DE2406755A1

DE2406755A1 - Rotationskolbenmaschine mit einem trochoidenfoermigen kolben und mit ringfoermig geschlossenen axialdichtungen im kolben

Info

Publication number: DE2406755A1
Application number: DE19742406755
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Dipl Ing Huf
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1974-02-13
Filing date: 1974-02-13
Publication date: 1975-08-21
Also published as: SE402319B; ATA1031774A; SE7501469L; JPS5217174B2; CH580749A5; IT1029488B; US3941524A; JPS50113617A; FR2260689A1; NL7500503A; AT338568B; GB1448654A

Description

DQRNIER STSTEU OiBH
Friedrichshafen

Rotationskolbenmaschine ait einen trochoidenförmigen Kolben und «it ringförmig geschlossenen Axialdichtungen im Kolben

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit einem in einem Mantel zwischen zwei Seitenteilen auf dem Exzenter einer Exzenterwelle umlaufenden Kolben, der einer sattelfreien Epitrochoide 1:1 nachgebildet ist. Der Kolben weist an seinen Stirnflächen ringförmig geschlossene Axialdichtungen auf und ausserdem sind im Hantel zwei einander diametral gegenüberliegende Radialdichtungen angeordnet.

Die Axialdichtungen im Kolben sind meist in zwei ineinander« liegende, aber durch einen größeren Abstand voneinander getrennte, in sich geschlossene Dichtungen aufgeteilt. Die außen liegende Axialdichtung dient dabei der Gasabdichtung gegenüber dem Arbeitsraum und liegt daher möglichst nahe am Kolbenrand. Sie folgt üblicherweise einem zur Kolbenkontur äquidistanten Kurvenzug und besteht meist aus zwei parallel verlaufenden Dichtleisten oder Dichtringen. Die in größerem Abstand davon innen liegende Dichtung soll in der Nähe der Exzenterwelle eine Abdichtung gegen das an der Exzenterwelle austretende öl vornehmen.

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Aus der DT-OS Nr. 1 551 094 ist eine Anordnung bekannt, bei der in den Seitenteilen einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine der Trochoidenbauart besondere Bohrungen vorgesehen sind, um ausgetretenes und von der innen liegenden Dichtung nicht zurückgehaltenes Lecköl abzuführen. Die Bohrungen sind so angeordnet, daß ihre Eintrittsquerschnitte bei jeder Stellung des Kolbens innerhalb der Außendichtung liegen. Eine besondere Schmierung der Axialdichtung - wie sie beispielsweise für die Radialdichtungen schon bekannt ist - erfolgt hier aber nicht. Man hat sich bisher gegebenenfalls ■it der Schmierwirkung des durch Zentrifugalkraft an die äußeren Axialdichtungen gelangenden Lecköles oder gegebenenfalls bei Brennkraftmaschinen mit einer Gemischschmierung begnügt, bei der vom Arbeitsraum her ein geringer Schmiermittelanteil zur angrenzenden Axialdichtung gelangt. Für viele Fälle ist es aber unerläßlich, an den Axialdichtungen ebenfalls eine gute Schmierung vorzusehen. Dies ist z.B. bei Brennkraftmaschinen erforderlich, die nur reine Luft ansaugen und bei denen daher eine Gemischschmierung nicht möglich ist. Aber auch bei verschiedenen Pumpenarten, insbesondere bei Hochdruckpumpen, oder bei Pumpen, die etwa gefährliche Gase fördern, ist eine Schmierung der Axialdichtung - gegebenenfalls sogar mit explosionsfreiem Schmiermittel - notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Rotationskolbenmaschinen der oben genannten Art eine Schmierung der Axialdichtung durchzuführen. Dabei seien die oben erwähnten Außendichtungen betrachtet und die in der Nähe der Exzenterwelle liegenden Innendichtungen bleiben als reine Ölabdichtung unberücksichtigt.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Axialdichtung aus zwei äquidistant zueinander verlaufenden,

