DE2427062A1 - Kreiskolbenmaschine - Google Patents

Description

ROLLS-ROYCE MOTORS LIMITED, Pym's Lane, Crewe, Cheshire/England

Kreiskolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine, z.B. als Pumpe, Kompressor oder Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Kreiskolbenmaschine, mit einer das Gehäuse axial durchsetzenden Welle und einem Kreiskolben, der sich planetenartig innerhalb des Gehäuses um einen auf der Welle vorgesehenen Exzenter dreht, dessen Umfang wenigstens eine axial verlaufende Nut aufweist, die eine radial bewegliche Scneiteldichtung aufnimmt, welche in Berührung mit der inneren Oberfläche des Gehäuses gebracht wird, um mehrere Arbeltskammern zu definieren.

Insbesondere aber nicht ausschließlich, befasst sich die Erfindung mit einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit einem dreiseitigen Kolben, der innerhalb eines Gehäuses umläuft,.das eine zweilappige epitrochoidale innere Umfangsflache aufweist.

Bei Kreiskolbenmaschinen dieser Bauart besitzt die Scheiteldichtung eine Oberfläche, die in Drehrichtung des Kolbens weist und im folgenden als "Vorderseite" der Scheiteldichtung bezeichnet werden soll Eine weitere Oberfläche ist der Drehrichtung des Kolbens entgegengesetzt und diese Seite der Seheiteldichtung soll"als "Nachlaufseite" bezeichnet werden.

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In der GB-PS 1 l82 097 ist eine Kreiskolbenmaschine dieser Bauart beschrieben, bei der die Breite jeder Nute in Umfangsrichtung des Kolbens gemessen, größer ist als die Breite der Scheiteldichtung zwischen Vorderseite und Nachlaufseite, so daß die Scheiteldichtung um eine Achse parallel zu ihrer Längsachse innerhalb der Nut zwischen einer Nachlaufsteilung und einer Vorlaufsteilung hin und her schwingen kann. Die Anordnung von Nut und Dichtungsleiste ist dabei derart, daß die Fläche jenes Teils der Nachlaufseite der dem Strömungsmittel in der Arbeitskammer auf der Nachlaufseite ausgesetzt ist, wirksam vergrößert ist, wenn die Dichtungsleiste in ihrer Nachlaufstellung befindlich ist, so daß dann wenn der Strömungsmitteldruck in der Arbeitskammer auf der Nachlaufseite der Dichtungsleiste den Strömungsmitteldruck in der Arbeitskammer auf der Vorderseite der Dichtungsleiste um einen vorbestimmten Betrag überschreitet, die Dichtungsleiste von der Nachlaufstellung in die Vorlaufsteilung kippt, in der Strömungsmittel von der Arbeitskammer auf der Nachlaufseite der Leiste nach jenem Teil der Nut unter der radial inneren Oberfläche der. Dichtungsleiste gelangen kann, um diesen radial nach aufien zu drücken ohne daß dieses Strömungsmittel in die Arbeitskammer auf der Vorderseite der Dichtungsleiste eintreten kann.

Es hat sich gezeigt, daß unter gewissen Arbeitsbedingungen beim Kippen der Dichtungsleiste von der Nachlaufsteilung in die Vorlaufstellung die Leiste eine Kippstellung gegenüber der Nut einnimmt, in der sie so liegt, daß der untere Rand der Nachlauffläche der Dichtungsleiste eine Abdichtung gegenüber der zugeordneten Wand der Nut bewirkt, und so den Zutritt von Strömungsmitteln aus der Arbeitskammer auf der Nachlaufseite der Dichtungsleiste nach jenem Abschnitt der Nut unter der radial inneren Oberfläche der Leiste verhindert. Infolge dessen wird der zum radialen Herausdrücken der Dichtungsleiste verfügbare Druck vermindert, so daß auch die Dichtungswirkung gegenüber dem Gehäuse beeinträchtigt wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zxx beseitigen und in Jeder Arbeitsstellung auf die Dichtungsleiste einen radial nach außen gerichteten ausreichenden Druck auszuüben.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Kreiskolbenmaschine der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß die Breite jeder Nut gemessen in Umfangsrichtung des Kolbens größer ist als die Breite der Dichtungsleiste zwischen Vorderseite und Nachlaufseite, so daß die Dichtungsleiste um eine Achse parallel zur Längsachse der Nut zwischen einer Nachlaufstellung und einer Vorlaufstellung kippen kann, und daß die Anordnung der Nuten und der Dichtungsleiste derart getroffen ist, daß die Fläche jenes Teils der Nachlaufseite der Dichtungsleiste der dem Arbeltsmittel in der Arbeitskammer an der Nachlaufseite ausgesetzt ist, wirksam vergrößert ist, wenn die Dichtungsleiste in der Nachlaufstellung befindlich ist, so daß dann wenn der Strömungsmitteldruck in der Arbeitskammer auf der Nachlaufseite der Dichtungsleiste den Strömungsmitteldruck in der Arbeitskammer an der Vorlaufseite der Dichtungsleiste um einen vorbestimmten Betrag überschreitet, die Dichtungsleiste von der Nachlaufsteilung in die Vorlaufstellung .kippt und daß Mittel vorgesehen sind, die den Zutritt von Strömungsmittel aus der Arbeitskammer auf der Nachlaufseite der Dichtungsleiste nach jenem Abschnitt der Nut unter der radial inneren Oberfläche der Dichtungsleiste gelangen lassen, so daß die Dichtungsleiste radial nach außen gedrückt wird, wobei das so zugeführte Strömungsmittel daran gehindert ist, in die Arbeitskammer auf der Vorlaufseite der Dichtungsleiste einzutreten. Zweckmäßigerweise bestehen die Mittel, die den Zutritt von Strömungsmittel nach der radial inneren Oberfläche gelangen lassen, aus einem oder mehreren Schlitzen, die am radial inneren Rand der Dichtungsleiste angeordnet sind. Vorzugsweise sind mehrere solche Leisten im Abstand längs des Innenrandes der Dichtungsleiste angeordnet.

