DE2451348A1

DE2451348A1 - Oelabstreiferanordnung fuer eine kreiskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2451348A1
Application number: DE19742451348
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Kurio; Hiroshi Ozeki; Keiichiro Shin
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1973-11-01
Filing date: 1974-10-29
Publication date: 1975-05-15
Also published as: US3941523A; JPS5072008A; JPS5144251B2; DE2451348B2

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DIPL.-INQ.

H. KINKELDEY

DR.-ING.

W. STOCKMAIR

DR.-INQ. · AeE(CALTeCH)

245134.8 ^Κ· SCHUMANN

_O|_Pu.p_HYS.

P. H. JAKOB

DIPL.-INQ.

G.. BEZOLD

□ R. RER. NAT. · 0IPL₁-CHEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

OR. RER. OSC. INS.

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

HI 8681

NIPPON PISTON RING CO., LTD.

.No. 1-18, Uchisaiwai-cho 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Ölabstreiferanordnung
für eine Kreiskolbenmaschine

Die Erfindung besieht sich auf eine Ölabstreiferanordnung für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, in welchem ein Drehkolben exzentrisch um eine Rotorachse herum drehbar angeordnet ist, so daß eine axiale Druckfläche des Drehkolbens einer axialen Seitenwand des
Gehäuses zugewandt ist, und bei welcher die Druckfläche

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zur Seitenwand des Gehäuses hin offene, durch einen ein Teil der Druckfläche bildenden,,ringförmigen schmalen Steg getrennte, radiale innere und äußere Ringnuten aufweist, deren jede einen metallenen, 'kreisförmigen Ölabstreifring sowie eine hinter demselben angeordnete, ihn' mit seiner axialen Stirnseite in Anlage an der Seitenwand des Gehäuses belastende Eeder aufnimmt und daß die betreffende axiale Stirnflächen der Ölabstreifringe radial auswärts von der Seitenwand des Gehäuses weg abgeschrägt sind, so daß sie mit dieser einen Anstellwinkel bilden.

Eine Ölabstreiferanordnung der genannten Art dient dazu, den Austritt des zur Kühlung des Drehkolbens und zu seiner .Schmierung bei seiner Drehung gegenüber deia feststehenden Gehäuse zugeführten Öls in die Brennkammern zu verhindern und das den Kanten- und Seitendichtungen von einer Pumpe zugeführte, überschüssige öl radial einwärts zu sammeln und abzuführen. -

In einer bekannten Anordnung haben die axialen Stirnflächen der beiden Ölabstreifringe gegenüber der Seitenwand des Gehäuses einen Anstellwinkel in der- Größenordnung von zwei Grad. Der Anstellwinkel bewirkt, daß die Ringe bei ihrer Bewegung radial auswärts das an der Seitenwand des Gehäuses haftende Öl durchlassen, um es dann bei der Bewegung radial einwärts abzustreifen und mitzunehmen. Bei einem Anstellwinkel in der genannten Görßenordnung bewirkt der Verschleiß der Abstreifringe eine schnelle Vergrößerung oder Verbreiterung der Fläche, mit welcher sie an der Seitenwand des Gehäuses anliegen, so daß die Abstreifwirkung der Ringe erheblich beeinträchtigt wird. Dies führt dann zu einem erhöhten Schmierölverbrauch.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel bekannter ölabstreiferanordnungen zu beseitigen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Anstellwinkel der Stirnfläche des radial äußeren Abstreifrings zwischen 1° und 3° und der der Stirnfläche des radial inneren Abstreif rings zwischen 3 und 5 beträgt. . ■

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die auf den radial äußeren Abstreifring wirkende Federbelastung geringer ist als die auf · den radial inneren Ring einwirkende. Ferner sieht die Erfindung vor, daß in dem ringförmigen Steg der Druckfläche eine Bohrung zum Abführen des sich zwischen den radial inneren und äußeren Abstreifringen ansammelnden Öls gebildet ist.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teil-Schnittansicht des Kolbens einer Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einer bekannten Ölabstreiferanordnung,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Drehkolbenmaschine zur Darstellung der Wirkungsweise einer Doppelring-Ölabstreiferanordnüng,

Fig. 3 ein· Fig. 1 entsprechende Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ölabstreiferanordnung,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der vom radial inneren Abstreifring zurückgewonnenen Ölmenge und dem Anstellwinkel der Stirnfläche und .'"....

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.ν.

