DE2544891A1

DE2544891A1 - Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2544891A1
Application number: DE19752544891
Authority: DE
Inventors: John Michael Clarke; David Stuart Gilchrist
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1974-10-10
Filing date: 1975-10-07
Publication date: 1976-04-29
Also published as: US4008989A; JPS5164112A; GB1526045A

Description

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DIPL. ING.	R.	SBlJKG
89 Λ	CG
KIELIFFIin^	-WKi

W. 769

Augsburg, den 7. Oktober 1975

CATERPILLAR TRACTOR CO., 100 N₆E. Adams Street, Peoria,

Illinois, V.St.A,

Drehkolbenmaschine'

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine mit einer Ro tor dichtungsanordnung, die eine Anzahl von am Rotor angeordneten Randdichtungen und Kammertrenndichtungen aufweist, die zusammen in einem Gehäuse, in welchem der Rotor drehbar angeordnet ist, geschlossene Arbeitskammern begrenzen, wobei

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die einander benachbarten Enden von aneinander angrenzenden Dichtungen jeweils mittels eines in eine Aufnahme Öffnung des Rotors eingesetzten Verbindungskörpers miteinander verbunden sind, an welchem die Dichtungeenden in Nuten eingesetzt oder angestoßen sind.

Der Ausdruck "Drehkolbenmaschine" umfaßt sowohl Maschinen mit innerer Verbrennung, Pumpen oder Verdichter entweder einer Bauart mit einem eine schräge Achse aufweisenden bzw, eine Präzessionsbewegung ausführenden Rotor oder einer Bauart mit einem eine parallele Achse aufweisenden Rotor. Ein Beispiel der letztgenannten Bauart ist der Wankelmotor»

Bei beiden genannten Maschinenbauarten trägt der Rotor eine Anordnung von Dichtungen, welche an den Innenwänden des Gehäuses, in welchem der Rotor umläuft, anliegen und in diesem Gehäuse getrennte Arbeitskammern begrenzen,. Der jede Arbeitskammer begrenzende Teil der Dichtungsanordnung besteht gewöhnlich aus einer Anzahl von Kammertrenndichtungen, die mit gegenseitigen Umfangsabständen um die Rotorachse verteilt angeordnet sind, und aus einer Anzahl von Randdichtungen, die mit gegenseitigem, auf die Axialrichtung des Rotors bezogenem Abstand angeordnet sind. Miteinander zusammenwirkende Rand- und Kammertrenndichtungen 3ind an ihren aneinander angrenzenden Enden mittels eines Verbindungskörpers miteinander

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verbunden, der oft als Gelenkkörper bezeichnet und in eine Aufnahme öffnung des Rotors eingesetzt ist_o Die Dichtungsenden sind entweder in Nuten des Verbindung3körpers eingesetzt oder an die Umfangsfläche des Verb in dungs körpers angestoßen.

Da die Kammertrenndichtungen ihre Neigung bezüglich einer Radialebene während des Rotorumlaufs infolge des Gleitens der Außenkanten der Kammertrenndichtungen auf der Gehäusewand verändern, müssen die Verbindungskörper in den Aufnahmeöffnungen pendeln können. Um diese Pendelbewegung zu ermöglichen, muß ein Spielraum zwischen den Umfangswänden des Verbindungskörpers und der zugehörigen Aufnahmeöffnung vorhanden sein. Au3 der Sicht der Herstellung ist ein großer Spielraum wünschenswert, da dann beträchtliche Toleranzen zugelassen werden können. Große Toleranzen würden jedoch eine Unbestimmtheit der Lage der Berührungsstelle zwischen dem Verbindungskörper und der Aufnähmeöffnung herbeiführen, was eine unerwünschte Lastverteilung zwischen dem Rotor, den Verbindungskörpern, den Dichtungen und dem Gehäuse nach sich ziehen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Drehkolbenmaschine der eingangs dargelegten Art die Dichtungsanordnung so zu verbessern, daß beträchtliche Toleranzen

zulässig 3ind und trotzdem keine Unbestimmtheit der Lage der Berührungsstelle zwischen den Verbindungskörpern und den Aufnahmeöffnungen vorhanden ist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Drehkolbenmaschine gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbindungskörper zwischen sich und der Wandung der Aufnahmeöffnung, auf seine Längsachse bezogen, seitlichen Spielraum hat, derart, daß Querbewegungen des Verbindungskörpers in der Aufnahmeöffnung mit Ausnahme von Bewegungen in einer bestimmten, mit Bezug auf die Verbindungskörperlängsachse seitlichen Richtung möglich sind, und daß Bewegungen in dieser letzteren Richtung dadurch verhindert werden, daß der Verbindungskörper fest zwischen feststehenden, einander seitlich gegenüberliegenden und an seiner Umfangsfläche angreifenden Führungsbereichen geführt ist»

Diese feststehenden Führungsbereiche können an der Wandung der Aufnahmeöffnung oder an einer feststehenden Dichtung und an einer festgelegten, der feststehenden Dichtung gegenüberliegenden Stelle der Wandung der Aufnahme öffnung gebildet 3ein.