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in sich geschlossenen Dichtungen besteht und daß in den Seitenteilen in der Nähe wenigstens einer der Radialdichtungen und in der Ebene der Radialdichtungen liegende öffnungen für Schmiermittel in einen solchen Abstand von der Radialdichtung angebracht sind, daß die öffnungen bei jeder Stellung des Kolbens im wesentlichen im Zwischenraun zwischen den beiden Dichtungen nünden bzw. wenigstens zeitweise zu einen Teil von der einen oder anderen angrenzenden Dichtung überdeckt sind. Dabei können die beiden Dichtungen äquidistant zum Kolbenrand verlaufen oder aber auch gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung kreisförmig ausgebildet sein und konzentrisch um das mathematische Formzentrum der Epitrochoide verlaufen. Durch die Trochoidenbewegung des Kolbens nehmen beim Drehen des Kolbens die kreisförmigen Axialdichtungen unterschiedliche Lagen gegenüber den Schmiermittelöffnungen ein. Dabei wird je nach den gewählten Abmessungen mit Sicherheit Schmiermittel zwischen die ringförmig in sich geschlossenen Axialdichtungen eingeführt und außerdem werden wenigstens zeitweise die Zufuhröffnungen für das Schmiermittel entweder von der inneren und bzw. oder äusseren Axialdichtung abgedeckt. Auf diese Weise wird den beiden ineinander liegenden Dichtungen Schmiermittel zugeführt. Wichtig ist dabei, daß vor allen Dingen Schmiermittel in den Zwischenraum zwischen die beiden Axialdichtungen gelangt, denn von hier aus kann es durch Zentrifugalwirkung in den äußeren Dichtring gelangen und dort die erforderliche Schmierung durchführen. Außerdem wird die Abdichtwirkung gegenüber den Arbeitsräumen verbessert. Die Innere Axialdichtung erhält ihre Schmierung dadurch, daß sie beim Umlaufen wenigstens zeitweise über die Zufuhröffnung des Schmiermittels hin-

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weggleitet. Die Anordnung kann so getroffen «erden, daß die öffnungen für die Schmiermittelzufuhr im Bereich der einen Radialdichtung und die öffnungen für den Abfluß des Schmiermittels im Bereich der anderen Radialdichtung liegen. Zufuhr- und Abflußöffnung liegen sich also diametral gegenüber. Gemäß einer anderen Weiterbildung der Maschine können Zufuhr- und Abflußöffnungen auch unmittelbar nebeneinander im Bereich einer Radialdichtung liegen. Dabei wird - in Drehrichtung des Kolbens gesehen - die auf der ablaufenden Seite liegende Öffnung als Zufuhröffnung und die an der auflaufenden Seite liegende öffnung als Abflußöffnung ausgebildet. In jedem Falle ist es möglich, die Schmierung in an sich bekannter Weise dosiert durchzuführen. Dabei können die unterschiedlichen, an sich bekannten Methoden einer dosierten Schmiermittelzufuhr zum Einsatz kommen. Sie brauchen daher hier nicht näher erläutert zu «erden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:

Fig. la einen Kolben in der OT-Lage,

Fig. Ib den Kolben in einer Zwischenlage bei 90° Kurbelwellendrehung,
Fig. 2a und 2b sind Axialschnitte zu den Figuren la und Ib nach

den Linien A-A,
Fig. 3a und 3b Ansicht und Axialschnitt einer Schmierraittelöffnung in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4a und 4b eine Abwandlung der Figuren 3a und 3b mit paarweiser Anordnung von Schaieraitte!öffnungen und

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Fig. 5a und 5b eine weitere Abwandlung der Form der Schmiermitte löffnungen.

In den Figuren la und 2a ist in stark vereinfachter Darstellung ein Kolben 1 gezeigt, der die Form einer sattelfreien Kpitrochoide 1:1 aufweist. Der den Kolben umgebende Hantel ist mit 2 bezeichnet und enthält die Radialdichtungen 3. Die Antriebsachse der Haschine ist H₉ und der Kolbenmittelpunkt mit Mg bezeichnet. Der Kolbenmittelpunkt H_R bewegt sich während des Laufes der Maschine auf dem strichpunktiert eingezeichneten Kurbelkreis in der Drehrichtung W. Der Kolben 1 dreht sich dabei selbst in entgegengesetzter Richtung, wie durch einen Pfeil K angedeutet ist. Mit Mp ist das mathematische Formzentrum des Kolbens bzw. der Epitrochoide bezeichnet. In den Kolbenseitenwänden sind zwei in sich geschlossene ringförmige Axialdichtungen 4 und 5 angeordnet. Diese Axialdichtungen folgen nicht, wie sonst vielfach üblich ist,der äußeren Kolbenkontur, d.h. als äquidistanter Kurvenzug zur Trochoide, sondern sie sind hier kreisförmig ausgebildet, wobei das Kreiszentrum im mathematischen Formzentrum Up der Trochoide liegt. Bei der gewählten Form der sattelfreien Epitrochoide 1:1 sind die Abweichungen der Kreisform von der exakten Trochoidenform bzw. einem dazu äquidistanten Kurvenzug so gering, daß die unterschiedlichen Spaltbreiten keinen Einfluß auf die Dichtwirkung haben. Die auftretenden maximalen Spaltbreiten bleiben in der Größenordnung immer noch kleiner als die bei Hubkolbenmaschinen üblichen Stoßfugen an den Kolbenringen.

