DE2542301B2 - Gehaeusemantel einer kreiskolbenmaschine - Google Patents

Description

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1. Gciiäuscmantel einer Kreiskolbenmaschine t ,Schlupfeingriff^schwert einem dreieckigen, S Grunde au

pifferer^ruckcs.^MjF), benachbarter Arbeitskammern im kälten Bogen und der benachbarten kurzen Achse ( C- D) liegt, und anschließend stetig abnimmt (Fig. 3).

2. Gehäuseniantel einer Kreiskolbenmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem dreieckigen, an seinen Ecken Dichtleisten aufweisenden Kolben und dem Gehäusemantel mit einer in bestimmten Bereichen von der Äqüidistanten zur Epitrochoide radial nach außen abweichenden Kontur, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Kontur des Gehäusemantels (15) an der großen Achse (A-B) im kalten Bogen (0°) beginnt und über etwa 150° stetig zunimmt und anschließend bis zur großen Achse (A-B) im kalten Bogen (0°) abnimmt (Fig. 4).

3. Gehäuseniantel einer Kreiskolbenmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem dreieckigen, an seinen Ecken Dichtleisten aufweisenden Kolben und dem Gehäusemantel mil einer in bestimmten Bereichen von der Äquidistanten zur Epitrochoide radial nach außen abweichenden Kontur, dadurch gekennzeichnet, daß das abweichende Profi) eine ähnlich vergrößerte Äquidistante zur Epitrochoide ist, wobei sich die großen Achsen (A-B) decken und sie den achsfernen Punkt (0°) im kalten Bogen gemeinsam (Fig. 5).

Die Erfindung betrifft den Gehäusemantel einer Kreiskolbenmaschine mit Schlupfeingriff zwischen ei-•em dreieckigen, an seinen Ecken Dichtleisten aufweisenden Kolben und dem Gel aus*³mantel mit einer in bestimmten Bereichen von der Äquidisianten zur Epitrochoide radial mich außen abweichenden Ken-IUr. Solche Gehäusemäntel sind beispielsweise bekanntgeworden durch die US-PS 3139072.

Die Beseitigung von sogenannten Rattermarken ist das Problem bsi der bekannten Maschine. Dieses Problem soll dadurch gelöst werden, daß man den Gehäusemantel mit einer in bestimmten Bereichen von der Äquidsstantenzur Epitrochoide radial nach außen abweichenden Kontur versieht. Die radial nach außen gerichtete Abweichung der Kontur wird bei der bekannten Maschine jedoch schon wieder zurückgenommen, bevor zwischen Scheiteldichtung des Kolbens und Gehäuseniantel der maximale Aniagedruei erreicm ei.

§£5* Ig^oigltf'.rltfti 6ä ¹S an der großen Achse im kalten Bogen beginnt und stetig bis zu einem Maximum zunimmt, das zwischen, dem Bereich des maximalen Differenzdruckes be nachbarter Arbeitskammern im kalten Bogen und der benachbarten kurzen Achse liegt, und anschließend »o stetig abnimmt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindungist der Gehäusemantel dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Kontur des Gehäusetnantels an der großer* Achse im kalten Bogen beginnt und über etwa 150" stetig annimmt und anschließend bis zur großen Achse im kalten Bogen abnimmt. Hierdurch können zwei Differenzdruckspitzen berücksichtigt werden.

Bei einer etwas einfacheren und preiswerteren Lösung, welche mit einem geringen Herstellungsaufwand realisierbar ist, ist der Gehäusemante! dadurch gekennzeichnet, daß das abweichende Profil eine ähnlich vergrößerte Äquidistante zur Epitrochoide ist, wobei sich die großen Achsen decken und sie den achsfernen Punkt im kalten Bogen gemeinsamen haben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich

aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausfüh-

rungsfonren der Erfindung beispielsweise veran-

¥> schaulicht sind. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Scheiteldichtung des Rotors einer Kreiskolbenmaschine mit Angabe der an der Dichtleiste bei deren Auswärtshub angreifenden Kräfte,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung mit Angabe der Kräfte, die an der Dichtung beim Einwärtshub angreifen,