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Machstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Kolbenscheitels einer Kreis-Kolbenbrennkraftmaschine, entsprechend der GB-PS 1 182 097;

Fig. 2 eine der Figur 1 entsprechende Ansicht einer Scheiteldichtung gemäß der GB-PS 1 182 097 in der Vorlaufsteilung;

Fig. 3 eine den Figuren 1 und 2 entsprechende Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Scheiteldichtung;

Fig. 4, 5 und 6 abgewandelte Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäß ausgebildeten Schelteldichtung.

Die Scheiteldichtung gemäß Figur 1 und 2 der Kreiskolbenverbrennungskraftmaschine arbeitet wie in der GB-PS 1 182 097 dargestellt. Während der Drehung des Kolbens 1 in dem Gehäuse 2 wird die Dichtungsleiste 3 ständig durch eine Feder 4 und Massenkräfte radial nach außen gedrückt, unter der Annahme, daß die Federkraft größer 1st als die kleine nach innen gerichtete Massenkraft, die in den Bereichen auftritt, in denen die Gehäuseteile ineinander übergehen. Eine radial nach innen gerichtete Kraft wird ständig durch den Gasdruck in der Kammer A ausgeübt, der auf den Abschnitt 6 der Oberfläche 5 lastet und durch den Gasdruck in der Kammer B der auf den Abschnitt 7 der äußeren Oberfläche 5 lastet.

Die Reibung zwischen der Dichtungsleiste 3 und der Oberfläche des Gehäuses 2 sucht die Dichtungsleiste 3 in die Nachlaufstellung zu kippen, die in Figur 1 dargestellt ist. Hierbei liegt

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die Nachlaufseite der Leiste 3 dichtend dem äußeren Nachlaufrand 8 der Nut an und der radial innere Rand 9 der Vorlaufseite der Dichtungsleiste stößt an die Vorlaufseite 10 der Nut an. Die Dichtungsleiste 3 verbleibt in dieser Lage, wenn der Gasdruck in der Arbeitskammer A auf der Vorderseite größer oder um nicht mehr als einem vorbestimmten Betrag kleiner ist als der Gasdruck in der Kammer B auf der Nachlaufseite der Dichtungsleiste 3·

Wenn sich die Dichtungsleiste 3 in dieser Lage befindet, dann kann der Gasdruck aus der Kammer A in den Raum in der Nut radial unter die Dichtungsleiste 3 über mehrere Schlitze 11 im radial inneren Rand 9 an der Vorlaufseite der Dichtungsleiste 3 eintreten, so daß eine Kraft ausgeübt wird, die radial nach außen auf die Dichtungsleiste einwirkt.

Eine Verbindung zwischen den Arbeitskammern A und B wird durch die Dichtungsanordnung zwischen der Nachlaufseite der Dichtungsleiste 3 und dem äußeren Nachlaufrand 8 der Nut verhindert.

Wenn die Gasbelastung auf der Seite der Dichtungsleiste von der Arbeitskammer B her die Gasbelastung der Arbeitskammer A um einen Betrag überschreitet, der ausreicht, die Reibungskraft zwischen der Dichtungsleiste 3 und dem Gehäuse 2 zu überwinden, dann kippt die Dichtungsleiste in ihre Vorlaufstellung um. Wenn die eingenommene Lage jener nach Figur 2 entspricht, wobei die Vorlaufseite flach gegen die Nachlaufseite 10 der Nut anliegt, kann der Gasdruck aus der Arbeitskammer B in den Raum unter der Dichtungsleiste eintreten, so daß das Gas eine radial nach außen, gerichtete Kraft auf die Dichtungsleiste ausübt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei dieser Bauart von Kreiskolbenbrennkraftmaschinen bei dem Kompressions-Zünd-Zyklus bei hoher Leistung die Dichtungsleiste 3 in eine gekippte Vorlaufstellung überführt werden kann, wie diese in Figur 3 dargestellt ist.

