsringe an die Gleitfläche der Gehäusestirnwand, vas sich durch niedrigere passive, d.h. Reibungs-Widerstände des Motors äußert; das Vorhandensein eignes praktisch drucklosen Raumes über den Dichtungsringen J_ und _8 gestattet eine radiale Erweiterung dieser Dichtungsringe und dadurch eine Steigerung ihrer Elastizität in der axialen Richtung. Der elastische Dichtungsring paßt sich den Unebenheiten der Gleitfläche der Gehäusestirnwand besser an, die beim Betrieb des Motors im Gehäuse vor allem infolge thermischer Deformationen der erwärmten Gehäusestirnwände entstehen.

Der ringförmige Raum JJL und der Raum radial außerhalb der Dichtungsringe ]_ und 8 körren mit dem Sammelbehälter und der äußeren Atmosphäre auch über eine Abscheideeinrichtung verbunden werden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist schematisch in Fig. 5 dargestellt.

Die Abflußöffnungen V\ sind hier zuerst mit dem Scheideraum 20 verbunden, und zwar entweder diräct, wie in der figur links bei der Abflußöffnung dargestellt, oder über einen Verbindungsraum 21 und eine Verbindungsöffnung 22. als Abflußöffnung in der Zeichnung rechts. In den Scheideraum 2Ό entweicht über die Abflußöffnungen J^4 einerseits die Kühl- und Schmierflüssigkeit aus dem ringförmigen Raum Vl, andererseits die verbrannten Gase aus dem Raum außerhalb der Dichtungsringe 2 und 8. Die Flüssigkeit aus dem Scheideraum 20

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fließt durch die Öffnung 2^ in den 'Saramelbehalter _24, während die verbrannten Gase über den Lüftungsansatz _2j> in die äußere ' Atmosphäre entweichen.

Pig. Ψ zeigt eine Einzelheit einer der möglichen Ausführungen der Dichtungsringe 2 ^^ 8· Diese Dichtungsringe werden an die Gleitfläche JIJj) der Gehäusestirnwand durch einen Andruckring 26 angedrückt. Der Andruckring wird aus einem elastischem Material, z.B. aus Silikongummi hergestellt, sein Querschnitt hat im nicht zusammengedrückten Zustand im wesentlichen die Form von zwei Dreiekcen mit einander berührenden Scheiteln. Ein derartiges Profil besitzt den Vorteil, daß beim Zusammendrücken des Andruckringes sich die 'Arme" des Profils fortschreitend derart deformieren, daß eine geeignete Abhängigkeit des Zusammendrücken des Andrxkringes von der Größe der Andruckkraft erreicht wird. Das bedeutet, daß eine geeignete Größe des Andrucks auch bei einem genügend großen Bereich des Maßes des Zusammendrückens des Andriiekringes eingehalten wir-d. Ein solcher Bereich des Zusammendrückens kann infolge Produktionstoleranzeii, Montage oder infolge von Betriebsdeformationen vorkommen. Beim Zusammendrücken des Andruckringes drücken sich die Scheitel seines Profils an den Dichtungsring ']_ und 8 und auch an den Kolben an und verhindern dadurch das Durchdringen der Kühl- und Schmierflüssigkeit aus dem inneren Raum des Kolbens in die Arbeitsräume der Maschine,

Bei der in Fig. 5 dargestellten Einzelheit sind die Gleit-

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flächen £ und JjO an einen einzigen Dichtungsring 2ß ausgebildet,~ wodurch in ihm a.uch ein ringförmiger Raum JJ. entsteht. Der Dichtungsring _28 wird wiederum 'durch den Andruckring _2β gegen die Gleitfläche der angrenzenden Gehäusesti'nwand JT3 gedrückt. Die "unterschialiche Abnutzung der Gleitflächen £ und J₁O, die infolge der unterschiedlichen Gleitgeschwindigkeiten entstehen, .wird durch axiale Elastizität des Dichtungsringes j28 ausgeglichen.

