DE2128355A1

DE2128355A1 - Radialdichtung für Kolben von Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2128355A1
Application number: DE19712128355
Authority: DE
Inventors: Johannes 7101 Kirchhausen; Frese Hans Jürgen 7107 Bad Friedrichshall; Bedenbender Rainer 6341 Fellerdilln; Heim Josef 7101 Oedheim Reitz
Original assignee: Karl Schmidt Gmbh, 7107 Neckarsulm
Priority date: 1971-06-08
Filing date: 1971-06-08
Publication date: 1972-12-28
Also published as: US3799709A

Description

KARL SCEMIDT GMBH 6 Frankfurt (Main), 25.5.1971

7107 Neckarsulm , DrQ/GKp Christian-Schmidt-Str. 8/12

Prov. Nr. 6696 KS

Radialdichtung für Kolben von Rotationskolben-' Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf die Radialdichtung eines innenachsigen, mehreckigen, konzentrisch auf einer Exzenterwelle, vorzugsweise mit Schlupfeingriff gelagerten Kolbens, insbesondere aus Leichtmetall, von Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einer in jeder Kolbehecke mit geringem Spiel in einer achsparallel verlaufenden Kolbennute eingesetzten Dichtleiste, deren Enden jeweils in einem korrespondierend zur Kolbennute liegenden Einschnitt eines Dichtbolzens sitzen.

Bei Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen führt die gegen die Innenmantelfläche und die Seitenteile des Gehäuses infolge Linienberührung und hoher durch den Druck der Verbrennungsgase erzeugte Flächenpressung dichtende, auf jeder Kolbenecke angeordnete Dichtleiste während des Kolbenumlaufes eine Schwenkbewegung aus, wobei das Entlanggleiten der Dichtleiste an der Innenmantelfläche des Gehäuses überwiegend im Gebiet der Mischreibung erfolgt* Die dabei entstehende Reibungswärme muß zusammen mit der durch die Brenngase'an die Dichtleiste abgegebene Wärme über den Kolben abgeführt werden, da sonst infolge der vergleichsweisen hohen thermischen Belastung Formabweichungen, LagerSpieländerungen, Wärmeverzüge, ein Ausschlagen der, Kolbennuten und ein Verschleiß der Dichtleiste infolge der Taktfolge der Schwenkbewegung der Dichtleiste c-in treten kann und damit eine einwandfreie Funktion der Rotatiouskolben-Vsrbre-nnüngskraftinaschine nicht mehr

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gewährleistet ist. Es ist deshalb eine intensive Kühlung der Kolbenecken erforderlich, die jedoch im Hinblick auf eine schnelle Abführung der Wärme erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten ist es bekannt, Kolben von Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen als Hohlkörper auszubilden, dessen Hohlräume von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Zu diesem Zweck wird bei zwangsgekühlten, mehreckigen Kolben von Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen in Trochoiden-Bauart der Raum für die Kühlflüssigkeit jeweils zwischen zwei Ecken des Kolbens in der Kolbenflankenmitte durch eine in Achsrichtung des Kolbens liegende Trennwand in Einzelräume unterteilt. Jeder Einzelraum weist an einer Kolbenecke eine radiale Bohrung, durch welche vom Kolbenzentrum her die Kühlflüssigkeit zugeführt wird, auf. In der Nähe der diesen Einzelraum vom folgenden Einzelraum abteilenden Trennwand sind Bohrungen vorgesehen, .-. durch die die Kühlflüssigkeit abgeführt wird (DT-AS 1 145 430).

Bekannt ist auch eine Kühlung der Radialdichtungen von Kolben für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen, wobei beidseitig der* Radialdichtungen achsial verlaufende Kühlmittelkanäle und im Kolben Ringkanäle angeordnet sind. Die Kühlmittelzu- und -abfuhr für die Kühlmittelkanäle erfolgt durch einen mittleren Kühlmittelzufuhrkanal und durch an den, Enden der achsial verlaufenden Kühlmittelkanäle angeordnete Kühlmittelabfuhrkanäle, die mit den Ringkanälen verbunden sind (DT-PS 1 251 580).

