DE1919175C3

DE1919175C3 - Selbstspannender Öldichtungsring für Kreiskolbenmaschinen

Info

Publication number: DE1919175C3
Application number: DE19691919175
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr.-Ing. 3255 Lauenau Müller
Original assignee: Teves-Thompson Gmbh, 3013 Barsinghausen
Filing date: 1969-04-16
Publication date: 1977-05-12

Description

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Die Erfindung betrifft einen selbstspannenden Öldichtungsring für Kreiskolbenmaschinen zur Abdichtung von axialen Kolbendurchführungen für eine Exzenterwelle.

Ein derartiger selbstspannender Öldichtungsring für Kreiskolbenmaschinen ist aus der Motortechnischen Zeitschrift »MTZ« 28 (1967) 9, Seile 354, bekannt.

In obengenannter Zeitschrift ist insbesondere in Bild 9 gezeigt, daß bei einem Öldichtungsring für Kreiskolbenmotoren die Verteilung des Anpreßdruckes zum Stoß hin stetig steigend ist. Die Dichtwirkung eines solchen Öldichtungsringcs ist aber durch den exzentrischen I hnlauf für den in Frage kommenden Drehzahlbereich nicht ausreichend. Bei der bekannten Vorrichtung wird dieser Nachteil dadurch behoben, daß zwei um 180° versetzt fixierte, sonst aber voneinander unabhängige Öldichtungsringe verwendet werden, die beide in der gleichen Nut angeordnet sind. Wird dabei durch Erhöhung der Drehzahl ein so großes Biegemoment am Stoß wirksam, daß dieser einfällt, so übernimmt der benachbarte Öldiehtungsring mit seinem an gleicher Stelle liegenden Ringrücken wegen seiner größeren Steifigkeit die Dichtwirkung und es tritt insgesamt keine Undichtheit ein.

Zur Lösung dieser Dichtaufgabe waren also zwei benachbarte Öldichtungsringe notwendig, was einen erhöhten technischen Aufwand und erhöhten Platzbedarf bedeutet und höhere Kosten verursacht.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Öldichtungsring der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß für alle üblichen Motorendrchzahlbcreiche eine genügende Dichtung erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besieht darin, daß der öldichtungsring bei der genormten Prüfung im Spannband bei einer zusätzlich aufgebrachten Punktlast, die mindestens von der Größe der Tangentialkraft ist und zu dieser senkrecht wirkt, Nenndurchmesser aufweist.

Die den Öldichtungsringen entsprechenden Kolbenringe für Hubkolbenmaschinen werden zum Stoß hin mit einer möglichst stetig steigenden Anpressung versehen. Derartige Kolbenringe ergeben im Spannband einen runden oder leicht ovalen Verlauf der Kontur. Die Wirkung aller Flächenpressungselemente, auch wenn sie stetig veränderlich sind, wird durch die Anwendung einer Tangentialkraft am Stoß bei der Prüfung nach DIN 24 909 in leicht meßbarer WeLe ersetzt.

Dem »Kolbenhandbuch« von N Ural, Seite 139, ist die Lehre zu entnehmen, den Stoßenden etwa den 1,4-fachen Wert des mittleren Anpreßdrucks zu geben. Da die Fliehkräfte aber auch senkrecht zur Richtung der Tangentialkraft wirken können, kann schon die bisherige Beschreibung des Kolbenringes im Spannrad die Forderungen, die an einen auch im ex/eninschen Schwerefeld lageunabhängig dreh/.ahllesien Kolbenring zu stellen sind, nicht erfüllen.

Die Notwendigkeil einer Punkllast von erheblicher Größe am Stoß ergibt sich aus der Tatsache, daß nach der Theorie der selbsispanncnden Kolbenringe die am Umfing wirkenden stetigen Kraftelemente sämtlich durch den Mittelpunkt des gespannten Kolbenringes gehen Die hierdurch darstellbaren Momenlanverliiufe besitzen nicht nur an den Stoßenden als natürliche Rmdbedingung den Wert Null, sondern auch den Momentenanstieg Null. Im Gegensatz hierzu isi bei Verwendung als Öldichtungsring für Kreiskolbenmaschinen die Wirkung aller elementaren Fliehkräfte nicht durch den Mittelpunkt gerichtet und baut deswegen wesentlich schneller das Biegemoment vom Stoßende her auf. Wenn auch das Stoßende wiederum als natürliche Randbedingung das Moment Null besitzen muß. so ist der Momcnicnunsücg an dieser Stelle von Null verschieden. Einen diesem Momentenanstieg der Fliehkraftwirkung entgegenstehenden, endlichen und von Null verschiedenen Wert des selbstspannendcn Öldichtungsringes kann man erfindungsgemäß durch eine Punktlast am Stoß erreichen, wjs näher nur durch die komplizierte Theorie des sclbstspannenden Öldichtungsringcs begründet werden kann.