Falls in einer Gehäusestirnwand der Sammelhohlraum JJjj zum Einlassen der Kühl- und SchmierflUssigkeit und in der zweiten Gehäuses tirnwand zum Auslassen dient, oder im Falle von Mehrkolben-Maschinen, eigent sich die Anordnung gemäß Fig. 6, die einen Teil-^ Achsenschnitt des Motors darstellt. Die ringförmigen Räume an beiden Seiten des Kolbens 2 sind durch einen oder mehrere' VerbidYiungskanäle 2J_ miteinander verbunden und die Abflußöffnungen bzw. mindestens ^; eine von ihnen, sind nur in der Gehäusestirnwar.d JJ2, die zum Auslassen der Kühl- und Schmierflüssigkeit aus dem inneren Raum des ' Kolbens dient, vorgesehen, so jdaß die Flüssigkeit in den in Fig. 6 links angedeuteten gegenüberliegenden ringförmigen Raum JJ. eindringt. Sie fließt in die Abflußöffnungen Jj; über Verbieg urigskanäle 28 und über die angrenzende ringförmige Öffnung Xl ab. Falls die Kühl- und Schmierflüssigkeit aus den Abflußöffnungen übe/r einen Scheideraum, xvie in Fig. 3 nachgedeutet, geführt wird, können die"- ' Abflußöffnungen ]Λ z.B. in der Gehäusestirnwand angeordnet werderr] an die dieser Scheideraum leichter angeschlossen werden kann. ·· ^; ■'

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Kreiskolbenmaschine mit einem Gehäuse, dessen Hohlraum an den ,Selten durch Stirnwände abgegrenzt ist, durch xvelche eine Welle führt, auf deren Exzenter drehbar ein Kolben gelagert ist, der sich im Hohlraum des Gehäuses kreisend bewegt und an seinen Seiten mit Dichtungsringen versehen ist, die axial an die angrenzenden Gehäusestirnwände angedrückt werden und mit jeder der beiden Geh&ueestirnwände in mindestens zwei konzentrisch angeordneter Dicht-Gleitflächen in Berührung stehen, dadurch g e k .e η x.. ζ e i ch net , daß mindestens eine der an den Kolben (2) angrenzenden Gehäusestirnwände (12,13) mit mindestens einer Abflußöffnung versehen ist, die den ringförmigen Raum (11) zwischen den Dichtungsringen (7,8) bzw. zwischen den Gleitflächen (9*10) eines Dichtungsringes (28) und[den radial außerhalb dieser Dichtungsringe mit einem Sammelbehälter (24) und gleichzeitig auch mit der äußeren Atmosphäre verbindet, wobei die Fläche (l6) für die Mündung der Abflußöffnungen (14) an der Gleitfläche der Gehäusestirnwand radial außen durch eine Hüllkurve (1?) begrenzt ist, die gebildet uiiii radial außen durch die äußeren Kanten der Gleitflächen seitlicher Dichtungsleisten (5) bzw. auch durch den Boden (18) von Rillen für Scheiteldichtungsleisten im Kolben und radial innen durch einen Hüllkreis, der radial durch die innere Kante der inneren Gleitfläche (9) des Dichtungsringes (7* 28) gegeben ist.

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2. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (11) und der Raum radial außerhalb der Dichtungsringe (8, 28) abwechselnd mit dem Sammembehälter (24) und gleichzeitig auch mit der äußeren Atmosphäre über Abflußöffnungen (14) und über einen Sammelraum (15) verbunden sind.

5· Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (11) und der Raum radial außerhalb der Dichtungsringe (8, 28) abwechselnd mit dem Sammelbehälter (24) und gleichzeitig auch mit der äußeren Atmosphäre über Abflußöffnungen (l4) und über einen Scheideraum (20) verbunden sind.

4. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, 2 und ^ , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Abflußöffnung (14) nur in einer der beiden an den Kolben (2) angrenzenden Stirnwände (12, IJ) des Gehäuses vorgesehen sind und daß die ringförmigen Räume (11) an beiden Gelten des Kolbens (2) durch mindestens einen, durch den Kolben (2) durchgehenden Verbindungskanal (27) miteinander verbunden sind.

5. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeiclinet, faß die Dichtungsringe (7, 8, P:8) an die Gleitfläche der Gehäusestirnwand (1?.) durch einen Andruckring (26) angedrückt werden, der aus elegischem Material hergestellt ist und dessen Profil Ιϊπ nicht zusaeufiengedrückten Zustand im wesentlich η die Form von zwei Dreiecken mit sich berührenden Scheiteln hat.

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