Wenn der Verbindungskörper zwischen zwei einander

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seitlich gegenüberliegenden feststehenden Pührungsbereichen der Wandung der Aufnahmeöffnung geführt ist, so kann der Füh rungs körper mit einer im wesentlichen elliptischen Querschnittsform ausgebildet sein, wobei die größere Achse der Ellipse in derjenigen Richtung verläuft, nach welcher Verbindungskörperbewegungen verhindert werden sollen, und wobei die Ellipsenenden an einander diametral gegenüberliegenden Stellen der Wandung der im Querschnitt kreisförmigen Aufnahmeöffnung anstoßen oder beinahe anstoßen«.

Alternativ dazu kann die Aufnahmeöffnung eine im wesentlichen elliptische Form aufweisen und der Verbindungskörper kann einen kreisförmigen Querschnitt haben. Die kleinere Achse der Ellipse verläuft dann in derjenigen Richtung, nach welcher Seitenbewegungen des Verbindungskörpers verhindert werden sollen, und der Durchmesser des Verbindungskörpers ist so gewählt, daß zwei diametral gegenüberliegende Stellen der Wandung des Verbindungskörpers die Wandung der Aufnahmeöffnung an den Schnittstellen mit der kleineren Ellipsenachse berühren oder beinahe berühren.

Wenn der Verbindungskörper zwischen einer feststehenden Dichtung und einer dieser gegenüberliegenden Stelle der Wandung der Aufnahmeöffnung geführt ist, können sowohl die

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Aufnahmeöffnung als auch der Verbindungskörper einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Durchmesser der Aufnahmeöffnung größer als der Durchmesser des Verbindungskörpers ist und die feststehende Dichtung in die Aufnahmeöffnung hineinragt und die Längsachse des Verbindungskörpers seitlich mit Bezug auf die Längsachse der Aufnahmeöffnung versetzt hält.

Bei der feststehenden Dichtung handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Randdichtung,

Die Erfindung umfaßt auch einen Rotor mit einer Rotordichtungsanordnung der oben beschriebenen Art_e

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Dichtungsanordnung bei einer

Drehkolbenmaschine der Wankel-Bauart bzw β mit einem Rotor mit paralleler Rotorachse,

Fig. 2 eine Dichtungsanordnung bei einer

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Drehkolbenmaschine der Bauart mit geneigter Rotorachse bzw. mit eine Präzessionsbewegung ausführendem Rotor,

Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische

Ansicht eines Dichtungsverbindungskörpers nach der Erfindung,

Figo 4 eine Draufsicht auf eine andere

Anordnung eines Dichtungsverbindungskörpers nach der Erfindung, und

Fig, 5 eine Draufsicht einer noch weiteren

Ausführungsform eines Dichtungsverbindungskörpers nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 weist die typische Dichtungsanordnung einer Drehkolbenmaschine der Wankelbauart drei Kammertrenndichtungen 1 auf, die an den drei Ecken des Rotors angeordnet sind und entlang der Eckkanten und parallel zur Drehachse des Rotors verlaufen. Diese Kammer trenndi ch tun gen sind in Nuten in den Kanten des Rotors und von Verbindungskörpern 2 mit etwa zylindrischer Form eingesetzt, welch letztere in Aufnahme öffnungen an den Ecken der Stirnflächen

des Rotors angeordnet sind. Die Dichtungsanordnung wird durch Randdichtungen 3 vervollständigt, die am Rand des Rotors zwischen den Kammertrenndichtungen verlaufen. Auf diese Weise ist durch die Kammertrenndichtungen 1, die Randdichtungen 3 und die Verbindungskörper 2 ein Dichtungsnetz auf dem Rotor gebildet. Die radial äußeren Kanten der Kammertrenndichtungen 1 und die Außenflächen der Randdichtungen 3 wirken mit den Innenwänden des Gehäuses zusammen, in welchem der Rotor angeordnet ist, und begrenzen dadurch im Gehäuse gesonderte Arbeitskammern, während der Rotor im Gehäuse umläuft.

