DE2214426A1 - Stirnseitige Dichtung fur Kolben von Rotations Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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General Motors Corporation, Detroit, Mich., V.St.A,

Stirnseitige Dichtung für Kolben von
Rotations-Brennkraftmaschineη

Die Erfindung "bezieht sich auf eine stirnseitige
Dichtung für Kolben von Rotations-Brennkraftmaschinen, in
denen der Kolben gegenüber einer Seitenwand des Gehäuses
eine kombinierte Relativbewegung in radialer Richtung und in Umfangsrichtung ausführt, und in einem dieser Teile in einer Ringnut ein Dichtungselement vorgesehen ist.

Bei einer bekannten Rotations-Brennkraftmaschine dieser Art enthält ein Gehäuse einen epitrochoidalen Arbeitsraum, in dem ein Kolben angeordnet ist, der auf einem exzentrischen Teil einer Welle sitzt. Der Kolben liegt gegen die
Umfangswand des Arbeitsraumes an mehreren Stellen an und bestimmt mit dieser mehrere Arbeitskammern, die bei dem planeten-

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artigen Umlauf des Kolbens ihr Volumen ständig ändern. Um einen Auswärtsfluss von Schmieröl aus dem Arbeitsraum und einen Einwärtsstrom von Brenngasen aus den Arbeitskammern zu verhindern, sind verschiedene Gas- und Plüssigkeitsdichtungen zwischen den Seitenwänden des Arbeitsräumes und dem Kolben vorgesehen worden. Die Gasdichtung wird hierbei normalerweise von der Umfangsfläche des Kolbens getragen und schirmt den hohen Gasdruck von weiter einwärts liegenden Plüssigkeitsdichtungen ab, die den Abstrom von Öl aus dem Arbeitsraum verhindern sollen. Die Plüssigkeitsdichtungen bestehen hierbei aus ringförmigen Metallstreifen, die in einer Nut gehalten sind, welche in den Seitenflächen des Kolbens gebildet ist, wobei die Metallstreifen durch Belastungsfedern in abdichtende Anlage gegen die Seitenwände des Arbeitsraumes gedruckt werden.

Diese Ausbildung hat sich jedoch nicht als zufriedenstellend erwiesen, da die Wärme- und Druckschwankungen während des Betriebes eine Verformung der zusammenarbeitenden metallischen Dichtungsflächen bewirken. Diese Verformungen führen zur Bildung kleiner Spalte, durch die Brenngase und Öl entweichen können. Der Einfluss von Wärme und Druck wird weiterhin dadurch verstärkt, dass der Kolben eine planetenartige Bewegung zusätzlich zu seiner Drehbewegung ausführt, so dass die Dichtstreifen auch eine radiale Wischbewegung ausüben. Diese Bewegung vergrösaert noch die schädlichen Einflüsse der Verfor-

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mung durch Wärme und Druck, so dass diese bekannten seitlichen Dichtungen für längere Betriebsdauer unzuverlässig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stirnseitige Dichtung der eingangs erwähnten Art so "weiter auszugestalten, dass sie sich unabhängig von Temperatur- und Druckänderungen der Brennkraftmaschine frei der Gegenfläche so anpassen kann, dass die oben erwähnten Schwierigkeiten der Abdichtung an den Seitenflächen überwunden sind, wobei gleichzeitig hydrodynamische und mechanische Kräfte das Zurückhalten des Öls im Arbeitsraum entgegen der vereinten Bewegung des Kolbens in radialer Richtung und Umfangsrichtung bewirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Dichtungselement eine durchgehende planare Dichtungsfläche aufweist, die gegen eine benachbarte planare Fläche des anderen Teils zur Anlage bringbar ist, dass das Dichtungselement in der Ringnut nachgiebig so gehalten ist, äass die Dichtfläche unbeeinflusst von Temperatur- und Druckbedingungen der Brennkraftmaschine gegen die benachbarte G-egenflache in Anlage gehalten bleibt, dass in der Ringnut ein nachgiebiger unter Torspannung stehender Ring so eingesetzt ist, dass er die Dichtfläche des Dichtungselements gegen die benachbarte G-egenf lache

ge drückt, und dass in der Dichtfläche durch eine mehrgängi/Nut eine mehrgängige spiralförmige Lippe gebildet ist, deren Flächen bei der Bewegung des Kolbens in radialer Richtung und in Umfangs-

