DE2909331C2

DE2909331C2 - Dichtungsring für Rotationskolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2909331C2
Application number: DE2909331A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Matsudo Chiba Arai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1984-02-23
Also published as: DE2909331A1; JPS551447A; US4212473A; JPS5738761B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring für

, ,Rotationskolbenmaschinen zum Abdichten zwischen •einer ebenen Gehäusefläche und einer drehbaren, ebenen Kolbenstirnfläche, nach dem Oberbegriff des

Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 29 05 867 ist eine Dichtungsvorrichtung bekannt, zu welcher ein Dichtungsring mit einer ebenen Dichtungsfläche und einer ionischen Dichtungsfläche auf der entgegengesetzten Seite gehört und bei welcher das drehbare Bauteil eine Ringnut zum Aufnehmen des Dichtungsringes aufweist, wobei die Ringnut mit einer konischen Bodenfläche versehen ist. Der Dichtungsring weis ^inen Schlitz auf, so daß er r :ne radial nach außen gerichtete Spreizkraft ausübt. Die radiale Breite der Ringnut ist größer als die radiale so Breite des Dichtungsringes, so daß es dem Dichtungsring möglich ist, unter dem Einfluß der radialen Spreizkraft eine Gleitbewegung längs der konischen Bodenfläche der Ringnut entsprechend einer Änderung des Abstandes zwischen den ebenen Flächen des ortsfesten und des drehbaren Bauteils bzw. entsprechend einer zunehmenden Abnutzung der Dichtungsflächen des Dichtungsringes auszuführen. Der Dichtungsring ist mit einem stufenförmigen Schlitz versehen, so daß zwei in der Umfangsrichtung verlaufende Schnittflächen vorhanden sind, die in inniger Berührung miteinander stehen, um den Schlitz des Dichtungsringes abzudichten. Um diese Abdichtung zuverlässig zu erreichen, muß jedoch der stufenförmige Schlitz mit sehr hoher Genauigkeit gefertigt werden. Auch ist durch die Anordnung eines einzigen Dichtungsringes die Möglichkeit gegeben, daß bei Verunreinigungen oder Fertigungs-Ungenauigkeiten eine optimale Abdichtung nicht erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtungsring der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine sehr gute Dichtungswirkung bei einfachem Aufbau ergibt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Demgemäß besteht der Dichtungsring aus mindestens zwei Dichtungselementen, die konzentrisch aufeinanderliegen. Ein jedes Dichtungselement weist einen radialen Schlitz auf und ist vorgespannt und die Schlitze verschiedener Dichtungselemente sind in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt.

Die Verwendung von mehrteiligen Dichtungsringen ist bereits mehrfach bekannt.

So zeigt die DE-OS 21 34 227 einen Dichtungsring, welcher in einer Ringnut in der Stirnfläche des Kolbens angeordnet ist und aus zwei oder drei konzentrischen Dichtungselementen gebildet ist Diese Dichtungsele-ψmente werden durch eine Dichtstreifenfeder in axialer !Richtung gegen die Gehäusefläche und bei einer fänderen Ausführungsform durch eine weitere Dicht^sstreifenfeder auch in der Radialrichtung gegen die äußere zylindrische Wand der Ringnut gedrückt. Diese aus zwei oder drei Dichtungselementeti und ein oder ;iwei Federn bestehende Anordnung ist relativ kompliziert und aufwendig.

r! Ein weiterer mehrteiliger Dichtungsring (DE-OS 24 19 564) besteht aus zwei axial aneinanderliegenden iDichtungselementen, und die der ebenen Gehäusefläche /gegenüberliegenden Dichtungsfläche des einen Dichtungselementes ist gegen diese abgeschrägt und steht mit ihr in Linienkontakt, währen J das andere Dichtungselement eine gewölbte Dichtungsfläche aufweist, welche die abgeschrägte Bodenfläche der Ringnut linienförmig berührt. Beide Dichtungselenjente sind radial geschlitzt, und die Schlitze sind mit elastischem Kunststoff ausgefüllt; die Dichtungselemente werden beim Einsetzen in Radialrichtung vorgespannt. Durch die Spreizkraft des anderen Dichtungselementes wird aus der Linienberührung seiner gewölbten Dichtungsfläche mit der Bodenfläche eine gewisse Flächenberührung. Zur Sicherstellung der Abdichtung ist die Bodenfläche mit einem warmhärtbaren Harz oder einem Kunststoff beschichtet Dieser bekannte Dichtungsring hat den Nachteil, daß die Erzielung einer guten Abdichtung einen relativ großen Aufwand erfordert, nämlich die Anbringung von zusätzlichem Kunststoff. Dennoch ist die Abdichtung nicht optimal wegen des anfälligen Linienkontaktes des einen Dichtungselementes mit der Gehäusefläche.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Kontaktbereich zwischen der konischen Dichtungsfläche des Dichtungsringes, die der Summe der Dichtungsflächen der Dichtungselemente entspricht und der konischen Bodenfläche der Ringnut im Kolben groß und ebenso auch der Kontaktbereich zwischen der Gehäusefläche und den ebenen Dichtungsflächen der Dichtungselemente. In Verbindung mit der Spreizkraft sämtlicher Dichtungselemente ergibt sich somit eine ausgezeichnete Dichtungswirkung. Dabei vermindern die radialen Schlitze in den Dichtungselementen die Dichtungswirkung nicht, da sie erfindungsgemäß gegeneinander versetzt sind.