Gemäß Fig. 2 weist eine typische Dichtungsanordnung einer Drehkolbenmaschine der Bauart mit schrägachsigem bzw. eine Präzessionsbewegung ausführendem Rotor ein Dichtungsnetz auf, das von in Schlitze des Rotors 5 eingesetzten Kammertrenndichtungen 4, weiter von Randdichtungen 6 am Rotorumfang und von Randdichtungen 7 an der eine kugelige Form aufweisenden Rotornabe 8 gebildet ist. Die Kammertrenndichtungen 4 und die Randdichtungen 6 sind in Schlitze von in Aufnahmeöffnungen des Rotors angeordneten Verbindungskörpern 9 eingesetzt.

Fig. 3 zeigt eine Dichtungsverbindung nach der Erfindung an einem Eck des Dichtungsnetzes, d.h. an der Stelle der

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Verbindung einer Kammertrenndichtung und zweier Randdichtungen· Zu dieser Dichtungsgruppe gehört eine Kammertrenndichtung 10, die in Schlitzen im Rotor 11 und einem zylindrischen Verbindungskörper 12 eingesetzt ist. Zwei Randdichtungen 13 und 14 sind ebenfalls in Schlitze des Rotors 11 eingesetzt, jedoch ist nur eine Randdichtung 13 in einen Schlitz des Verbindungskörpers 12 eingesetzt. Die andere Randdichtung 14 stößt an die Mantelfläche des Verbindungskörpers 12 und ist radial zum Verbindungskörper 12 unbeweglich befestigt. Die Dichtungen 10 und 13 sind in den zugehörigen Schlitzen 15 und 16 radial bezüglich des Verbindungskörpers 12 beweglich. Die Längsmitte!linien der Dichtungen 10, 13 und 14 sind um die Längsachse des Verbindungskörpers 12 herum verteilt gelegen.

Die Kammertrenndichtung 10 hat auch die Möglichkeit, sich seitwärts in dem im Rotor 11 gebildeten Schlitz zu bewegen, während sie mit ihrer radial äußeren Kante 17 an den die Arbeitskammern begrenzenden Gehäusewandungen entlanggleitet. Um diese Bewegung der Kamme rt renn dichtung 10 in ihrer Nut und Wärmedehnungen des Rotors, des Verbindungskörpers und der Dichtungen zu ermöglichen, weist der Verbindungskörper einen kleineren Durchmesser als die Aufnahme öffnung 18 im Rotor 1 auf, in welch letztere der Verbindungskörper 12 eingesetzt ist. Eine Seitwärtsbewegung des Verbindungskörpers

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entlang der Mittellinie X der feststehenden Randdichtung wird verhindert oder begrenzt, indem die Dichtung 14 so angeordnet ist, daß sie mit ihrer inneren Kante 19 in die Aufnahme öffnung hineinragt und am Verbindungskörper 12 anstößt, so daß sie den Verbindungskörper 12 seitwärts in der Aufnahme öffnung verdrängt, derart, daß der Verbindungskörper die Wandung der Aufnahmeöffnung an oder nahe einer diametral der Dichtung 14 gegenübergelegenen Stelle Y der Öffnungswandung zwischen den Dichtungen 10 und 13 berührt. Dadurch ist die Längsachse des Verbindungskörpers 12 um eine Distanz Z von der Längsachse der Aufnahmeöffnung 18 versetzt.

Obwohl der Verbindungskörper 12 an einer Querbewegung entlang der Mittellinie X gehindert wird, kann er sich in anderen Richtungen dehnen oder bewegen, wobei die Kammertrenndichtung 10 und die Randdichtung 13 relativ zum Verbindungskörper in den Schlitzen 15 und 16 gleiten können. Durch den Versatz der Längsachse des Verbindungskörpers 12 mit Bezug auf die Längsachse der Aufnahmeöffnung 18 sind beträchtliche Fertigungstoleranzen für die Durchmesser des Verbindungskörpers 12 und die Aufnahmeöffnung 18 zulässig und durch Verwendung der feststehenden Dichtung 14 zu dem Zweck, den Verbindungskörper 12 in Berührung oder beinahe Berührung mit der Stelle Y der Seitenwand der Aufnahmeöffnung

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zu halten, liegt die Berührung3stelle Y an oder nahe an einer Idealstelle zwischen den Mittellinien der Dichtungen und 13 und ist nicht frei an der Seitenwand der Aufnahme-Öffnung beweglich, was der Fall wäre, wenn der Verbindungskörper 12 vollständig frei exzentrisch in alle Richtungen innerhalb der Aufnahmeöffnung 18 beweglich wäre. Dadurch ergibt sich eine gute Führung für den Verbindungskörper ohne übermäßige Belastung der Kammertrenndichtung 10 und der Dichtung 13·

Wie bereits erwähnt, kann der Verbindungskörper an einer Bewegung entlang der Mittellinie X auch dadurch gehindert werden, daß entweder der Verbindungskörper oder die Aufnahmeöffnung 18 mit im wesentlichen elliptischem Querschnitt ausgebildet wird. Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei alternative Möglichkeiten, wobei der Klarheit wegen die Ellipsen übertrieben dargestellt sind.