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der vom radial äußeren Abstreifring zurückgewonnenen Ölraenge und dem Anstellwinkel seiner Stirnfläche, und zwar mit und ohne Abführbohrung.

In E¹Ig. 1 erkennt man einen Teil eines Drehkolbens 1, mit einer der Seitenwand 10 eines feststehenden Gehäuses einer Drehkolbenmaschine zugewandten Druckfläche 11, in welcher eine radial innere und eine radial äußere Ringnut 2 bzw. 3 gebildet sind. In den Ringnuten 2 und sitzen metallene ölabstreifringe 4-, welche an ihrer radial äußeren bzw. inneren Seite jeweils eine umlaufende Nut 4-3 für die Aufnahme jeweils eines Rundrings 5 haben. Hinter den Abstreifringen 4 in die Nuten 2 und 3 eingelegte Federn 6 belasten die Ringe mit ihren axialen Stirnseiten in Anlage an der Gehäuse-Seitenwand 10. Die Stirnflächen der Abstreifringe 4- sind abgeschrägt, so daß sie mit der Seitenwand 10 einen radial auswärts offenen Winkeioc bilden, welcher bei beiden Abstreifringen gleich ist und etwa 2° beträgt.

Wie man insbesondere in Fig. 2 erkennt, streift bei der exzentrischen Bewegung des Drehkolbens gegenüber dem Gehäuse jeweils ein halbkreisförmiges Teil A der Abetreifringe 4 das nach dem Kühlen des Kolbens radial . einwärts derselben an der Seitenwand 10 haftende öl ab, so daß dieses nicht über die Ringe hinweg radial auswärts vordringen kann. Gleichzeitig bewegt sich ein anderen halbkreisförmiges Teil B der Ringe radial auswärts, so daß das radial außerhalb der Ringe an der Seitenwand 10 haftende öl in den keilförmigen Spalt zwischen dieser und den Stirnflächen der Ringe dringt. Durch den dabei entstehenden Druck werden die Ringe 4-etwas VOn der Wand 10 abgehoben, so daß das öl zur radial inneren Seite insbesondere des äußeren, aber auch des inneren Abstreifrings vordringen kann.

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In der bekannten Anordnung haben die "beiden den gleichen Anstellwinkel aufweisenden Abstreifringe 4 also die gleiche Wirkungsweise, indem sie "bei ihrer radialen Einwärtsbewegung gegenüber der feststehenden Wand 10 das Öl abstreifen und es.bei ihrer radialen Auswärtsbewegung einwärts durchlassen. Durch den Verschleiß der Ringe tritt aufgrund des kleinen Anstellwinkels eine sehr .schnelle Verbreiterung ihrer Anlageflächen an der Seitenwand ein, so daß die Abstreifwirkung verloren geht, was sich in einem erhöhten Ölverbrauch auswirkt..

Bei der in Fig.. 3 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung trägt die radial äußere Nut 3 des Drehkolbens 1 einen radial äußeren, kreisförmigen Abstreifring 401, dessen Stirnfläche einen Anstellwinkel zwischen 1° und 3° gegenüber der Seitenwand 10 bildet. Der Abstreifring ist dur& eine dahinter in der Nut 3 angeordnete Feder 601 in Anlage an der Seitenwand 10 belastet »und steht in Axialrichtüng über die Druckfläche 11 des Drehkolbens 1 hervor. An der gegenüberliegenden Seite eines ein Teil der Druckfläche zwischen den Nuten 2 und 3 bildenden Stegs 7 trägt die radial innere Nut 2 einen inneren Abstreifring 402, welcher wie der äußere Ring eine abgewandelte·rechteckige Querschnittsform hat. Seine axiale Stirnfläche bildet gegenüber der Seitenwand 10 des Gehäuses einen Anstellwinkel/3 ' zwischen und 5°· Der Abstreifring 402 ist ebenfalls aus Metall und durch eine dahinter in der Ringnut 2 sitzende Feder .602 in Anlage an der' Seitenwand 10 belastet. Wie in der bekannten Ausführung nach Fig. 1 hat der äußere Abstreifring 401 an der radial inneren Seite und· der innere Abstreifring 402 an der radial äußeren Seite jeweils eine Nut für die Aufnahme eines Rundrings 5·-

Anders als bei der bekannten Ausführung ist die von der. Feder 602 auf den radial.inneren Abstreifring 402 aus-

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geübte Belastung größer als die von der Feder 601 auf ■ den radial äußeren Ring 401 ausgeübte«