Fig. 3 das den epitrochoidförmigen Gehäusemante] einer Kreiskolbenmaschine mit einer in gestrichelten Linien stark vergrößert gezeigten Konturabweichüng vor: der echten Fpitrochoidenform, durch die eine Auswärtshewe.gung der Scheiteldichtungen in dem Gehäusemantelbereich, in dem die größte Druckdifferenz in den den Dichtleisten benachbarten Kammern auftreten, erzwungen wird,

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Gehäusemantels, bei der eine zusätzliche auswärts gerichtete Bewegung der Scheiteldichtungen auch noch in einem weiteren Bereich auftritt,

Fig: 5 ein weiteres Profil eines Gehäusemantels, wobei in gestrichelten Linien angedeutet ist, wie der nach außen gerichtete Hub der Dichtungen mit Hilfe einer vergreSerten verschobenen Epiirochoide erzielt

lUnimutvKutig

-positiven Einfluß auf die Beseitigung des Fressens;

denn dieses ist am stärksten an einer Stelle, an dem

ν >' die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten der Schei-Fig. 6 ein Diagramm der theoretisch zwischen Dichtung und Gehäusemante] auftretenden Andrückkraft bei einer bekannten Kreiskolbenmaschine,

*■ 3 · ί 4

w\ ,, (Fig, 7 »in, Diagramm der unter Berücksichtigung kraft zwischen der betreffenden Scheiteldichtung und

.yon Druck- und ihormiseben Verformungen des Ge- der Gchäusewnnd extrem groß,

ftäusenerrechneten,KWtechsR Dichtung und Gehäuse- _;. Die Orü^a der Andrückkraft zwischen der Schei-

rnantel auilnelendan Andrüekkraft i/ei einfr bekann- öldichtung und dem GehäuscmanteJ Ϊ5 ist im Dia-

ien Kreiskolbenmaschine, g gramm der Fig. 6 als Kurve aufgetragen, Dieses Dia-

Fig,'8 ein Diagramm der Andrückkraft zwischen gramm betrifft eine bekannte Kreistoibenmaschine,

Dichtung undiGehüuscmantel bei einer nahezu glei- bei der das Profil des Gehäusemantels eine Aquidi-,

eben Maschine, bei der jedoch das Profil des Gebäu- stante zur Epitrochoide ist, welch crstcre um den

semantelsigemäß Fig, 4 abgewandelt wurde, Kuppenradius der Scheiteldichtung größer als die

, Fig, 9 ein (Hr Fig* 8 ähnliches Diagramm der zwi- *° Epitrochojdc ist, Es ist erkennbar, daß die Andrück-

schen Dichtung und Gchausemantel auftretenden kraft P₄ ihr Maximum an der Stelle des Gehäuseman-

Andrüclikraft bei einer Maschine, bei der Gehäuse felprofils hat, die etwa α ~ 60° hinter dem Schnitt-

und Kolben aas der normalen zentralen Relativlage punkt des Gehäuscmantelprofils mit der großen

gegeneinander gemäß Fig, 5 verschoben sind, und Achse/1-ß der Epitrochoide liegt. Hier steigt die An-

Fig. 10 ein Diagramm der tatsächlichen radialen »S druckkraft bis auf 314 N an. Es sei noch erwähnt,

Abweichungen des Gehäusemantels, die in Fig. 4 daß bei der errechneten Kurve der Fig. 6 von einer

vergrößert dargestellt wurden und dazu führen, daß Kreiskolbenmaschine ausgegangen wurde, die mit

■■ sich die Andrückkraft zwischen Dichtung und Genau- 3600 U/min bei maximaler Belastung umläuft und ein

^semantel auf die Werte vermindert, die das Diagramm Volumen von 160 cm³ verdrängt.
Her Fig. 8 angibt. ao Das Diagramm der Fig. 6 zeigt ferner, daß an einer