Es bedarf also im Gegensatz zu dem Stand der Technik keines großen Aufwandes und keines komplizierten Aufbaus der Dichtungselemente zum Erzielen bzw. Erhalten der Dichtungswirkung.

Ausführunasbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig.) einen Axialschnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Dichtungsring;

F i g. 2 einen vergröberten Ausschnitt aus Fig. 1;

F i g. 3 eine Seitenansicht des mehrteiligen Dichtungsringes in F i g. 1;

Fig.4 eine Stirnansicht des Dichtungsringes in Fig. 1;

Fig.5 eine Stirnansicht einer anderen Ausführungsform eines mehrteiligen Dichtungsringes; und

Fig.6 einen vergrößerten Axialschnitt des Dichtungsringes nr.ch F i g. 5.

In F i g. 1 und 2 sind eine Gehäusefläche H und eine Kolbenstirnfläche· R eines Rotationskolbens 5 einer Brennkraftmaschine zu erkennen. Zur Abdichtung des engen Spaltes zwischen den Flächen H und R dient ein mehrteiliger Dichtungsring 12, der auf einer Seite eine ebene Dichtungsfläche 10 und auf der entgegengesetzten Seite eine ringförmige, konische äußere Dichtungs-, fUche 11 aufweist, wobei der Dichtungsring 12 in einer ''Ringnut 9 der Kolbenstirnfläche R angeo.duet ist, die -"eine geneigte bzw. konische Bodenfläche 8 aufweist. "'·■ Die ebene Dichtungsfläche 10 und die konische ' Dichtungsfläche 11 des Dichtungsringes 12 werden in Beiührung mit der Gehäusefläche H bzw. der konischen

' Bodenfläche 8 der Ringnut 9 gehalten, um eine gasdichte Abdichtung zwischen der radial nach innen gerichteten < Flache und der radial nach außen gerichteten Fläche des Dichtungsringes 12 zu bewirken.

Anhand der F i g. 1 bis 4 wird die erste Ausführungsform des mehrteiligen Dichtungsringes 12 näher beschrieben, Der Dichtungsring 12 setzt sich aus einem inneren Dichtungselement 13 und einem äußeren Dichtungselement 14 zusammen, die konzentrisch und in Flächenberührung miteinander angeordnet sind. Die Dichtungselemente 13 und 14 sind auf der einen Seite mit einer ebenen ringförmigen Dichtungsfläche 15 bzw. 16 und auf der entgegengesetzten Seite mit einer nach außen gerichteten konischen Dichtungsfläche 17 bzw. ^?18 versehen. Die ebenen Dichtungsflächen 15 und 16 der beiden Dichtungselemente 13 und 14 bilden gemeinsam . die ebene Dichtungsfläche 10 des mehrteiligen Dichtungsringes 12, und die konischen Dichtungsflächen 17 und 18 bilden gemeinsam die konische, nach außen gerichtete Fläche 11 des Dichtungsringes. Die konischen Dichtungsflächen 17 und 18 sind unter einem Winkel von z. B. 45° gegen die ebene Dichtungsflächen 15 und 16 geneigt.

Das innere Dichtungselement 13 und das äußere so Dichtungselement 14 weisen jeweils einen radialen Schlitz 19, 20 auf, so daß sie eine radiale Spreizkraft erzeugen. Um das Entweichen von Schmieröl, Verbrennungsgasen o. dgl. durch die radialen Schlitze 19 und 20 der beiden Dichtungselemente zu verhindern, steht die äußere Umfangsfläche des inneren Dichtungselementes 13 unter Spannung in inniger Berührung mit der inneren Umfangsfläche des äußeren Dichtungselements 14, und der radiale Schlitz 19 des inneren Dichtungselements 13 ist in der Umfangsrichtung um 180° gegenüber dem radialen Schlitz 20 des äußeren Dichtungselements 14 versetzt, wie es in F i g. 4 gezeigt ist.