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In dieser steht die Vorlaufseite der Dichtungsleiste 3 in Dichtungsberührung mit dem äußeren Vorlaufrand der Nut und der innere Nachlaufrand der Dichtungsleiste 3 dichtet gegen die Nachlaufseite der Nut ab.

Die Dichtungsleiste 3 gemäß Figur 1 und 2 würde, wenn sie in dieser Stellung befindlich wäre, den Eintritt von Gasdruck aus den Arbeitskammern auf beiden Seiten der Leiste 3 nach einem Raum unter der Dichtungsleiste schwerwiegend beeinträchtigen, mit dem Ergebnis, daß eine nur ungenügende radial nach außen gerichtete Kraft auf die Dichtungsleiste 3 ausgeübt würde, um eine ordnungsgemäße Abdichtung zwischen den Arbeitskammern zu gewährleisten.

Nunmehr wird insbesondere auf Figur 3 der Zeichnung Bezug genommen. Die Dichtungsleiste 3 weist zusätzlich eine" Reihe von Schlitzen 12 am radial inneren Rand 13 der Nachlaufseite der Dichtungsleiste auf. Diese Schlitze 12 haben eine ähnliche Funktion wie die Schlitze 11, wenn sich die Dichtungsleiste in der Stellung gemäß Figur 3 befindet und sie ermöglichen den Zutritt von Gas aus der Kammer B nach der Unterseite des radial inneren Randes der Dichtungsleiste 3, so daß die Dichtungsleiste 3 radial nach außen gedrückt wird. In der in Figur 3 dargestellten Stellung wird die direkte Verbindung der Arbeitskammern A und B durch die Dichtungsberührung zwischen der Vorlaufseite der Dichtungsleiste und dem äußeren Vorlaufrand 14 der Dichtung verhindert.

In den Figuren 4, 5 und 6 sind drei gegenüber Figur 3 abgewandelte Ausführungsbeispiele dargestellt, wobei für gleiche Zeichen die gleichen Bezugszeichen benutzt wurden. In Figur 4 ist der radial äußere Abschnitt 8 der Dichtungsleiste 3 über die gesamte Länge an der Nachlaufseite mit einer Stufenausnehmung ausgestattet, wodurch die Breite der Dichtungsleiste im radial äußeren Teil verringert wird und wodurch der Ausnehmungsabschnitt

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l8 ständig dem Gas in der Arbeitskammer B ausgesetzt wird. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie beschrieben, mit der Ausnahme, daß dann wenn die Dichtungsleiste 3 die Nachlaufstellung einnimmt, der Rand der Stufe 20 dichtend der Nachlaufwand der Nut anliegt, so daß eine Verbindung zwischen dem Raum unter der Dichtleiste j5 und der Nut und der Arbeitskammer B verhindert wird.

Im folgenden wird auf Figur 5 der Zeichnung Bezug genommen. Der radial äußere Abschnitt 8 der Nachlaufwand der Nut ist hierbei vollständig abgeschnitten, so daß eine Stufe JO verbleibt, d.h. die Höhe der Nachlaufwand der Nut ist vermindert. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Erfindung entspricht im wesentlichen der nach Figur 3.

Gemäß Figur 6 ist ein Abschnitt über.die gesamte Länge der Leiste ausgeschnitten, um eine im Querschnitt umgekehrt L-förraig gestaltete Dichtleiste zu erzeugen. Eine der Gestalt der Basis 40 des L-Querschnitts entsprechende komplementäre Aussparung ist im radial äußeren Abschnitt 8 der Nachlaufwand der Nut vorgesehen. Die Basis 40-steht in die Ausnehmung ein., aber es ist ein Spiel zwischen der Basis 40 und den Wänden 41 und 44 der Ausnehmung 8O vorhanden, so daß die Wände 42 und 4j der Basis 40 und die Wände 41 und 44 der Ausnehmung ständig einen Gasdruck aus der Kammer B ausgesetzt sind. Auf diese Weise wird zusätzlich zu der Kraft infolge des Gasdrucks, der auf die radial innere Oberfläche der Dichtungsleiste ;5 wirkt, ständig eine weitere radiale Kraft erhalten, die auf die Oberfläche 4j5 der Basis 40 wirkt.

Die Erfindung ist nicht nur für Kreiskolbenverbrennungskraftmasehinen geeignet/sondern auch für andere Kreiskolbenmaschinen, beispielsweise Kompressoren oder Expansionsmaschinen der einlappigen - epiferochoidälen- Bauart, wie in der GB-PS 1 068 209 beschrieben.