Wie aus der Figur 2a hervorgeht, sind im oberen Teil der Seitenteile 8 Bohrungen 7 angeordnet, die für die Zufuhr von

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Schmiermittel dienen. Die Zufuhrrichtung ist durch Pfeile gekennzeichnet. Von diesen Bohrungen 7 führen Querbohrungen 6 zur Seitenwand der Seitenteile 8 und münden - wie die Figur 2a zeigt beispielsweise zwischen den beiden Axialdichtungen 4 und 5. Die genaue Lage der Querbohrung 6 geht aus der Figur la hervor. Die Zufuhröffnung 6 liegt in der Verbindungsebene der beiden Radialdichtungen 3 und befindet sich in der achsnahen Zone des Mantels 2, d.h. in der Nähe der Radialdichtung 3.

Im unteren Teil der Seitenteile 3 sind entsprechende Bohrungen 7^f für den Abfluß des Schmiermittels angeordnet. Von ihnen führen wieder kleine Querbohrungen 6* zur Seltenwand. Auch diese Querbohrung 6* mündet hier im Ausführungsbeispiel zwischen den beiden Axialdichtungen 4 und 5. Hier im Ausführungsbeispiel ist also angenommen, daß bei Totpunktlage des Kolbens die Schmiermittelzufuhr bei 6 und der Abfluß des Schmiermittels bei 6* genau zwischen den beiden Axialdichtungen 4 und 5 liegt.

In den Figuren Ib und 2b ist die Situation dargestellt, die sich ergibt, wenn der Kolben um 90° aus der Totpunktlage heraus gedreht ist. Es ist hierbei zu erkennen, daß die Zufuhröffnung 6 und die Abflußöffnung 6* vom inneren Axialdichtring 5 abgedeckt werden. Die Axialdichtungen 4 und 5 wandern also im Vergleich mit Fig. la und 2a relativ zu den beiden Schmiermittelöffnungen 6 und 6* hin und her. Dabei können die öffnungen in den Extremlagen des Kolbens 1 von der einen bzw. anderen Axialdichtung überdeckt werden.

In den Figuren 3a und 3b sind die Zuflußöffnungen für das Schmiermittel stark vergrößert herausgezelehnet. Im Mantel 2 ist

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die Radialdichtung 3 angeordnet, die den Kolben 1 berührt. Der Kolben ist in seiner Totpunktlage dargestellt. In der Kolbenseitenwand sind die beiden kreisförmigen Axialdichtungen 4 und 5 angeordnet. Zwischen beiden liegt in Totpunktlage die Schmiermitte 1-zufuhröffnung 6 frei. Ee kann daher der Zwischenraum zwischen den beiden Axialdichtungen mit Schmiermittel gefüllt werden. Gestrichelt ist in Fig. 3a die Lage des Kolbens in der anderen Totpunktstellung eingezeichnet. Diese Lage ist mit dem Bezugszeichen 1* versehen. Entsprechend ist auch die Lage der Axialdichtungen strichpunktiert eingezeichnet und mit 4^f bzw. 5' gekennzeichnet. Wie aus der Fig. 3a ersichtlich ist, liegt in beiden Fällen die Schmiermittelzufuhröffnung 6 im Zwischenraum zwischen den beiden Dichtringen. In den Zwischenstellungen des Kolbens während seiner Wanderung von der einen Totpunktlage'in die andere Totpunktlage verschieben sich die Axialdichtungen 4 und 5 so, daß zumindest zeitweise die öffnung 6 von der inneren Axialdichtung 5 teilweise oder vollständig abgedeckt wird. Es erfolgt dadurch eine Schmierung dieser Dichtung. Die Schmierung der äußeren Axialdichtung 4 erfolgt durch Zentrifugalkraft vom Zwischenraum aus. Wie der Axial· schnitt in der Fig. 3b erkennen läßt, enthält die Zuflußöffnung für das Schmiermittel an ihrer Hündung Anphasungen oder Abflachungen, damit das Schmiermittel hier austreten kann und kein Stau entsteht. Diese Abflachungen oder Anphasungen erstrecken sich In Drehrichtung des Kolbens.