Die Ringnut 9 ist in der Kolbenstirnfläche R ausgebildet und nimmt den mehrteiligen Dichtungsring 12 auf; die radiale Breite b der Ringnut ist größer als die radiale Breite a des Dichtungsringes, so daß sich der Dichtungsring 12 als Ganzes in der Ringnut bewegen kann, um die Dichtungsberührung zwischen seinen Stirnflächen einerseits und der Gehäusefläche H bzw. der Bodenfläche 8 der Ringnut 9 andererseits auch dann aufrechterhalten, wenn sich der Abstand zwischen der Gehäustfläche H und der Kolbenstinifläche R ändert. Der Boden der Ringnut 9 wird durch eine konische Fläche 8 gebildet, die radial nach außen in Richtung auf die Kolbenstirnfläche R verläuft und mit dieser z. B. einen Winkel von 45° bildet.

Zum Gebrauch wird der mehrteilige Dichtungsring 12 in der Ringnut 9 angeordnet, so daß er den Raum zwischen der Gehäusefläche H und der Kolbenstirnfläche R gemäß Fig. 1 und 2 in zwei voneinander getrennte Abschnitte unterteilt. Hierbei stehen die ebenen Dichtungsflächen 15 und 16 der Dichtungselemente 13 und 14 gemeinsam in gleitender Abdichtungsberührung mit der Gehäusefläche H, während die nach außen gerichteten konischen Flächen 17 und 18 der Dichtungselemente in gleitender Abdichtungsberührun? mit der konischen Bodenfläche 8 der Ringnut 9 stehen, wenn der Kolben gegenüber dem Gehäuse ;gedreht wird.

%. Gemäß Fig.2 erzeugt dann die gesamte radiale /Spreizkraft /'des mehrteiligen Dichtungsringes i2 eine fKraftkomponente /", die bestrebt ist, den Dichtungsring {längs der konischen Bodenfläche 8 zu verschieben. Die Kraftkomponente P' erzeugt ihrerseits eine Kraftkomponente P", die bestrebt ist, den Dichtungsring 12 in axialer Richtung an die Gehäusefläche H anzupressen. Da gemäß Fig.2 radiale Spalte 21 zwischen dem Dichtungsring 12 und den Wänden der Ringnut 9 vorhanden sind, damit eine radiale Verlagerung des inneren Dichtungselements 13 und des äußeren Dichtungselements 14 möglich ist, werden die ebenen Dichtungsflächen 15,16 und die konischen Dichtungsflächen 17, 18 der beiden Dichtuiigselemente automatisch in Abdichtungsberührv<)g mit der Gehäusefläche H bzw. der konischen Bodenfläche 8 der Ringnut 9 gehalten.

^ Dahei wird zwischen den Flächen H und R des Gehäuses bzw. des Rotationskolbens an beiden Stirnflächen des Dichtungsringes 12, d. h. der ebenen iDichtungsfläche 10 und der konischen Fläche 11, eine ,einwandfreie Abdichtung bewirkt Diese Abdichtungswirkung verschlechtert sich auch dann nicht, wenn gemäß F i g. 2 der Abstand d zwischen den Flächen H und R verändert wird, denn die Dichtungselemente 13 und 14 können sich längs der konischen Bodenfläche 8 der Ringnut 9 verschieben, um eine solche Änderung auszugleichen. Außerdem bewirken verschiedene Fliehkräfte, die auf die Dichtungselemente 13 und 14 infolge der exzentrischen Drehung des Rotationskolbens 5 wirken, daß der Druck, mit dem die Dichtungseiemente an die konische Bodenfläche 8 der Ringnut 9 angepreßt werden, erhöht wird, wodurch wiederum der Berührungsdruck zwischen den Dichtungselementen einerseits und der Gehäusefläche H gesteigert wird, was zu einer weiteren Verbesserung der Dichtungswirkung führt.

Gemäß Fig.2 sind das innere Dichtungselement 13 und das äußere Dichtungselement 14 gegen relative Drehbewegungen darch einen Stift 22 gesichert, so daß die radialen Schlitze 19 und 20 der beiden Dichtungselemente relativ zueinander keine Bewegung in der Umfangsrichtung ausführen können und daß sich die Schlitze daher nicht in Deckung miteinander bringen lassen. Ein oder jedes Dichtungselement ist mit dem Kolben 5 durch einen weiteren Stift 23 verbunden, damit sich der mehrteilig Dichtungsring 12 nicht gegenüber

dem Rotationskolben 5 drehen kann.