In Fig. 4 weist der Verbindungskörper 12· einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt auf, wobei die größere Ellipsenachse in derjenigen Richtung, nach welcher Querbewegungen des Verbindungskörpers verhindert werden sollen, entlang eines Durchmessers der kreisförmigen Aufnahmeöffnung 18* verläuft.

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In Pig· 5 weist der Verbindungskörper 12" einen kreisförmigen Querschnitt und die Aufnahmeöffhung 18" einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt auf, wobei die kleinere Ellipsenachse in derjenigen Richtung, nach welcher Querbewegungen des Verbindungskörpers unterbunden werden sollen, entlang eines Durchmessers des Verbindungskörpers 12" verläuft.

In den Fig. 4 und 5 sind die Dichtungen ebenso wie in Fig. 3 dargestellt und mit den gleichen Bezugs zeichen versehen,

Obwohl sich die obige Beschreibung insbesondere auf eine Maschine mit innerer Verbrennung bezieht, kann eine ähnliche Dichtungsanordnung bei Drehkolbenmaschinen ohne Verbrennung, beispielsweise bei Verdichtern oder Pumpen, Anwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

(le/ Drehkolbenmaschine mit einer Rotordichtungs anordnung, die eine Anzahl von am Rotor angeordneten Randdichtungen und Kammertrenndichtungen aufweist, die zusammen geschlossene Arbeitskammern in einem Gehäuse begrenzen, in welchem der Rotor drehbar angeordnet ist, wobei die einander benachbarten Enden von aneinander angrenzenden Dichtungen jeweils mittels eines in eine Aufnahmeöffnung des Rotors eingesetzten Verbindungskörpers miteinander verbunden sind, an welchem die Dichtungsenden in Nuten eingesetzt oder angestoßen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbindungskörper (12) zwischen sich und der Wandung der Aufnahmeöffnung (18), auf seine Längsachse bezogen, seitlichen Spielraum hat, derart, daß Querbewegungen des Verbindungskörpers in der Aufnahmeöffnung mit Ausnahme von Bewegungen in einer bestimmten, mit Bezug auf die Verbindungskörperlängsachse seitlichen Richtung möglich sind, und daß Bewegungen in dieser letzteren Richtung dadurch verhindert werden, daß der Verbindungskörper fest zwischen feststehenden, einander seitlich gegenüberliegenden und an seiner Umfangsfläche angreifenden Führungsbereichen geführt ist.

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2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verb in dungs körper (12) zwischen zwei einander gegenüberliegenden feststehenden Bereichen der Seitenwandung der Aufnahmeöffnung (18) geführt ist und daß der Verbindungskörper eine im wesentlichen elliptische Quer schnitt s form hat, wobei die größere Ellipsenachse in derjenigen Richtung verläuft, nach welcher Querbewegungen des Verbindungskörpers verhindert werden sollen, und wobei die Ellipsenenden an den beiden einander gegenüberliegenden Führungsbereichen der Seitenwandung der einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Aufnahmeöffnung anstoßen oder beinahe anstoßen (Fig. 4),
3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskörper (12) zwischen zwei einander gegenüberliegenden festen Bereichen der Seitenwandung der Aufnahmeöffnung (18) geführt ist und daß die Aufnahmeöffnung eine im wesentlichen elliptische Querschnittsform und der Verbindungskörper einen Kreisquerschnitt aufweist, wobei die kleinere Ellipsenachse in derjenigen Richtung verläuft, nach welcher Querbewegungen des Verbindungskörpers verhindert werden sollen, und wobei der Durchmesser des Verbindungskörper3 so gewählt ist, daß dieser an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen seiner Mantelfläche

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die Seitenwandung der Aufnahmeöffnung im Bereich der kleineren Ellipsenachse berührt oder beinahe berührt (Fig. 5).
4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskörper (12) zwischen einer feststehenden Dichtung (14) und einem dieser gegenüberliegenden Bereich (Y) der Seitenwandung der Aufnahmeöffnung (18) geführt ist und daß sowohl die Aufnahmeöffnung als auch der Verbindungskörper Kreisquerschnitt aufweisen und der Durchmesser der Aufnahme öffnung größer als der Durchmesser des Verbindungskörpers ist, und daß die feststehende Dichtung in die Aufnahme öffnung hineinragt und die Längsachse des Verbindungskörpers seitlich mit Bezug auf die Längsachse der Aufnahmeöffnung versetzt hält (Fig. 3).
5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Dichtung (14) eine Randdichtung ist.

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