Ergänzend sei hier erwähnt, daß in der Totpunktlage die Zuflußöffnung 6 auch ganz oder teilweise von der äußeren Axialdichtung 4 abgedeckt sein kann. Dadurch ergibt sich ein zusätzlicher direkter Schmiereffekt an dieser Dichtung.

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Wie in den Figuren 1 gezeigt wurde, befindet sich die Zufuhröffnung 6 für das Schmiermittel in der Nähe der einen Radialdichtung und die Abflußöffnung β* in der Nähe der anderen Radialdichtung. Sie liegen also einander diaaetral gegenüber. Die Figuren 4a und 4b zeigen ia Gegensatz dazu eine Anordnung, bei der Zufluß- und Abflußöffnungen dicht be!einanderliegen. Zn der eingezeichneten OT-Stellung des Kolbens 1 in der Fig. 4a liegt eine Zufuhröffnung 6b und eine Abflußöffnung 6a nebeneinander in Zwischenraum zwischen den Axialdichtungen 4 und 5. Die Vorgange beim Drehen der Maschine spielen sich in der gleichen Weise ab, wie oben an Hand der Figur 3 beschrieben wurde. Auch hier können an den Öffnungen 6a bzw. 6b in Drehrichtung des Kolbens liegende Anphasungen oder Abflachungen angebracht werden.

In Figur 4b ist die Drehrichtung K des Kolbens durch einen Pfeil angedeutet und demzufolge ist die Bohrung 6b als Zuströmöffnung und die Bohrung 6a als Abflußöffnung für das Schmiermittel verwertet. Die Zufuhröffnung liegt auf der ablaufenden Seite und die Abflußöffnung auf der auflaufenden Seit« der Verbindungsebene für die beiden Radialdichtungen.

Die oben erwähnte Ausbildung, bei der die Axialdichtungen äquidistant zum Kolbenrand verlaufen, ist nicht besonders dargestellt. Sie unterscheidet sich von dem oben in Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel nur dadurch, daß die Axialdichtungen nur ihre Lage, genauer gesagt ihre Neigung, gegenüber den Schmieröffnungen und der Verbindungsebene der beiden Radialdichtungen todern ,aber nicht ihren Abstand von der Radialdichtung bssw. von den öffnungen verändern, denn infolge der Xquidietanz zum

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Kolbenrand folgen die Axialdichtungen der reinen Trochoidenbewegung. Infolgedessen überdecken bzw. überstreichen die Axialdichtungen beim Drehen der Haschine die Öffnungen nicht, falls die öffnungen bei Totpunkt lage des Kolbens genau im Zwischenraum zwischen den beiden Dichtungen münden. Vorteilhafterweise wird daher den Öffnungen eine längliche Form gegeben in der Weise, daß sie sich etwa schlitzartig in der Verbindungsebene der beiden Radialdichtungen erstrecken und somit an ihren äußeren und inneren Enden von den angrenzenden Axialdichtungen überdeckt werden. Auf diese Weise kann auch hier das Schmiermittel direkt an die Axialdichtungen gelangen.

Diese Ausbildung der Öffnungen ist in den Fig. 5a und 5b schematisch dargestellt. Die Fig. 5a zeigt eine Ansicht und Fig. 5b einen Axialschnitt nach der Linie B-B der Fig. 5a. Der Kolben ist wieder mit 1 bezeichnet. In seiner Stirnfläche sind die Dichtungen 4 und 5 äquidistant zum Kolbenrand angeordnet. Die Öffnung 6 im Seitenteil 8 mündet in den Zwischenraum zwischen den beiden Dichtungen 4 und 5. Die öffnung 6 ist z.B. durch Einsägen zu einem Schlitz 9 erweitert, der sich zur Radialdichtung 3 hin erstreckt. Die beiden Enden des Schlitzes 9 werden beim Drehen der Maschine ständig von den beiden angrenzenden Dichtungen 4 und 5 überdeckt, so daß eine ausgezeichnete Schmier- und Dichtwirkung an den Axialdichtungen erreicht wird. Ergänzend sei noch erwähnt, daß alle oben aufgeführten Merkmale untereinander vertauscht und in beliebiger Kombination angewandt werden können.