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Patentansprüche

Claims (10)

Patentansprüche

1. Eine, z.B. als Pumpe, Kompressor oder Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Kreiskolbenmaschine mit einer das Gehäuse axial durchsetzenden Welle und einem Kreiskolben, der sich planetenartig innerhalb des Gehäuses um einen auf der Welle vorgesehenen Exzenter dreht, dessen Umfang wenigstens eine axial verlaufende Nut aufweist, die eine radial bewegliche Scheiteldichtung aufnimmt, welche in Berührung mit der inneren Oberfläche des Gehäuses gebracht wird, um mehrere Arbeitskammern zu definieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite jeder Nut in Umfangsrichtung des Kolbens gemessen, größer ist als die Breite der Dichtungsleiste zwischen Vorlaufseite und Nachlaufseite, so daß die Dichtungsleiste um eine Achse parallel zu ihrer Längsachse in ihrer Nut zwischen einer Nachlaufstellung und einer Vorlaufstellung kippen kann und die Anordnung von Nuten und Diohtungsleisten derart getroffen ist, daß die Fläche jenes Teiles der Nachlaufseite der Dichtungsleiste die dem Strömungsmittel in der Arbeitskammer auf der Nachliufseite ausgesetzt ist, wirksam vergrößert wird wenn die Dichtleiste in Naohlaufstellung befindlich ist, wodurch bewirkt wird, daß dann, wenn der Strömungsmitteldruck in der Arbeitskammer auf der Nachlaufseite der Dichtleiste den Strömungsmitteldruck in der Arbeitskammer auf der Vorderseite der Dichtleiste um einen vorbestimmten Betrag überschreitet, die Dichtleiste von der Naohlaufstellung in die Vorlaufstellung kippen kann, um das Strömungsmittel von der Arbeitskammer auf der Nachlaufseite der Dichtleiste nach jenem Abschnitt der Nut gelangen zu lassen

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der unter der radial inneren Oberfläche der Dichtungsleiste liegt, so daß der Dichtungsstreifen radial nach außen gedrückt wird, wobei das Strömungsmittel, welches auf diese Weise unter die Dichtleiste eintreten kann, daran gehindert wird, die Arbeitskammer auf der Vorderseite der Dichtleiste einzutreten.

2. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die den Zutritt von Strömungsmitteln ermöglichen, aus einem Schlitz im inneren radialen Rand der Dichtleiste bestehen.

j5. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die den Zutritt von Strömungsmitteln unter die Dichtleiste bewirken, aus mehreren Schlitzen bestehen, die im Abstand zueinander auf dem radial inneren Rand des DichtungsStreifens angeordnet sind.

4. Kreiskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1, 2 oder j5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung in dem radial äußeren Abschnitt der Wand der Nuten auf der Nachlaufseite der Dichtungsleisten vorgesehen ist, so daß die Breite des radial äußeren Teils der Hut größer ist als die Breite des restlichen Teils der Nut und zwar über die gesamte Länge verlaufend.

5. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der radial äußere Abschnitt jeder Dichtleiste so ge« staltet ist, daß er teilweise In die Ausnehmung der zugeordneten Nut einsteht.

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6. Kreiskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung im radial äußeren Abschnitt der Nachlaufseite der Dichtleiste vorgesehen ist, derart daß die Breite des radial äußeren Teiles der Dichtleiste geringer ist als die Breite des übrigen Teils der Dichtleiste, und zwar über die gesamte Länge.

7. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Wand der Nuten auf der Nachlaufseite der Dichtleiste kleiner ist als die Höhe der Wand an der Vorlaufseite der Dichtleiste.

8. Kreiskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten und die Dichtleisten-außerdem derart angeordnet sind, daß bei in Nachlaufstellung befindlicher Dichtleiste das Strömungsmittel von der Arbeitskammer auf der Vorlaufseite der Dichtleiste nach jenem Abschnitt der Nut unterhalb der radial inneren Oberfläche der Dichtleiste gelangen kann, so daß die Dichtleiste radial nach außen gedrückt wird, wobei das Strömungsmittel gleichzeitig daran gehindert wird, in die Arbeitskammer an der Naohlaufseite des Dichtungsstreifens einzutreten.

9. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel von der Arbeltskammer an der Vorlaufseite der Dichtleiste nach jenem Abschnitt der Nut unter der radial inneren Oberfläche der Dichtungsleiste über wenigstens einen Schlitz gelangen kann, der im radial inneren Rand der Vorderseite der Dichtleiste vorgesehen ist.

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10. Kreiskolbenbrennkraftmaschine gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen dreieckigen Kolben besitzt, der in einem zweilappigen Gehäuse mit epitrochoidaler innerer Oberfläche umläuft.

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