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richtung in den Bereich der Dichtungsfläche gelangte Flüssigkeit zum Gehäuse zurückfördern.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ringnut reckteckigen Querschnitt mit einer neben dem Boden in der radial aussenliegenden Seitenwand vorgesehener Hinterschneidung hat; dass das Dichtungselement aus Kunststoff besteht und im wesentlichen einen L-förmigen Querschnitt aus einem ringförmigen radialen Dichtungsflansch und einer zylindrischen in axialer Richtung liegenden Büchse aufweist, die zur radial inneren Wand derRingnut Spiel hat, das eine begrenzte radiale Bewegung des Dichtungselements zulässt, und am Aussenumfang eine in die Hinterschneidung der Ringnut greifende Wulst aufweist, die das Dichtungselement in axialer Richtung festlegt, jedoch eine begrenzte Verbiegung des Dichtungsflansches zu dessen satter Anlage gegen die benachbarte Fläche des Gegentdls gestattet, und dass der nachgiebige Ring aus elastomerem Werkstoff besteht, rechteckigen Querschnitt aufweist und zwischen dem Dichtungsflansch des Dichtungselements und dem Boden der Ringnut unter Vorspannung gehalten ist. Durch diese Ausbildung ist das Dichtungselement einwandfrei in seiner Lag-e festgehalten, kann sich jedoch frei verformen, so dass die Dichtungsfläche seines Dichtungsflansches stets in satter Anlage gegen die benachbarte Dichtungsfläche der Seitenwand gehalten bleibt. Die Einflüsse von Temperatur und Druckänderungen in der Brennkraftmaschine sind damit ausgeschaltet.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbespiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen

"Pig. 1 eine aufgebrochene Teilseitenansicht auf

eine Rotation&-Brennkraftmaschine mit einem

umlaufenden Kolben und einer stirnseitigen

Dichtung nach der Erfindung, I¹Lg. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Pig. I

in grösserem Maßstabe, Pig. 3 einen vergrösserten Ausschnitt aus Pig. 2

im Bereich der Dichtungsfläche des Dichtungs-

elements und

Pig. 4 eine perspektivische Teildarstellung der

en
stirnseitig7Dichtung des Kolbens.

Die Rotations-Bretinkra.ftmasehine 10 hat gemäss Pig. 1 ein Gehäuse 12, in dem ein zweiflügliger epitrochoidal^ Hohlraum als Arbeitsraum für einen umlaufenden Kolben 14 gebildet ist. Der Arbeitsraum ist durch eine Umfangswand 16 und durch in axialer Richtung Abstand aufweisende Seitenwände 18 begrenzt. Der Kolben 14 ist über einen Exzenter 20 mit einer Welle 22 verbunden und hat im wesentlichen dreieckige Gestalt mit bogenförmigen Seiten 23, die in Spitzen 24 zusammentreffen«, Seine Stirnflächen 25 sind planar. In einem Schlitz in jeder Ecke 24 ist ein Dichtungsstreifen 26 angeordnet und wird durch eine Peder gegen die Umfangswand 16 geörückt, um längs dieser Wand eine Dichtung zu bilden. Auf diese Weise teilt der

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Kolben 14 den Arbeitsraum in mehrere Arbeitskammern 30, deren Volumen sich bei der planetenartigen Bewegung des Kolbens 14 in dem Gehäuse 12 dauernd ändert. Die Welle 22 ist in nicht dargestellten Lagern in den Seitenwänden 18 abgestützt und läuft bei umlaufendem Kolben mit dessen dreifacher Drehzahl um. Durch die exzentrische Befestigung des Kolbens auf der Welle 22 ergibt sich eine Bewegung des Kolbens 14, bei der seine Seitenflächen dauernd über die Seitenwände 18 des Arbeitsraumes wischen. In einer als Brennkammer wirkende Arbeitskammer wird ein zündbares Gemisch eingeführt und dort in bekannter Weise gezündet, wodurch der Kolben in seiner durch den Exzenter 20 bestimmten Bahn angetrieben wird. Die Abgase werden durch Öffnungen in der Wandung des Arbeitsraumes abgeführt.