E^n wesentliches Merkmal der Erfindung ist nicht nur die Definition einer Punktlast am Stoß an und für sich, sondern auch die Angabe ihrer notwendigen Größe im Verhältnis zur Tangentialkraft im Spannband.

Vorteilhaft werden größere Werte verwendet, wobei eine obere Grenze die Optimierung des Spannungsverlaufes im Öldichtungsring unter der zusammengesetzten Beanspruchung gibt, mit der Maßgabe, an keiner Stelle des Umfanges die Streckgrenze zu überschreiten.

Bei der er^rindungsgcmäßen Gestaltung des Öldichtungsringes ist im gespannten Zustand, also dem Einbauzustand, ein höherer Energieinhalt gegeben. Es ist nicht nur durch die Punkllast P_p am Stoß, sondern auch durch den in der Stoßnähe steileren Biegemomentenverlauf eine bessere Anpresswirkung gegeben. Versuche haben gezeigt, daß ein erfindungsgemäß gestalteter Öldichtungsring in der Lage ist, dieselbe Dichtwirkung wie ein Paar um !8O" gegeneinanderversetzte Kolbenringe zu erreichen.

In der Zeichnung sind in A b b. 1 ein Ausführungsbeispiel zum Stand der Technik und in A b b. 2 ein Beispiel zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

In ein Achsenkreuz x, y (A b b. 1) ist der Öldichtungsring 1 eingezeichnet und wird durch seine neutrale Faser charakterisiert. Der Momentanpol der Beschleunigungen liegt außerhalb bei 2. Vom Mcmentanpol 2 gehen alle auf den Öldichtungsring wirkenden Beschleunigungen 3 aus. Alle auf gleichen konzentrischen Kreisen 4,5, 6 und 7 liegende Massenelemente erleiden dabei gleich große Beschleunigungen. Von Bedeutung für die Dichtverhältnisse des öldichtungsringes 1 ist hierbei, ob die nach außen wirkende Eigenspannung des Öldichtungsringes die Fliehkräfte im Abschr.itt 8, 9, 10 und 11 ständig überwiegt oder ob infolge Überschreitung durch die Fliehkräfte eine Undichtheit durch Abheben des Öldichtungsringes von seiner peripheren Auflage auftritt. Da der Kolben im angeführten Beschleunigungsfeld 4,5,6,7 eine Drehung ausführt, kann der Stoß des öldichtungsringes beliebige Lagen auf dem

Öldichtungsring einnehmen, was wiederum Folgen lur dessen Dichtwirkung hat.

Ks laßt sich /eigen, daß tier Stuß, der allgemein als die schwächste Stelle am Öldichtungsring angesehen werden kann, bei Vorbeibeuegen in der Lage 9 leichter durch die Fliehkräfte von der Wandung abgezogen w ird als in anderen Lagen, wie /.B. 10, 11 oder 12. Dies leuchtet ohne weiteres ein. da ein einseilig eingespannter Biegeträger immer en c geringere Steifigkeit aufweisr als ein beidseitig eingespannter Trümer.

Während normalerweise ein Öldichtungsring 21 (Λ bb. 2) im Spannbad 22 /usammenge/ogcn durch die Angabe der Tangentialkian /', (kp pro mm axialer Kinghohe) und Jer ()\,ihiat. tlas isi der Durchmesser unierschied des Durchmessers /Juber Sioß 21 und des Durchmessers I) quer /um Sioß 2 5. definiert im. muß crlindungsgemaß die Angabe der (Kalität durch diejenige Kr.ill /',(kp pro mm axialer Ringhohe) crsel/t werden, die notwendig ist. um den Durchmesser I) über Sioß 21 im Spannband auf den Nenndurchmesser. das ist der Durchmesser der Aulnahmebohrung im Motor, /u bringen linier diesen Voraussetzungen urJ der erlmdungsgemaßen Angabe ler Grüße der Punktlas! /'., .i ii den Stoß kanu nach den bekannten Verlahrensrejeln die Kontur des ungespaniiien Oklichlui.gsnnges aiii;e>;eben und iieleriiiM w eitlen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Selbsispannender Öldichtung-.ring für Kreiskolbenmaschinen zur Abdichtung von axialen Kolbendurchführungen für eine Exzenterwelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Öldichiungsring bei der genormten Prüfung im Spannband (22) bei einer zusätzlich aufgebrachten Punktlast (P_p), die mindestens von der Größe der Tangentialkraft (P,) ist und zu dieser senkrecht wirkt. Nenndurchmesser aufweist.