DE1934262A1

DE1934262A1 - Dichtungssystem fuer Motoren oder Pumpen mit umlaufendem Kolben und/oder Gehaeuse

Info

Publication number: DE1934262A1
Application number: DE19691934262
Authority: DE
Inventors: Charles Eyer
Original assignee: Consulta Treuhand GmbH
Current assignee: Consulta Treuhand GmbH
Priority date: 1968-08-01
Filing date: 1969-07-05
Publication date: 1970-08-20
Also published as: DE1934262B2; DE1934262C3; SE369944B; GB1272667A

Description

Dichtungssystem fUr Motoren oder Pumpen mit umlaufendem Kolben und/oder Gehäuse

Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungs- oder Flüffligk ei t Βοΐο toren, Pumpen oder Kompressoren, die aus einem in Kammern unterteilten und mit Kolben versehenen Kapselsystem bestehen, dessen Kolben und/oder Kammern eine zentrische oder exzentrische Drehbewegung ausführen. Bei derartigen Maschinen erhebt sich das Problem einer einwandfreien Dichtung. Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen die Dichtung mittels scharfkantiger Dichtungsleisten oder -eegmente erzielt wird. Hierbei ergibt sich, insbesondere wenn es sich um eine exzentrische Maschine handelt, beispielsweise bei Tronchoid-Motoren, der Nachteil eines ausgesprochenen Verschleisses an den der Reibung ausgesetzten Wandungen, beispielsweise an den tronchoidenförmigen Wan den *.

Zur Vermeidung dieses Nachteila wurden bereits Maschinen vorgeschlagen, bei denen ein zylindrischer, mit Ausnehmungen versehener Zentralkörper vorgesehen ist, in dessen Ausnehmungen entweder als

Drehkolben ausgebildete oder rait Kompressionskammern versehene Körper relativ am» Zentralkörper drehbar ang eordnet sind. Dieser

• Z ·

ÖÜS83A/H93

- E —

Zentralkörper befindet sich in einem ihn umgebenden und relativ zu ihn drehbaren feststehenden oder umlaufenden Gehäuse, in welchem radiale Trennwände vorgesehen sind, die die Koiapressioaskantiem voneinander trennen oder auch selbst als Kolben dienen. Wird in diesen bekannten Maschinen der Durchmesser der im Zentralkörper drehbar gelagerten Körper gleich der Hälfte des InnendurchßesEers des Gehäuses, so wird nach dem Gesets von La Eire die von jedeia Punkt auf den Umfang dieses Körpers beschriebene Hypozykloide zu einer län^s eines Il Durchmessers verlaufenden Geraden, so dass in diese» FrJLIe die Y'an-

düngen der Trennwände der Kammern zu Ebenen werden, deren idelle Verlängerungen sich in der Mittelachse der Anordnung schneiden. Hierbei ergibt sich zwischen den in den Ausnehmungen des Zentralkörpers gelagerten drehenden Körpern in denen beispielsweise Ausnehmungen in der Art eingebracht sind, dass die stehen gebliebenen und beim Betrieb

getrennten .Kammern in die durch die Radialwande des Gehäuses/ein- und auslaufenden Teile angenähert die Form eines T aufweisen, einerseits und den ebenen Wandungen andererseits als Dichtungslinie eine Gerade, längs deren jedoch jeglicher Verschloiss durch Reibung vermieden ist, da sich die kinetischen Verhältnisse aus dem Geseta von La Hire ergeben; es besteht jedoch die Möglichkeit, dass diese Dichtungslinie, die durch eine scharfe spitzwinklige Kante dargestellt wird, durch Korrosion beschädigt oder zerstört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile auszuschalten, Zu diesem Zweck ist gemäsa der Erfindung ein für Verbrennungs- oder Flüssigkeitsmotoren, Pumpen oder Kompressoren bestimmtes ia Etnzelräume unterteiltes, Kammern und Kolben enthaltendes System, dessen

009834/1183 bad original'