Aufgrund des gemäß der Erfindung vorgesehenen größeren Anstellwinkels von 3 bis 5° sowie der stärkeren Belastung hat der radial innere Abstreifring 402 eine erheblich verbesserte Abstreifwirkung. In praktischen "Versuchen wurde festgestellt,· daß bei einem Anstellwinkel in diesem Bereich eine größtmögliche Ölmenge zurückgewonnen werden kann. . ·

Für diese Versuche wurden mehrere radial innere Abstreifringe 402 mit Anstellwinkeln der Stirnfläche von einem, zwei, drei, vier, fünf und sechs Grad hergestellt. Die verschiedenen Abstreifringe wurden in eine normale Drehkolbenmaschine eingebaut, um die Beziehung zwischen dem Anstellwinkel der inneren Abstreifringe und der zurückgewonnenen Ölmenge zu ermitteln. Die Daten der für die Versuche verwendeten Maschine und die Betriebsbedingungen waren die folgenden:

Versuchsmaschine:

Art: Wassergekühlte Zweischeiben-Drehkolbenmaschine Kammervolumen: 982 cet

Höchstleistung: 100 PS bei 7 000 U/min Größtes Drehmoment: 13»5 mkp bei 3 500 Ü/min

Versuchsbedingungen:

Drehzahl und Belastung: 5 000 U/min bei Vollast Betriebsstunden: 5 k

Die Versuchsergebnisse sind in Fig, 4 dargestellt. Wie man in dieser Figur erkennt, ist die zurückgewonnene ölmenge bei Anstellwinkeln zwischen 3 und 5 am größten. Daraus läßt sich schließen, daß die Abstreifwirkung und damit die Rückgewinnung des Öls in diesem WinkeIbereich

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gegenüber Anstellwinkeln außerhalb dieses Bereichs erheblich verbessert ist.

Wie in weiteren Versuchen mit der vorstehend beschriebenen Maschine ermittelt wurde, begünstigt der gemäß der Erfindung vorgesehene Anstellwinkel zwischen einem und drei Grad des radial äußeren Abstreif rings sowie dessen geringere Belastung den Durchtritt des Öls radial einwärts. Für die Versuche wurden radial äußere Abstreifringe mit Anstellwinkeln der Stirnfläche von 0°, 30^T, 1°, 2°, 3°, 4°, 5° und-6° hergestellt. Die Ringe wurden⁶ in die gleiche Maschine eingebaut, um die Beziehung zwischen dem Anstellwinkel und der zurückgewonnenen ölmenge zu ermitteln;.. Ferner wurden Vergleichsversuche mit einem Drehkolben, bei welchem der Steg 7 zwischen den Abstreif ringen eine Rückführbohrung 8 aufweist, und einem anderen Drehkolben ohne Rückführbohrung, bei welchem das zwischen den Abstreif ringen angesammelte öl unter dem radial inneren Rang 402 hindurch radial einwärts vordringt, durchgeführt. Die Versuchsmaschine und die Versuchsbedingungen waren die gleichen wie in den Versuchen, deren Ergebnisse in Pig. 4- dargestellt sind.

Die bei de& Versuchen erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. dargestellt. Wie man aus dieser Figur ersieht, ist die zurückgewonnene ölmenge bei einem Anstellwinkel des radial äußeren Abfctreifrings ΜΌΛ zwischen einem und drei Grad am größten* Daraus ist zu entnehmen, daß der Durchtritt des Öls am äußeren Abstreifrings durch einen Anstellwinkel in diesem Bereich, besonders begünstigt ist. In Fig. 5 zeigt die untere Kurve A die durch den radial äußeren Abstreifring bei verschiedenen Anstellwinkeln bewirkte ölrückgewinnung bei einem Drehkolben ohne Rückführbohrung 8. Die obere Kurve B zeigt die Beziehung zwischen dem Anstellwinkel des äußeren Abstreifrings und der Ölrückgewinnung bei Vorhandensein einer Eückfuhr—

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bohrung 8 in dem Steg 7.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist zusätzlich dadurch verbessert, daß die den radial inneren Abstreifring belastende Feder härter ist als die den radial äußeren Hing belastende. Dadurch erhöht sich bei der radialen Einwärtsbewegung die Abstreifwirkung des inneren Abstreifrings, so daß das öl, -'wie in Fig. durch Pfeile dargestellt ist, radial einwärts von der Gehäusewand 10 abgestreift wird. Bei der radialen Auswärtsbewegung des äußeren Abstreifrings 401 gegenüber der feststehenden Wand 10 vermag das Öl den Ring 401 gegen die Belastung der relativ weichen Feder 601 anzuheben, so daß eine größere Ölmenge über die Bohrung 8 zurückgewonnen werden kann. Die relativ weiche Feder begünstigt also das Abheben des äußeren Abstreifrings von der Wand 10 durch den Druck des Öls, so daß der äußere Hing eine große Ölmenge durchlassen kann, während die relativ harte Feder 602 den radial inneren Abstreifring 401 in feste Anlage an der Wand 10 des Gehäuses drückt, um dessen Abstreifwirkung zu erhöhen.