,' Das Profil des Gehäusemantels IA' der Kreiskol- Stelle etwa 88° hinter der 314 N-Spitze ein zweites

benmaschine in Fig. 3 bis S ist eine zweiblättrige Epi- hohes Andrückkraftmaximum liegt. Dieses Maximum

,trochoide mit einer Hauptachse A-B und einer erreicht jedoch nur einen Wert von etwas unterhalb

kleineren Nebenachse C-D. Der Kolben 14 hat drei von 216 N. Das Hervorstechende am Diagramm der ,Scheitelstellen, welche jeweils mit einem sich in Quer- '5 Fig. 6 ist die ganz besonders große Schwankung der

richtung erstreckenden parallclwandigen Schlitz 16 Andrückkraft.

!Versehen sind (Fig. 1 und 2), der von Seitenwänden Das Diagramm der Fig. 7 zeigt die errechnete An-

und einer Bodenfläche 18 begrenzt wird. In jedem druckkraft P_A zwischen Dichtung und Gehäusemantel

<der Schlitze 16 befindet sich eine Scheiteldichtung 19 unter den gleichen Bedingungen wie in tier Fig. 6, mit einander gegenüberliegenden Seitenwänden, ei- 3o< nur daß hier berücksichtigt worden ist, daß die Epitro-

_sner Boüenfläche 21 und einer konvex gekrümmten choide durch Wärme- und Druckeinfluß verformt

^ Kuppe 22. Im Betrieb ragen die Kuppen der Scheitel- wird. Es wird dav<n ausgegangen, daß diese Kurve

% dichtungen geringfügig über die eigentlichen Kolben- repräsentativer ist ui ler Praxis wesentlich näher

b seheitel hinaus und bewegen sich auf einer Äquidi- kommt als die Kurvt er Fig. 6. Man ersieht, daß der stanten zur vorerwähnten Epitrochoide. Dabei ändert 35 Scheitelwert der Andrüekkraft einen Werl von 569 N

f. .sich die Andrüekkraft zwischen den Scheiteidichtun- erreicht hat. Die Steigerung der Andrüekkraft ist vor

gen in Form von Dichtleisten 16 und dem Gehäuse allem bedingt durch die unter einer großen Druckdif-

,' mantel 15 in sehr starkem Maße wegen des wechseln- ferenz erfolgende Einwärtsbewegung der Scheitef-

den Gasdruckes und wegen der sich ändernden dichtung in den Rotorschlitz hinein.

Trägheits- und Reibungskräfte an den Dichtungen. 4» Die eußergewöhnlich hohe Andrüekkraft, die

Wenn der Kolben in Uhrzeigerrichtung umläuft, durch die erste Spitzt in der Kurve der Fig. 7 darge-

durchlaufen die einzelnen Arbeitskammern nachfol- stellt wird, und der besonders steile Anstieg auf diesen

Ψ gende Positionen: Wert macht verständlich, warum der Gehäusemantel

f. 1. eine Ansaugphase, welche beginnt, wenn die 15 am stärksten in dem Bereich angefressen wird. Es t voreilende Scheiteldichtung einer Kammer den 45 kann daher kein Zweifel darüber bestehen, daß der

EirtlaßansclJuß E (Fig. 3) überläuft, hohe Scheitelwert der Andrüekkraft zwischen Dich-

2. eine Kompressionsphase, welche beginnt, wenn tung und Gehäuse in diesem Bereich in starkem Maße die nacheilende Scheiteldichtung dieser Kammer für das Fressen und den Verschleiß an der Oberfläche

den Einlaßanschluß E überquert hat und dann des Gehäuses verantwortlich ist.

endet, wenn die Kolbenflanke dieser Kammer 5° Nachdem jetzt einmal die Ursache des zerstörenden im oberen Totpunkt C liegt, Verschleißes bekannt war, lag es nahe, den Verschleiß