Kolben und/oder Karmnern eine Drehbewegung ausführen, so ausgebildet, dass entweder die Kanten der Kolben oder der Kammern, insoweit diese Kanten sich entsprechend den kinetischen Gegebenheiten des Systems längs ebener oder gekrümmter Flächen bewegen, jeweils mit einem Wulst, einer Abrundung oder einer zylindrischen Rolle versehen sind, während die Wandungen der Kammern oder Kolben entsprechend der jeweiligen Ausführungsform gegenüber den sich aus den kinetischen Verhältnissen ergebenden ebenen oder gekrümmten Flächen parallel um soviel versetzt sind» dass der Wulst, die Abrundung oder die Rolle gerade bis zur Wandung reichen, längs deren sie mit oder ohne Reibung gleiten oder rollen. ^:

Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung noch eingehender beschrieben werden. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 die grundsätzliche Darstellung einer nach dem Prinzip einer zweiästigen Tronchaide arbeitende Maschine in Draufischt;

grundsätzliche

Fig. 2 in eehr schematisierter Ausführung"eine/Darstellung der Anwendung des Erfindungsgedankens auf die Maschine nach Fig. 1, in Draufischt;

Fig. 3 die schematische Darstellung einer nach dem Prinzip des Gesetzes von La Hire arbeitenden Maschine in Draufsicht, und zwar in der rechten Hälfte in der bisher bekannten Ausführung, in der linken Hälfte in der sich entsprechend der Erfindung ergebenden Ausführung.

Fig. k in sehr schematisiertor Daretellung die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine etwas andersartig arbeitende, jedoch ähnlich v.do die Maschine nach Fig* 3 aufgebaute Maschine, in -Prp.uf.-icli'tj _L J

009034/1193

.;,-,. ■ - . . - ,8ADORIGINAL

Fig» 5 und

flg. 6 Beispiele für eine etwas abweichende Lösung des Problems der Dichtung für Pumpen oder Motoren entsprechend de* Erfindungegedanken, jedoch ohne feste Trennwände, in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist das Prinzip eines Motors oder einer Pumpe mit zweiästigem Tronchoidensystem dargestellt« Bekanntlich zeigt sich in diesem Fall ^ aufgrund der mit Dichtungsleieten versehenen scharfen Kanten 1 des umlaufenden Dreiecks 2 nach einer gewissen Betriebszeit eine unter der Bezeichnung Waschbretteffekt bekannte Verschleisserscheinung, die, abgesehen von dem stärkeren Geräusch auch eine durch das Vibrieren des Rotors bedingte merkliche Verringerung der Dichtungswirkung mit sich bringt, sobald der bewegliche Teil mit hoher Drehgeschwindigkeit um^ läuft. '

ErfindungBgemäss wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, dass an den drei Ecken, die das Gehäuse berühren, in der in Fig. 2 gezeigten Weise ™ ein Wulst 3 oder eine Abrundung vorgesehen sind, deren Mittelpunkt sich jeweils im Schnittpunkt if der entsprechenden Dreieckseiten befindet. Anstelle eines solchen Wulstes kann man zylindrische Rollen vorsehen, die an den Ecken des umlaufenden Dreieckkörpers gelagert sind. Dies bedingt eine Vergrösserung des Durchmessers d der beiden Tronchoidenäste entsprechend dem doppelten Radius r des Wulstes oder der zylindrischen Rollen. Die Innenwandung des Gehäuses ist also durch eine Kurve 6 bestimmt, die in jedem Punkt parallel au der ursprünglichen, als Tronchoide vorlr.ufenden Wandung 5 nach aueeen versetzt let. Man erhält so

BAO ORIGINAL

008834/1113

"*■ s —

einerseits für den umlaufenden Teil und andererseits für den feststehenden Teil der Maschine jeweils die in Fig. 2 in stark schematisierter Weise dargestellte Form.

Um die Dichtung noch zu verbessern, kann man in dem abgerundeten Teil entweder mehrere aufeinanderfolgende Dichtungsleisten oder als Labyrinthdichtung v/irkende Nuten oder Löcher 7 vorsehen.

Im übrigen bringt die Vergrösserung des Durchmessers der beiden Kurvenäste den Vorteil, dassper Winkel β am Schnittpunkt der beiden Tronchoidenäste stumpfer ist als der Winkel otder ursprünglichen Kurve. Auf diese Weise erreicht man, dass die Beanspruchung durch thermische und mechanische Belastung am Schnittpunkt 8 der beiden Ä^ste der Tronchoidenkurve ebenso wie das Flattern der Dichtungsleisten sich jeweils auf einen vernachlässigbaren Wert verringern.