Bei einem anderen bekannten Kolben für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen sind für e±ne mittelbare Kühlung die Ecken so ausgebildet, daß sie gut wärmeleitende Stoffe, z.B. Natrium, aufnehmen können. Für die unmittelbare Kühlung des Kolbens mit Öl weist diese um seine Nabe herum einen Ringraum auf, dessen radiale äußere Wandung jeweils in den Bereichen zwischen den Ecken die Kolbenflanke bildet, wobei

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der Ringraum durch eine quer zur Kolbenachse liegende Wandung in zwei nach den Kolbenstirnwänden hin offene oder abgedeckte Teilringräume abgeteilt ist (BT-AS 1 189 782).

Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Kühlsysteme ist es zwar möglich, die thermische Beanspruchung, insbesondere der Kolbenecken» zu senken, die Kühlung ist jedoch nicht so intensiv, daß eine optimale Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Kolbenecken, insbesondere von den Dichtleisten, erzielt wird« ■■-.■

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Kühlung der Kolbenecken so zu. gestalten, daß eine optimale Wärmeabfuhr von dort, insbesondere von den thermisch am stärksten belasteten Dichtleisten, gewährleistet ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Bereich einer jeden Kolbenecke ein aus einem ,vom Werkstoff des Kolbens verschiedenen Werkstoff bestehender Dichtleistenträger achsparallel und radial angeordnet ist. Jeder Dichtleistenträger besteht aus einem beidseitig beispielsweise durch in die Kolbenstirnflächen eingesetzte Scheiben verschlossenes von einem Kühlmittel durchströmbaren Rohr, das auf der radial nach außen liegenden Seite einen die Kolbennute aufweisenden Ansatz besitzt.

Di© Zulauföffnung des Rohres mündet über einen Zulaufkanal in einem auf der einen Stirnseite und die Ablauföffnung des Rohres über einen Ablaufkanal in einem auf der anderen Stirnseite der Kolbennabe angebrachten Ringraum, wobei der eine Ringraum für den Kühlmittelzu- und der andere für den Kühlmittelablauf vorgesehen ist. Die beiden Ringräume sind auf der inneren Umfangsflache des Kolbens angebracht, radial nach innen offen und v/eisen mehrere Kammern auf. Mit Ausnahme

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der jeweils im Bereich der Kolbenecken liegenden Kammern, sind die Kammern des auf der einen Stirnseite der Kolberinabe befindlichen Ringraüms mit den unmittelbar gegenüberliegenden Kammern des auf der anderen Stirnseite der Kolbennabe befindlichen Ringraums jeweils durch einen überströmkanal verbunden. '

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung sind die Überströmkanäle vom Ringraum für den Kühlmittelzulauf zum Ringraum für den Kühlmittelablauf mit einem Winkel von 0 bis 25°, vorzugsweise 1 bis 20°, insbesondere 2 bis 10°, zur Kolbenachse geneigt einfallend angebracht.

Im Rahmen der Ausgestaltung der Erfindung besteht der Dichtleistenträger aus' einer Kupfer-Silizium-Legierung mit einem Metall der Eisengruppe, beispielsweise Nickel.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, für den Dichtleistenträger ein Sondergußeisen zu verwenden.

Der Zu- und Ablauf kanal jeden Rohres mündet jeweils unter einem'Winkel von 45 bis 90°, vorzugsweise 50 bis 80°, insbesondere 60 bis 70°, nach den Stirnseiten des Kolbens und bezogen auf den Radius des Rohres - unter einem Radialwinkel von 5 bis 45°, vorzugsweise 10 bis 40. , insbesondere 20 bis 30 , in dem jeweils zugehörigen Ringraum.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Ringraum für den Kühlmittelzulauf auf der dem Zahnrad des Kolbens abgewandten Seite und der Ringraum für den Kühlmittelablauf auf der Zahnradseite des Kolbens angebracht ist.