Somit schafft die Erfindung eine Ölabstreiferanordnung mit zwei jeweils einen bestimmten Anstellwinkel aufweisenden Abstreifringen, welche durch Federn unterschiedlicher Härte belastet sind. Dank dieser Anordnung wird das Öl nach der Kühlung des Drehkolbens sicher von der Gehäusewand 10 abgestreift, so daß es nicht radial auswärts über die Abstreifringe hinausgelangen kann. Das von einer Pumpe zur Schmierung der Kanten- und Seitendichtungen zugeführte und danach an der Wandung haftende Öl wird vom radial äußeren Abstreifring an dessen radial innere Seite durchgelassen und über die im Steg 7 der Druckfläche 11 gebildete Bohrung 8 zurückgeführt, so daß sich der Schmierölverbrauch erheblich verringert. Dadurch ist auch einem Festsetzen der Kanten und Seitendichtungen vorgebeugt, wie dies bei über-

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4.

mäßiger "ölzufuhr· eintreten. kann, und ein Austritt des Öls sit den Abgasen ist vermieden.

Der Anstellwinkel des inneren Abstreifrings van 5 bis 5 ergibt gegenüber herkommlichen Abstreifringen mit einem Anstellwinkel toe etwa 2° eine Verkleinerung der Anlageflache des Inneren Abstreifrings an der Gehäusewand 10» so daß der radial Innere Abstreifring 402 seine Abstreifwirkung über eine längere Bauer behält. Da ferner der radial äußere Abstreifring^ um das Durchlassen des Öls zsu erleichtern, durch eine relativ weiche Feder belastet 1st, vermindert sich sein Verschleiß. Selbst wenn sich die Anlagefläche des radial äußeren Abstreifrings durch Verschleiß verbreitert, wird seine Wirkungswelse im Hinblick auf das Durchlassen des Öls nicht wesentlich beeinträchtigt..

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Claims

Patentansprüche:

|L/ Ölab'Streiferanordnung für eine Ereiskolben-BrennkraftmascMjie mit einest Gehäuse, in welches ein Brehkolben exzentrisch um eine Eotorachse herum drehbar angeordnet ist_s 's© äiaiß eine axiale Druckfläche des Brehkolbens einer axialen Seitenwand des Gehäuses zugewandt ist, ■and bei welcher die Druckfläche zur Seitenwand des- Gehäuses? him offene, durch einen ein feil der Druckfläche TaildieBden,, ringförmigen schmalen Steg getrennte, radial innere und äußere Ringnuten aufweist, deren Jede einen metallenen, kreisförmigen Ölabstreifring sowie eine hinter demselben angeordnete, ihn mit seiner axialen Stirnseite in Anlage an der Seitenwand des Gehäuses belastende Feder- aufnimmt und die betreffenden axialen Stirnflächen der Ölabstreifringe radial auswärts von der Seitenwand des SeiEaias-es weg abgeschrägt sind, so daß sie mit dieser einen. Anstellwinkel bilden, dadurch gekennz eich η e t , daß der Anstellwinkel des radial äußeren Abstreifrings (401) zwischen 1° und 3° beträgt, und daß der Anstellwinkel des radial inneren Abstreifrings (402) zwischen 3 vn& 5 beträgt.
2. " Öl abstreif anordnung nach Anspruch i, dadurch g e — ke mm zeichnet , daß in dem Steg (7) der Druck- " fläche (11) eine Eückführbohrung (8) zum Abführen von zwischen dien, radial inneren und äußeren Abstreifringen (402 Tbew. 401) angesammeltem Öl gebildet ist.

3- ölabstreif anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die von einer ersten Feder· (601) auf den radial äußeren Abstreif ring ausgeübte Belastung kleiner ist als die von einer zweiten Feder (602) auf dien radial inneren Abstreifring ausgeübte Belastung.

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