Des v/eiteren ergibt sich aus dieser Lösung der zusätzliche Vorteil, dass das nutzbare Hubvolumen bei gleichem Führungs- und Synchronisationsgetriebe grosser ist. Da die Dreieckseiten d Tangenten des inneren Zahnkranzes 9 des Synchronisierungsgetriebes sind, ist man bei der ursprünglichen Ausführungsform gemäss der Fig. 1 gezwungen der jeweils .entsprechenden Wandung 11 an den Punkten 10 eine konvex© Krümmung $u geben, um Iiei \Z sine ausreichende Material stärke zu erhalten, Dank der Satsache, dass die an üen Ecken, des Dreieckkörpera vorgesehenen Wulste otter Bollen einen ziemlich groseea Abstand zufisehe» der ursprüBgliehea

& URd der aufgrund der Vflfgta'seeruag· dee umlaufende» ergebende pai-alle zu ü vei&snif enden -linie 13

BAD-ÖR!QINAL

kann, man sogar auf jeder Arbeitsfläche des umlaufenden Körpers eine Ausnehmung IZf"in der Wandung 13 vorsehen, sodass einerseits das Volumen der Kompressionskammer 15 grosser wird und andererseits die gegen diese Kammer gerichtete Oberfläche des umlaufenden Körpers konkav ist. Man kann dieser Ausnehmung sogar in der durch die gestrichelten Linien 16 angedeuteten Weise eine unsymmetrische Form geben, durch die infolge der Änderung der Eichtung des Druckgradienten die Bildung des Drehmomentes im Umlaufsinn begünstigt wird. Indem an beiden Flanken des umlaufenden Körpers der den Abrundungen entsnrechende Umfang bei-

behalten wird, erhält man die Möglichkeit, eine beträchtliche Seitendichtung zu schaffen.

Wenn die Maschine an den drei Ecken mit Rollen versehen ist, kann man ein die ganze Breite des Gehäuses überdeckendes endloses Band vorsehen, 'das in Richtung der Linie 13 verläuft und dazu dient,- jegliche Reibung auszuschalten.

In Fig. 3 ist auf der rechten Seite in stark schematisierter Dar-P stellung eine Maschine bekannter Ausführungsform gezeigt, die nach dem

Prinzip von La Hire konstruiert ist. Die Wandungen der mit dem Gehäuse 22 einstückig zusammenhängende radialen Trennwände 21 sind Ebenen, die in Eichtung gegen die Mittelachse 23 der Maschine verlaufen} ihre ideelle Verlängerung ist durch die strichpunktierte Gerade Zh angedeutet. Die umlaufenden Körper 25 werden von Zylindern gebildet, die in Ausnehmungen des.Zentralkb^ers a6 gelagert sind und ihrerseits selbst wieder Ausnehmungen 2? enthalten, die so geformt sind, dase die ßtehengeM-iefrenen Teile jeweils etwa die Form eines T aufweisen* ■■■.■■ .".■"■ - - .-.■.■ ' - . -V- ' ■'" " ".

BAD ORIGiMAL

009834/11·$-

_ri Der Durchmesser dieser Zylinder 25 entspricht der Hälfte des Innen- >'· ' durchmesser* des Gehäuses 22. Nach dem Prinzip von La Hire bewegen 'λα- sich die Kanten 29 der T-förmigen Teile der umlaufenden Körper 25 %"·■:' reibungslos längs der ebenen Wandungen der Trennwände 21. Hierbei

; stellt die Kante 29 die Dichtungslinie dar, die frei von jeder

Abnutzung durch Reibung, aber anfällig gegen thermische oder mecha-

.: nische Beanspruchungen ist. Im übrigen ist es bereits aus herstellungs- »/■'. technischen Gründen kaum möglich, auf diese Weise eine vollkommene

*.. Dichtung zu erhalten.