3. eins Arbeitsphase, die durch die Zündung des zu bekämpfen durch eine Verminderung der Anin dieser Kammer komprimierten Brennstoff- druckkraft. Diese jetzt präzisierte Aufgabe wurde er-Luft-Gemisches eingeleitet wird, und tindimgsgemäS dadurch gelöst, daß .Τ!3ίϊ das Epiiro-

4. eine Auslaßphase, welche beginnt, wenn die vor- 55 choidenprofil des Gehäusemantels so modifiziert, daß eilende Scheiteldichtung dieser Kammer den die Seheiteldichtungen sich nach außen bewegen müs-Ausiaß AV freimacht. sen, wenn sie Abschnitte ihrer Umlaufbahn durchlau-

Bei einer Volumenänderung in den Ar£eitskam- fen, an deaen die Andrüekkraft am größten ist. Durch

mern ändert sich die Gasdruck-Differenz an gegen- diesen nach außen gerichteten Hub wird den bereits

überliegenden Seiten der Scheiteldichtungen. Diese 60 an den Dichtungen angreifenden Kräften eine Entla-

Druckdifferenz ist am größten, wenn in der Kammer stungskraft zugeführt auf Grund der Reibung zwi-

der maximale Verbrennungsdruck erreicht wird. Die- sehen den sich berührenden Seitenflächen von Schei-

ser Maximaldruck entsteht, wenn die nacheilende teldichtungen und zugehörigen Schlitzen. Der Brems-

Scheiteldichtung einen Pußkt durchläuft, der etwa 60° effekt dieser Reibung modifiziert die nach außen

hinterdergroßenGenäusemantel-Achseyl-Bünka!- 6s gerichteten an den Dichtungen angreifenden Kräfte

ten Bogen liegt. Dieser Punkt ist in Fig. 3 bis 5 mit und führt zu einer merklichen Verminderung der

den Bezugszeichen MF gekennzeichnet. Auf Grund ieCaüeh erzielter. Andrückkrait

dieses erheblichen Differenzdruckes ist die Andrück- Fig. 1 erläutert f chematisch, wie die Seitenreibung

*/?_s zwischen den Schciteldichtungen und'ihrcn Schlitzen der Druckkraft P_B' unter den Dichtungen entgegenwirken und somit die Andruckkraft<~Ρ_Α' vermin-^ dern^kann^Die^ Auswartsbewegung ^isfmit*¹ R" bezeichnet. Fig ^,erläutert, wie die Seitenreibiing'i?_v ' die AndruckkVaft P₄ vergioßert, wenn sichdie'Schci- ^s tcldichtungcn einwärts bewegen. Der Seitendruck ist Un beiden Figuren mit P_x bezeichnet.

Das erfindungsgemäß modifizierte Profil der Fig. 3 bewirkt, daß die Dichtungen sich in einem bestimmten iBereich nach außen bewegen. Diese Bewegung beginnt im kalten Bogen an dem Punkt, an dem die -Hauptachse der Epitrochoide E das Profil schneidet, und erfolgt auch noch über einen Punkt hinweg, an ,dem die Gasdruckdifferenz in den Kammern beidseitig einer Scheiteldichtung am größten ist. Hinter diesem Profilabschnitt mündet das Profil ME der Gehäusemantel-Innenf lache stetig wieder in die Äquidistante zur Epitrochoide E ein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Modifikation ME des Gehäusemantels, bei oer die Scheiteldichtungen einen zweiten Auswärtshub ausführen müssen. Dieser zweite Auswärtshub findet im rechten Epitrochoidenblatt statt und berücksichtigt somit den zweiten etwas geringeren Scheitelwert der Andrückkraft, den die Kurve der Fig. 7 zeigt.