7. Februar 1974
KJ 1O/Bau/ke

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Claims

S 185 iO

Patentansprüche :

ί1J Rotationskolbenmaschine mit einem in einem Mantel zwischen zwei Seitenteilen auf dem Exzenter einer Exzenterwelle umlaufenden Kolben, der einer sattelfreien Epitrochoide 1:1 nachgebildet ist und an seinen Stirnflächen in der Nähe des Kolbenrandes ringförmig geschlossene Axialdichtungen aufweist, wobei im Mantel zwei einander diametral gegenüberliegende Radialdichtungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialdichtung aus zwei äqu!distant zueinander verlaufenden, in sich geschlossenen Dichtungen (4, 5) besteht und daß in den Seitenteilen (8) in der Nähe wenigstens einer der Radialdichtungen (3) und in der Ebene der Radialdichtungen liegende Öffnungen (6, 6'; 6a, 6b) für Schmiermittel in einem solchen Abstand von der Radialdichtung (3) angebracht sind, daß die Öffnungen (6, 6· ; 6a, 6b) bei jeder Stellung des Kolbens (1) im wesentlichen im Zwischenraum zwischen den beiden Dichtungen (4, 5) münden bzw. wenigstens zeitweise zu einem Teil von der einen oder anderen angrenzenden Dichtung (4 bzw. 5) überdeckt sind.
2. RKM nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtungen (4, 5) äqu!distant zum Rand des Kolbens (1) verlaufen .

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3. RKM nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) eine länglich·, von der einen zur anderen angrenzenden Dichtung (4 bzw. 5) reichende Form (9) aufweisen.
4. RKH nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kolbenstirnfläche zwei kreisförmige, konzentrisch um das mathematische Formzentrum (IL) der Epitrochoide verlaufende Dichtungen (4, 5) vorgesehen sind und daß die Öffnungen (6, 6* ; 6a, 6b) bei Totpunktlage des Kolbens (1) im Zwischenraum zwischen den angrenzenden Dichtungen (4, 5) liegen oder von der außen liegenden Dichtung (4) wenigstens teilweise überdeckt sind und daß ferner bei Drehung des Kolbens (1) die angrenzenden Dichtungen in ihrer relativen Lage zu den öffnungen (6, 6* ; 6a, 6b) wandern und dabei wenigstens die innen liegende Dichtung (5) zeitweise die Öffnungen (6, 6' ; 6a, 6b) zum Teil überdeckt.
5. RKH nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich beider Radialdichtungen (3) Öffnungen (6, 6*) vorgesehen und die öffnungen in Bereich der einen Radialdichtung als Zufuhröffnungen (6),die öffnungen im Bereich der anderen Radialdichtung als Abflußöffnungen (6*) für ein Schmiermittel ausgebildet sind.
6. RKM nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Radialdichtung (3) ein Paar in Drehrichtung (K) des Kolbens (1) hintereinander liegender Öffnungen (6a, 6b) angeordnet ist, von denen die auf der ablaufenden Seite liegende Öffnung als Zufuhröffnung (6b) und die auf der

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auflaufenden Seite liegende öffnung als Abflußöffnung (6a) für ein Schmiermittel ausgebildet ist.
7. RKM nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhröffnungen (6b) in Drehrichtung (K) des Kolbens (1) auf der ablaufenden Seite und die Abflußöffnungen (Ga) auf der auflaufenden Seite eine Anphasung oder einen abgeflachten Übergang aufweisen.
8. RKM nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (6, 6*) in Drehrichtung (K) des Kolbens (1) an der auflaufenden und ablaufenden Seite eine Anphasung oder einen abgeflachten übergang aufweisen.
9. RKH nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte dosierte Zufuhr des Schmiermittels zu den Zufuhröffnungen (6, 6b).

7. Februar 1974
KJ 10/Bau/ke

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