Die linke Seite der Hg. 3 zeigt die dem Erfindungsgedanken entsprechend, durchgeführte Ausführungsform der gleichen Maschine. Die strichpunktierte Linie 2.k^x entspricht der Linie 2k auf der rechten Seite der Fig. 3 und stellt .die Gerade dar, längs deren sich nach dem Prinzip von La Hire der auf dem Umfang des den umlaufenden Körper 25' bilden-

den Zylinders liegende Punkt 31 bewegt. Dieser Punkt 31 stellt den Mittelpunkt des Kreises 32 dar, der durch seinen Schnittpunkt mit dem Zylindermantel die Kante 29' des umlaufenden Körpers 25' bestimmt. Die Tangente 3k an dem Kreis 32, die parallel zu der Geraden 2k¹ verläuft, ergibt dann die Richtung der ebenen Wandung 35 und der dem vom Punkt 31 nach dem Gesetz von La Hire durchlaufenden Weg entsprechenden Geraden 2M ist also gleich dem Radius des Kreises 32* Man erhält so eine Abrundung 33, die während des Betriebes der Maschine während einer gewissen Zeitdauer die V/andung 35. der Trennwand 32 berührt, und damit während dieser Zeitdauer die Dichtung zwischen dem Kompressionsraum 36 und der in den umlaufenden Zylinderkörper H5^l eingebrachten Ausnehmung 27' gewährlciGtet; auf diese Weise wirkt nicht dauernd die Gleiche

34/1193 BADORiGlNAL

— *O —

Linie als Dichtungslinie und ein zu starker Verschleiss wird vermieden, wobei sich noch zugleich die Möglichkeit ergibt, die in dem T-förmigen Teil 28¹ vorgesehenen Ausnehmung 37 wesentlich tiefer zu machen, als die im entsprechenden Teil 28 des umlaufenden Körpers bei d,er auf der rechten Seite der Figur gezeigten Ausführungsform eingebrachte Ausnehmung 30, Dies gestattet einerseits eine Selbst-Synchronisierung der Maschine, da zugleich mit der Verbesserung der Dichtungsverhältnisse jeder Abnutzung der Wandungen durch eine scharfe Kante des T-förmigen Teiles vermieden ist; andererseits wird bei Verwendung der Maschine als Verbrennungsmotor dank der Volumenvergrösserung der Ausnehmung 37 gegenüber der Ausnehmung 30 und der relativen Oberflächenverringerung der zylindrischen Flächen des T-förmigen Teiles der thermische Wirkungsgrad erhöht.

Die Fig. if zeigt eine Variante der Maschine gemäss der Erfindung, ι

die als Verbrennungsmotor arbeitet, bei. dem der Brennstoff direkt eingespritzt wird. Hierbei übernimmt von zv/ei aufeinanderfolgenden Trennwänden 51» 55 des Gehäuses jeweils eine, z.B. die Wand 51, die Kolle des Kolbens, während die entsprechende Ausnehmung 52. im umlaufenden Körper 53 zusammen mit der in die Trennwand 51 eingebrachten Ausnehmung ^h einen primären Verbrennungsraum bildet. In der Trennwand 51 ist die Einspritzdüse 59 vorgesehen. Die zweite Trennwand dient dazu, zwei aufeinanderfolgende Arbeitskammern voneinander zu scheiden, die jeweils einerseits aus dem zuvor erwähnten primären Verbrennungsraum 3k und den Sekundärverbrennungsräumen 56a und 56b bestehen. Der Trennwand 55 entspricht die Ausnehmung 57 des umlaufenden Körpers 53; sie dient lediglich dazu, den VorUbergang des umlaufenden Körpers an der Trennwand 55 und den Ausstosc der ver-

0061-34/1103- : ^

brannten Gase durch den Auspuff 58 zu ermöglichen, Die Abrundung, die die längs den Wandungen der Kolben-Trennwände 51 und der Scheidewände 55 gleitenden Kanten ersetzt, erhält man in der gleichen Weise wie die auf der linken Seite der Fig. 3 gezeigte Abrundung; der Abstand zwischen der Ebene 61, in der sieh der Mittelpunkt 63 des die Abrundung bestimmenden Kreises bewegt, und der Ebene 62, durch die die Wandung der Trennwand 51 bestimmt ist und die parallel zur Ebene 61 verläuft, hat also den gleichen liiert,wie der ladius der Abrundung. Das Gleiche gilt für die Scheidewände 55 und den entsprechenden Teil des umlaufenden Körpers 53»