Aus fertigungstechnischen Gründen kann die Stirnseite des zahnradseitigen Ringraums 'durch das Zahnrad selbst und die Stirnseite des zahnradabseitigen Ringrauras durch einen entsprechend gestalteten kreisringförmigen Deckel gebildet werden,

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Eine weitere Möglichkeit der Kühlung des Dichtleistenträgers besteht in einer Zwangskühlung über eine im Kolbenlager umlaufende Nute, von der aus über entsprechende Kanäle das Kühlmittel, vorzugsweise öl aus der Lagerung, unter Druck in den Rohrteil des Dichtleistenträgers gepumpt wird. Der Abfluß des Kühlmittels kann über eine abgestimmte Drossel seitlich des Lagers erfolgen.

Durch die Erfindung wird infolge der Ausnutzung des Richtungswechsels der Fliehkraft während des Kolbenumlaufs eine sehr wirksame Kühlung der Kolbenecken und insbesondere der Dichtleisten, err eicht, indem bei nach außen gerichteter Fliehkraft das'Kühlmittel, vorzugsweise das aus der Kolbenlagerung austretende Lecköl, aus den Kammern im Bereich der Kolbenecken des Ringraums für den Kühlmittelzulauf in das Rohr des Dichtleistenträgers hineingedrückt und bei nach innen gerichteter Fliehkraft aus dem Rohr in den Ringraum für den Kühlmittelablauf hineingedrückt wird. Das in den übrigen Kammern des Ringraums für den Kühlmittelzulauf befindliche Kühlmittel, wird infolge der Kolbenbewegung über die Überströmkanäle in die jeweils unmittelbar gegenüberliegende Kammer des Ringraums für den Kühlmittelablauf gefördert, von wo es zusammen mit dem in diesen Kammern vorhandenen Kühlmittel mit Hilfe einer an sich bekannten Schleuderscheibe abgefördert wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht der Stirnseite eines Kolbens für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen in Troehoidenbauart.

Fig* 2 einen Schnitt entlang der Linie I - I der Fig. 1.

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Der dreieckige aus einer Aluminium-Kolbenlegierung gegossene Kolben 1 besitzt die Form der inneren Hüllfigur der Epitrochide des Gehäusemantels der Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschine. Jede Kolbenecke weist die zur Brennraumabdichtung notwendige Radialdichtung, die aus einer mit geringem Spiel in der achsparallelen Kolbennute 2 eingesetzten Dichtleiste besteht, auf. Die Enden der Dichtleiste, sitzen jeweils in einem korrespondierend zur Kolbennute 2 liegenden Einschnitt des Dichtbolzens 4. Die Kolbennute 2 verläuft in einem achsparallel und radial im Bereich der Kolbenecke angeordneten aus zähem Grauguß bestehenden Dichtleistenträger 5, der aus einem beidseitig durch in die Kolbenstirnflächen δ eingesetzte Scheiben 7 verschlossenen von Lecköl aus der Lagerung des Kolbens 1 durchströmbaren Rohr 8 mit einem daran'befindlichen die Kolbennute 2 aufnehmenden Ansatz 9 besteht. Die Zulauföffnung des Rohres 7 ist über den Zulaufkanal 10 mit dem auf der dem Zahnrad 17 abgewandten Stirnseite 6 der Kolbennabe angeordneten radial nach innen offenen Ringraum 12 und die Ablauföffnung über den Ablauf kanal 13 mit dem auf der dem Zahnrad 17 zugewandten Stirnseite 6'der Kolbennabe 11 angeordneten radial nach innen offenen Ringraum 14 verbunden. Die Ringräume 12, 14 sind in mehrere sichelförmige Kammern unterteilt, wobei die Kammern 15 des Ringraumes 12, mit Ausnähme der im Bereich der Kolbenecken gegenüberliegenden Kammern, mit den unmittelbar gegenüberliegenden Kammern 15 des Riiigraumes 14 durch unter einem Einfallswinkel von 3° vom Ringraum 12 zum Ringraum 14 verlaufende Überströmkanäle in Verbindung stehen. Die Stirnseite des Ringraumes 14 wird durch das Zahnrad 17 gebildet.