Der Saum zwischen jeder Seitenwand 18 und jeder Stirnfläche 25 des Kolbens wird durch eine zweiteilige Dichtungseinheit abgedichtet, die aus zwei gegen Gas abdichtende Streifen 32 und einem Flüssigkeitsdichtungselement 54 besteht. Die Dichtungssteifen 32 sind übliche Metallstreifen und erstrecken sich bogenförmig neben den Spitzen 24 des Kolbens. Sie liegen in Nuten, die in den Seitenflächen 25 gebildet sind und werden durch Federn gegen die benachbarte Seitenwand 13 angedrückt, um eine erste Sperre gegen Leckage von Brenngasen zu bilden unC·. die Druckdifferenz an dem Flussigkeitsdichtungselement 3A- ^u verringern.

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Das Plüssigkeitsdichtungselement 34 liegt in

einer Ringnut 40 rechteckigen Querschnitts, die in der Seitenfläche 25 des Korbens 14 gebildet ist. Die Ringnut 40 weist

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eine radial innere WancT7neben dem Exzenter 20 und eine radial äussere Wand 44 auf, die durch einen ringförmigen Boden 46 miteinander verbunden sind. An der radial äusseresi Seitenwand ist neben dein Boden 46 über den Umfang eine Hintersoaneidang gebildet.

Das Dichtungselement 34 besteht aus einem Ring im wesentlichen L-förmigjen Querschnitts und einem Belastungsring 52 rechteckigen Querschnitts. Der Ring 50 besteht aus einem Kunststoff niedrigen Reibbeiwertes und weist eine zylindrische in axialer Richtung liegende Büchse 54 auf, die koaxial zur Achse des Kolbens liegt. Die Büchse trägt einen Dichtungsflansch 56, der sich radial einwärts im Bereich der Seitenwand 25 des Kolbens erstreckt. Das freie Ende der Büchse 54 ist am Umfang mit einer Wulst 58 versehen, die radial auswärts gerichtet sich in die Hinterschneidung 48 der Ringnut 40 erstreckt. Die Aussenfläche der Büchse 54 hat im Durchmesser Spiel zur radial äusseren Seitenwand 44 der Ringnut 40, so dass eine begrenzte radiale Bewegungsmöglichkeit gegeben ist, die durch die Anlage der Wulst 58 gegen die Hinterschneidung 48 begrenzt wird. Die damit zugelassene Verformung und Verschwenkung des Dichtungselemtnts 34 ermöglicht, dass der Dichtungsflansch 56 sich unabhängig von Temperatur- und Druckänderungen in der Brennkraftmaschine der

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benachbarten Seitenwand 18 des Gehäuses anpassen kann.

Der Belastungsring 52 besteht aus einem nachgiebigen elastomeren Werkstoff und hat eine Dicke, die grosser ist als der Abstand zwischen dem Dichtungsflansch 56 des Dichtungselements und dem Bogen 46 der 'Ringnut 40, so dass er in diesem Raum unter Yorspannung gehalten ist und damit eine nach aussen gerichtete Kraft auf den Dichtungsflansch 56 ausübt und diesen gegenüber der Büchse 54 des Dichtungselements 34 verformen kann, um gegen die Seitenwand 18 in satter Anlage zu gelangen. Die einzige Begrenzung der Büchse 54 ist durch die bereits erwähnte Anlage ihrer Wulst 58 gegen die Hinterschneidung 48 gegeben. Zusätzlich wird durch Flüssigkeit,die in den Spalt zwischen dem Belastungsring 52 und der radial inneren Wand 42 der Ringnut 40 gelangt, ein radiales Zusammendrücken des Belastungsringes 52 veranlasst, wodurch der Anpressdruck des Belastungsringes 52 gegen den Dichtungsflansch 56 und damit dessen Andrücken gegen die Seitenwand 18 erhöht wird. Durch diese Belastung wird der Dichtungsflansch 46 unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und trotz der Bewegung des Kolbens 14 in wirksam abdichtende Anlage gegen die Seitenwand gehalten.