Die hier beschriebene Ausführungsform zeigt den Vorteil, dass in der Stellung, in der sich der umlaufende Körper mit der Kolben-Trennwand 51 in Eingriff befindet und die Verbrennung la dem aus der Αηδή ehmmg 52 des umlaufenden Körpers 53 seibildeten Baxtm stattSindat, die Dichtung dadurch wesentlich verbessert nrird, dass sich 2«ls£h©n den Wandungen der Kolbön-Trennwand 51 mti der Ausnehmung fB des umlaufenden KörBers eine Art Lafoyrinfcfc 3&ld«$, das die ί

eiaes Etttwaitshena der ksxmprimlert«n Saee noch verringert» Seim. durefa

Iiaäiyrint» erfahren die heiSBsn JSase noch eiste

loT&anmg in den SekuiiaarVerbrennunssrSuiBen 3&a und %% uad so zusätzlich zur Antriebskraft bei»

Sobald der umlaufende Körper 53 die Stellung, iß der die Verbrennung stattfindet, yerlMBBt, entsteht eine Verbinduag zwischen dem primären Verbrennungsraum 5E-53 und dem Sekundärverbrennungsraum 56a

Utt

und es ergibt sich damit die nachverbrennung der noch/vollkommen

- TO -

0GSI3W1133

-ID-

verbrannten Gase, die sich im primären Verbrennungsraum befinden» Ausser der durch diese Naehverbrennung gewonnenen zu- ·- sätzlichen Kraft ergibt sich dabei noch der Vorteil, dass durch. '·-'■--• die Nachverbrennung die durch unvollkommene 'Verbrennung im pri-^: mären Verbrennungsraum entstandenen giftigen Gase dank dem überschuss an unverbrauchter Luft in den. Sekundärverbrennungsräumen beseitigt werden und so eine Verschmutzung der Luft vermieden wird. Verzichtet man auf die Verwendung der Nachverbrennung zur Erzielung einer zusätzlichen Antriebskraft, so kann man alle Trenn-

wände in gleicher Weise ausbilden, wie die "Wand 51.» so dass nur _:.-_: noch als Kolben dienende Trennwände vorhanden sind. In diesem Fall müssen im Gehäuse selbst oder im Seitenideckel jeweils zmsehen zwei aufeinanderfolgenden Trennwänden öffnungen für ilen .freien Austritt der verbrannten Gase vorgesehen sein. .Der Raum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Trennwänden dient auch hierbei zur Nachverbrennung der aus d^n Verbrennungskammern kommenden SaBe unu damit zur Beseitigung der darin enthaltenjKen giftigen Anteile,, Während hingegen die Rück*irkung auf den umlaufenden Körper «rasen*-

W lieh geringer ist als bei der zuvor JaesGhriekejien Ätisführungsform*

Selbstverständlich lässt sich die form anhand der in üg* ** beschriebenen Maschine unter Berücksichtigung der erforderlichen Änderungen·auch auf Flüssigkeitsmotoren, Pumpen oder Kompressoren anwenden.

Wählt man als Mittelpunkt für die an den beiden Seiton des T-förraigen Teiles vorgesehenen Abrundungen gemeinsam einen Punkt,

'■■■-■- 11 -

000834/

der auf der Mittelgeraden des T-Profils liegt, so werden die Wandungen der Trennwände zu beiden Seiten des von diesen abgeteilten Raumes von zueinander parallelen Ebenen gebildet, deren Abstand gleich dem doppelten Viert des Radius der Abrundungen ist.

Die Zahl der in den umlaufenden Körpern eingebrachten Ausnehmungen kann natürlich frei gewählt werden; die Zahl der"Trennwände ist

den

dann jeweils doppelt so gross wie die Zahl der in /uml au f en d en Körpern, vorgesehenen Ausnehmungen.