Die Verminderung der Andrückkrafi durch die Auswärtsbewegung der Scheiteldichtungen beim Durchlaufen eines Gehäuseprofilabschnittes mit größter Druckdifferenz in den benachbarten Kammern erkennt man durch einen Vergleich der Kurven der Fig. 7 und K. Die Kenndaten der Maschinen, die man zur Herstellung der Diagramme verwendete, waren gleich. Der einzige Unterschied lag darin, daß bei der Kurve der Fig. 8 das Profil der Gehäusemantel-Inncnflächc gegenüber der Äquidistanten zur Epitrochoide zu der Form gemäß F i g. 6 modifiziert war. Ein Vergleich der beiden Kurven zeigt, daß die Andrückkraft in den zwei Maschinen gleicher Größe bei gleichen Betriebsbedingungen erheblich geringer ist, wenn man das Profil des Gehäusemantels so modifiziert, daß ein Auswärtshub der Dichtungen erfolgt, wenn die Druckdifferenz in den benachbarten Kärntnern am größten ist. Es ist zu beachten, daß der Scheitclwcrt der Andrückkraft in Pig. 8 weniger als die Hälfte von dem der Fig. 6 beträgt und weniger als ein Viertel des im Diagramm der Fig. 7 erkennbaren Schcitelwcrtes.

Zur Erprobung der Erfindung wurden Versuchsreihen gefahren und Maschinen mit unbeschichteten Aluminiumgehäusen verwendet, die einerseits echte Epitrochoidcnprofile und andererseits modifizierte Epitrochoidcnprofilc gemäß Fig. 3 und 4 hatten. Die Gehäuse mit echtem Epitrochoidenprofil versagten gegenüber der Exzenterwelle verschobenen Äquidisianien zur Epitrochoide für das Gehäuse (Fig. 5) führt ebenfalls zu einer nach außen gerichteten Hub-

»° bewegung der Dichtungen und bringt im wesentlichen ^?<fie gleiche Verminderung der Andrückkraft. Dies Ergebnis ist aus den Kurven der Fig. 7 und 9 abzulesen, von denen die Fig. 9 die Andrückkraftkurve einer Maschine mit vergrößertem verschobenen Gehäuse-

¹S profil nach Fig. S wiedergibt.

Die ähnlich vergrößerte Äquidistante zur Epitrochoide kann man dadurch erhalten, daß man zu einer Äquidistanten, wie sie die Kolbenscheitei definieren, eine parallele Gehäusekurve konstruiert, bei einem

*° Abstand, der größer ist als der Scheiteldichtungskuppenradius. Der Mittelpunkt der vergrößerten Äquidistanten läßt sich dann so verschieben, daß die letztere an dem Punkt, an dem der Auswärtshub der Scheiteldichtung zu beginnen hat, tangential zu einer paralie-

*5 len Äquidistanten verläuft. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß man sie mit konventioneilen Epitrocbojden erzeugenden Werkzeugmaschinen herstellen kann.

Um zu erläutern, eine wie kleine Abweichung D

der Äquidistanten zur Epitrochoide ausreichend ist, um eine Verminderung der Andrückkraft von 569 N auf weniger als ^f 47 N zu erreichen, wurde die errechnete Kurve der Fig. 10 beigefügt. Diese Kurve spricht für sich selbst, doch sollte noch darauf hingewiesen werden, daß auch diese Kurve genau wie bei der Profilmodifizierung gemäß Fig. 4 zu einer zweifachen Auswärtsbewegung der Dichtung führt.

Da, wie Fig. 2 zeigt, der nach innen gerichtete Hub R der Scheitcldichtungen die Andrückkraft vergrößert, kann man im Bereich von Profilabschnitten, an denen die äußeren, an den Dichtungen angreifenden Kräfte nicht ausreichend sind, durch Verändern des inner«*" Tchäusemantelprofils im Sinne der Erzeugung eines Einwärtshubes die gewünschte Ab-

dichtung zwischen den Dichtungen und der Gehäuscwand erreichen; hierin liegt ein > "«' rer Vorteil.

Immer wenn die Andrückkraft zwischen Scheiteldichtung und Gehäusemantel vermindert ist, vermin-

So dert sich der Verschleiß nicht nur am Gehäusemantel, sondern auch an der Scheiteldichtung. Hieraus ergibt sich als Nutzen der Erfindung auch die mögliche Verwendung von preiswerterem Material für die Scheitcldichtungen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. _Λ , Patentansprüche»,

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