Die Abdichtungswirkung des Dichtungselements 34 wird ferner dadurch unterstützt, dass in der Dichtungsfläche 60

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eine Hut 62 gebildet ist, durch die eine mehrgängige spiralige Lippe mit etwa vier Gängen gebildet wird. Die Hut 62 hat ein sägezahnförmiges Profil 64 und die Kämme 66 und 68 der gebildeten Lippe bilden Wischstreifen in einem radialen Querschnitt der Dichtung gesehen. Die Nut 62 ist in Richtung der Drehbewegung zwischen dem Kolben 14 und dem Gehäuse 12 spiralig ausgebildet, so dass viskose Scherkräfte entsprechend der Kolbengeschwindigkeit entstehen und eine Pumpwirkung ausgeübt wird, durch die Flüssigkeit in den Arbeitsraum der Maschine zurückgefördert wird. Die Wischstreifen 68 sind auch während der radialen Komponente der Kolbenbewegung wirksam, um öle Seitenfläche, gegen die sie anliegen, abzuschaben und in Verbindung mit der Pumpwirkung die abgeschabte flüssigkeit iia den Arbeit zurückzufordern.

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Claims (2)

??1U26 - ίο - Patentansprüche

1./Stirnseitige Dichtung für Kolben von Rotations-

Brennkraftmaschinen, in denen der Kolben gegenüber einer Seitenwand des G-ehäuses eine kombinierte Relativbewegung in radialer Richtung und in Unifangsrichtung ausführt und in einem dieser Teile in einer Ringnut ein Dichtungselement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (34) eine durchgehende planare Dichvungsflache (50,60) aufweist, die gegen eine benachbarte planare Fläche des anderen Teils (18) zur Anlage bringbar ist, dass das Dichtungselement (34) in der Ringnut (40) nachgiebig so gehalten ist, dass die Dichtungsfläche unbeeinflusst von Temperatur» unü Druckbedingungen der Brennkraftmaschine gegen die benachbarte Gegenflache in Anlage gehalten bleibt, dass in der Ringnut (40) ein nachgiebiger unter Vorspannung stehender Ring (52) so eingesetzt ist, dass er die Dichtungsr flähhe des Dichtungselements gegen die benachbarte Gegenflache drückt, und dass in der Dichtungsfläche durch eine mehrgängige Nut (62) eine mehrgängige spiralförmige Lippe (66,68) gebildet ist, deren flächen "bei der Bewegung des Kolbens (14) in radialer RichtiHig .el i ti UiiiXangörichtung in den Bereich der Dichtungsfläche gelang et- ΐ'Τ ?i:3Pigkeit zum Gehäuse zurückfördern.

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2. Stirnseitige Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (40) rechteckigen Querschnitt mit einer neben dem Boden (46) in der radial aussenliegenden Seitenwand (44) vorgesehener Hinterschneidung (48) hat; dass das Dichtungselement (34) aus Kunststoff "besteht vAiü im wesentlichen einen L-förmigen Querschnitt aus einem riagforerigeü radialen Dichtungsflansch (56) und einer zylindrischen in axialer Richtung liegenden Büchse (54) aufweist, die zur radial inneren Wand (42) der Ringnut (40) Spiel hat, das eine begrenzte radiale Bewegung des Dichtungselements zulässt, und am Aussenumfang eine in die Hinterschneiäung (48) der Ringnut (40) greifende Wulst (58) aufweist, die das Dichtungselement in axialer Richtung festlegt, jedoch eine begrenzte Verbiegung des Dichtungsflansches (56) zu dessen satter Anlage gegen die benachbarte Eläche des Gegenteils (18) gestattet, und dass der nachgiebige Ring (52) aus elastomerem Werkstoff besteht, rechteckigen Querschnitt aufweist und zwischen dem Dichtungsflansch (56) des Dichtungselements (34) und dem Boden (46) der Ringnut (40) unter Vorspannung gehalten ist.

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