F i g. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der sich ein mehrteiliger Dichtungsring 24 aus einem inneren Dichtungselement 25, einem mittleren Dichtungselement 26 und einem äußeren Dichtungselement 27 zusammensetzt, die konzentrisch angeordnet sind, wobei die einander benachbarten, in der Umfangsrich-

• tung verlaufenden Flächen der drei Dichtungselemente in inniger Berührung miteinander stehen. Jedes der Dichtungselemente 25,26 und 27 ist mit einem radialen fo Schlitz 28 bzw. 29 bzw, 30 versehen, und diese Schlitze sind gemäß F ig. 5 in der Umfangsrichtung in Winkelab- ' .'ständen von 120° verteilt. Relative Drehbewegungen der Dichtungselemente 25, 26 und 27 werden durch Stifte 31 und 32 verhindert, welche die Dichtungseleimente 25 und 26 bzw. die Dichtungselemente 26 und 27 miteinander verbinden. Im übrigen entspricht diese Ausführungsform der vorstehend anhand von F i g, 1 bis '4 beschriebenen.

' Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, sondern :der Dichtungsring könnte sich auch aus vier oder mehr . ringförmigen Dichtungselementen zusammensetzen, die 'jeweils in radialer Richtung eine relativ geringe Dicke haben und mit einem radialen Schlitz versehen sind. Hierbei werden die Dichtungselemente vorzugsweise so angeordnet, daß die Schlitze in gleichmäßigen Umfangs- > abständen verteilt sind.

Es liegt auf der Hand, daß sich der erfindungsgemäße Dichtungsring allgemein bei einander zugewandten Stirnflächen von kreiskolbenähnlichen Maschinen anwenden läßt, z.B. bei Rotationskolbenverdichtern, Kreiselpumpen und dgl.

Die Dichtungselemente können nicht nur aus Metallen wie Gußeisen hergestellt werden, sondern auch aus verschiedenen anderen Materialien, z. B. keramisches Material, Synthesekautschuk, Kohlenstoff, Kunststoffe und dgl.

DTe Dichtungsflächen der Dichtungselemente werden vorzugsweise verschiedenen Oberflächenbehandlungen bekannter Art unterzogen, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern, um die Gefahr des Fressens zu verringern und um eine Verbesserung der Einlaufeigenschaften, der Korrosionsfestigkeit und des ölhaltevermögens der Dichtungsringe herbeizuführen, wie es bei den üblichen Kolbenringen gebräuchlich ist

Da jeweils zwei oder mehr ringförmige Dichtungselemente von unterschiedlichem Durchmesser auf einfache Weise radial geschlitzt und dann in konzentrischer Anordnung zu einem Stapel vereingt werden, wobei die radialen Schlitze in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, lassen sich die Dichtungselemente leichter und billiger herstellen als ein einziges Dichtungselement, das einen abgestuften Schlitz aufweist, damit zur Abdichtung komplizierte Schnittflächen vorhanden sind. Außerdem werden die Kriechwege für Fluide, die von der Außenseite des Dichtungsringes zu seiner Innenseite oder in der entgegengesetzten Richtung durch die Schlitze entv/eichen, erheblich verlängert, wodurch die Dichtungswirkung erheblich verbessert wird.

Es ist möglich, die radiale Dicke jedes ringförmigen "Dichtungselementes so weit zu verkleinern, wie es erforderlich ist, ohne die gesamten Dichtungsflächen des mehrteiligen Dichtungsringes zu verkleinern, so daß sich jedes Dichtungselement leicht verformen kann, wenn es in der Ringnut durch seine eigene Spreizkraft radial nach außen verfor;,.t wird, und daß die jeweilige innere Ümfangsfläche eines weiter außen angeordneten Dichtungselementes in erheblich innigere Berührung mit der benachbarten äußeren Ümfangsfläche eines radial weiter innen angeordneten Dichtungselements treten kann, um eine bessere Abdichtung zu bewirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1 Dichtungsring für Rotationskolbenmaschinen zum Abdichten zwischen einer ebenen Gehäusefiäehe und einer drehbaren, ebenen Kolbenstirnfläche. die einander gegenüberliegen, wobei der radial geschlitzte Dichtungsring von einer Ringnut aufgenommen wird, die in der Kolbenstirnfläche angeordnet ist und der Dichtungsring zur Ausübung einer radial gerichteten Spreizkraft vorgespannt ist und eine ebene Dichtungsfläche aufweist, die dichtend an der ebenen Gehäusefläche anliegt und auf der entgegengesetzten Seite eine konische Dichtungsfläche aufweist, die im entsprechend konischen, in Richtung der Gehäusefläche sich radial erweitern- is den Nutgrund dichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (12) aus mindestens zwei Dichtungselementen (13,14:25,26, 27) besteht, die konzentrisch aufeinanderliegen, und daß jedees Dichtungselement einen radialen Schlitz (19,20; 28,29,30) aufweist und vorgespannt ist und , die Schlitze verschiedener Dichtungselemente in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind.
2. Dichtungsring nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Halteteile (22,23; 31,32) zum Verhindern von Drehbewegungen der Dichtungselemente relativ zueinander und zu der Kolbenstirnfläche (R).
3. Dichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Schlitze (19,20; 28, 29, 30) der Dichtungselemente in gleichmäßigen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.