Patentansprüche

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Radialdichtung eines innenachsigen, mehreckigen, konzentrisch auf einer Exzenterwelle, vorzugsweise mit Schlupfeingriff gelagerten Kolbens, insbesondere aus Leichtmetall, von Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus' einer in jeder Kolbenecke mit geringem Spiel in einer achsparallel verlaufenden Κοίbennute eingesetzten Dichtleiste, deren Enden jeweils in einem korrespondierend zur. Kolbennute liegenden Einschnitt eines Dichtbolzens sitzen, gekennzeichnet durch einen in jeder Kolbenecke achsparallel und radial angeordneten aus einem vom Kolbenwerkstoff verschiedenen Werkstoff, bestehenden Dichtleistenträger (5), der aus einem beidseitig verschlossenen, von einem Kühlmittel durchströmbaren, auf der radial nach außen liegenden Seite eine die Kolbennute (2) aufnehmenden Ansatz (9) aufweisenden Rohr (8) gebildet wird, dessen Zulauföffnung über einen Zulaufkanal (10) mit einem auf der einen Stirnseite (6) und dessen Ablauföffnung über einen Ablaufkanal (13) mit einem auf der· anderen Stirnseite (6*) der Kolbennabe (11) angebrachten, radial nach innen offenen, jeweils mehrere Kammern (15) aufweisenden Ringraum (12, 14) in Verbindung.steht, wobei die Zwischen den im Bereich der Kolbenecken liegenden Kammern (15) angeordneten Kammern des einen Ringraumes (12) mit den unmittelbar gegenüberliegenden Kammern (15) des anderen Ringraums jeweils durch einen Überströmkanal (16) verbunden sind.
2) Radialdichtung nach Anspruch T, gekennzeichnet durch einen Dichtleistenträger (5) aus einer Kupfer-Silizium-Legierung mit einem Metall der Eisengruppe, beispielsweise Nickel,
3) Radialdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Dichtleistenträger (5) aus einem Sondergußeisen,

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4) Radialdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu- und Ablaufkanal (.10, 13) eines jeden Rohres (8) jeweils unter einem Winkel von 45 bis 90°, vorzugsweise 50 bis 80°, insbesondere 60 bis 70°, zu den Stirnseiten (5) des Kolbens (i) und - bezogen auf den Radius des Rohres (8) - unter einem Radialwinkel von 5 bis 45°, vorzugsweise 10 bis 40°, insbesondere 20 bis 30°j in den jeweils zugehörigen Ringraum (12, 14) münden.
5) Radialdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (16) vom Ringraum (12) für den Kühlmittelzulauf zum Ringraum (14) . \ für den Kühlmittelablauf unter einem Winkel von 0 bis 30°, ^J vorzugsweise 1 bis 20°, insbesondere 2 bis 10°, zur Kolbenachse geneigt einfallen,,
6) Radialdichtung nach einem.oder mehreren der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (12) für den Kühlmittelzulauf, auf der dem Zahnrad (17) des Kolbens (1) abgewandten Stirnseite (6) und der Ringraum (14) für den Kühlmittelablauf auf der dem Zahnrad (17) des Kolbens (1) zugewandten Stirnseite (6) der Kolbennabe (11) angebracht sind. '
7) Radialdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des Ringraumes (12) für den Kühlmittelzulauf durch einen entsprechend gestalteten kreisringförmigen Deckel und diejenige des Ringraumes (14) für den Kühlmittslablauf durch das Zahnrad (17) gebildet werden.
8) Radialdichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 7, dadurcn gekennze ichnet _s daß als Kühlmittel das aus der Kolbenlagerung austretende Leckol verwendet wird.

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