Die Zuführung der Frischluft bei einem Kotor, bei dem der Brennstoff eingespritzt wird, oder die Zuführung eines brennbaren Gasgemischs oder die Zuführung einer Antriebs flüssigkeit oder schliesslich die Zuführung eines zu fördernden Mediums erfolgt jeweils in an sich bekannter Weise; die entsprechenden Mittel sind daher in der Zeichnung nicht dargestellt.

Fig. 5 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Variante für eine Pumpe oder einen Motor, bei der die umlaufenden Körper 6a und 6if' keine Ausnehmungen aufweisen und die festen Trennwände durch bewegliche Trennwände 6?¹ ersetzt sind, die auf einem endlosen Riemen 65 angelenkt oder in anderer geeigneter Vi ei se befestigt sind, der um die beiden umlaufenden Körper gelegt int. Dabei kann das Gehäuse in eine beliebige Zahl, etwa in der in der' rechten Hälfte in Fig. 5 gezeigten V/eise in vier, oder in der in der linken Hälfte gezeigten Weise in nur zwei Kompressionskammern unterteilt sein. Die einzelnen Punkte der Riemen laufen entsprechend

_ ι ρ _

009834/1193

BAD ORIGINAL

dem Prinzip von La Hire längs des jeweils entsprechenden Durchmessers 67 des Gehäuses 68 hin und her; die beweglichen Trennwände werden also radial in ihrer Längsrichtung hin- und hergeschoben.

Fig. 6 stellt eine andere Variante dar, bei der die Kammern 71» von einem elastischen dünnen Streifen oder Riemen 73 begrenzt werden, der an den Punkten 70 am Gehäuse festgelegt ist. Die umlaufenden Körper 69, 69' rollen auf der Innenfläche des Streifens 73» wobei sie diesen in der einen oder der anderen Richtung verlagern. In Fig. 6 haben in dem dargestellten Zeitpunkt die Kammern 72 und 72' gerade ihr kleinstes und die Kammern 71 und 71' ihr grösstes Volumen.

Dr.Fh/Hs/630

009834/1193

Claims

Patentansprüche

1. jDichtungssystem für Verbrennungs- oder Flüssigkeitsmotoren, Pumpen oder Kompressoren, die aus einem in Kammern unterteilten und mit Kolben versehenen Kapselsystem bestehen, dessen Kolben und/oder Kammern eine zentrische oder exzentrische Drehbewegung

ausführen, dadurch gekennzeichnet,

dass die Kanten der Kolben

und/oder der Kammern, insoweit sie sich längs elener oder gekrümmter· Flächen bewegen, deren Form der von dl es en. Kanten entsprechend dea kinetischen Verhältnissen des Systeme ausgeführten Bewegung entspricht, Jeweils mit einem Wulst,, einer J&jbrundang . oder einer zylindrischen Bolle versehen sind* und dass die Wandungen der Kammern ©der der Kolben im Bezug auf die ebenen oder gekrümmten flächen, wie sie entsprechend der Kinemait$ik des Systeme sich ergeben würden, derart versetzt sind, oder parallel zu diesen verlaufen, dass der Wulst, die Abrundung oder die Solle bis zu der Wanduag reicht; und auf dieser mit oder ohne lei bung gleit el oder rollt,

2. Dichtungssysiem für Verbrennungs- oder Flüssigkeitsmotoren, Pumpen oder Karapreesoren, die aus einem In Kammern unterteilten und mit Kolben versehenen Kapselsystem bestehen, dessen Kolben und/oder Kammern eine zentrisehe oder exzentrische Drehbewegung ausführen,

009134/1111 ^!

dadurch gekennzeichnet, dass das IColbensystem laus'.einem um-'die Mittelachse des Gehäuses umlaufenden Zentral'kö.rper besteht, in' dem zylindrische Körper (6^, 6k^% , 69, 69') mit einem Durchmesser, der die

Hälfte des Innendurchmessers des Gehäuses beträgt, gelagert sind^t und dass um die zylindrischen Körper ein entweder an ihnen elastisch anliegendes endloses Band "bzw. ein entsprechender Riemen, oder ein · an mehreren Punkten der Innenfläche des-Gehäuses- befestigtes el'as-.. tisches endloses Band bzw. ein entsprechender Elenven angeordnet ist.

ORIGINAL

008834/1183