DE3629143A1 - Radialdichtung einer rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialdichtung einer Rotationskolbenmaschine mit trochoidenförmiger Mantellaufbahn und mehreckigem Kolben, bei der in den Ecken des Kolbens in radialen Nuten Dichtlei­ sten angeordnet sind, die unter dem Druck der Ar­ beitskammern an der Mantellaufbahn und jeweils an der unterdruckseitigen Nutwand anliegen.

Derartige Dichtleisten unterliegen insbesondere in ihrer Stellung in der in Kolbendrehrichtung nach­ laufenden Kolbenecke der Expansionskammer vor dessen Durchgang durch die Totpunktstellung einer beson­ deren Beanspruchung, die zu Verschleißerscheinun­ gen der Dichtleistenkuppe an deren vorlaufenden Seite führt sowie zu entsprechenden Abtragungen an der Mantellaufbahn.

Diese Nachteile sind bei der der Expansionskammer vorauslaufenden Dichtleiste infolge ihrer gerin­ geren Neigung zur Mantellaufbahn nicht so kritisch, sonst aber gleich. Die Verschleißerscheinungen könnten durch entsprechende Materialpaarung ver­ mindert oder vermieden werden, wenn auf den höhe­ ren Kostenaufwand, z.B. für Keramikleisten, keine Rücksicht genommen werden muß. Dadurch kann je­ doch nicht die Erhöhung der Reibung durch ein zu starkes Anschlagen und Anpressen der Dichtleisten an die Mantellaufbahn verhindert werden. An sich ist der Reibungswiderstand bei Rotationskolben­ maschinen, insbesondere bei Motoren, geringer als bei Hubkolbenmaschinen. Bei höheren Drehzahlen und Lastzuständen kehrt sich dieses günstige Ver­ hältnis wegen der mit zu hohem Druck beaufschlag­ ten Dichtleisten um.

Die vorstehend genannten Probleme ergeben sich zwar in erster Linie bei Verbrennungsmotoren, da hier der Arbeitsdruck sehr rasch ansteigt und zwar noch in der Zeit, in der die nachlaufende Dicht­ leiste der Expansionskammer im spitzen Winkel zur Laufbahn steht. Die Reibungsverluste wirken sich jedoch je nach Ansteigen der Arbeitsdrücke auch bei Kompressoren aus.

Die Anpreßkraft der Druckgase im Nutraum ist ab­ hängig von der Größe der dem Nutgrund zugewandten Flächen der Dichtleiste. In DE-OS 24 27 062 ist eine Dichtleiste beschrieben, die bis auf die Hälf­ te ihrer normalen Breite in Umfangsrichtung ver­ schmälert ist und damit den Druckgasen eine vermin­ derte nutgrundseitige Beaufschlagungsfläche bietet. Diese Leiste ist aber L-förmig an ihrer zur Mantel­ laufbahn weisenden Seite ausgebildet, wobei der in Umfangsrichtung weisende Arm des L auf der Druck­ seite liegt und nur den Zweck hat, und es jedenfalls auch bewirkt, daß die Druckgase schneller unter ihn greifen können. Die Beaufschlagungsfläche, die die Anpressung der Dichtleiste an die Mantellauf­ bahn bewirkt, ist damit wieder erheblich vergrößert, praktisch verdoppelt. Hinzu kommt, daß diese Dicht­ leiste unsymmetrisch ist und daher entweder nur als nachlaufende oder nur als vorlaufende Dichtung je nach Stellung des Armes des L zur Drehrichtung ihren Zweck erfüllt.

Demgegenüber war es Aufgabe der Erfindung, die auf die Dichtleiste in radialer Richtung ein­ wirkenden Anpreßkräfte auf das für eine sichere Abdichtung notwendige Maß zu vermindern, um die Verschleißerscheinungen an der vorlaufenden Flanke der Kuppe der Dichtleiste und an der Man­ tellaufbahn, vor allem aber, die genannten Rei­ bungsverluste zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten Ra­ dialdichtungen mit den in den Ansprüchen angege­ benen Maßnahmen gelöst.

Durch die Absperrung des Raumes des Nutgrundes durch den Stahlblechstreifen wird die Dichtleiste nur auf ihrer an der Mantellaufbahn anliegenden vorlaufenden Seite vom Nutgrund her mit Druck be­ aufschlagt und ihre nachlaufende, in Drehrichtung hinter dem Stahlblechstreifen liegende Seite in der radialen Komponente bleibt druckfrei. Bei der der Expansionskammer nachlaufenden Kolbenecke ist umgekehrt nur die nachlaufende hinter dem Stahl­ blechstreifen liegende Unterseite der Dichtleiste druckbeaufschlagt. Das in radialer Richtung durch das Nutgas auf die Leiste einwirkende Druckmoment wird somit jedes Mal im wesentlichen halbiert, bzw. kann die Druckverteilung im Nutgrund durch Wahl der Lage des Stahlblechstreifens eingestellt werden. Bei Kompressoren sind die Verhältnisse seitenver­ kehrt, sonst aber gleich.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anord­ nung ist es, daß die die Dichtleiste gegen die Man­ tellaufbahn pressenden Feder im Inneren der Dicht­ leiste liegt und vom Zutritt des heißen Druckgases sehr gut geschützt ist, da der Stahlblechstreifen in der Dichtleiste nur ein sehr geringes Spiel hat, das das Druckgas nur in geringer Menge und da­ her ohne größeren Wärmeinhalt an die Feder gelan­ gen läßt. Das Nutspiel für den Stahlblechstreifen ist zur Ermöglichung dieses Schutzes der Feder in dessen Nut im Nutgrund verlegt.

Der wichtigste Vorteil der Erfindung ist eine we­ sentliche Verminderung der Reibung der Dichtleisten an der Mantellaufbahn, so daß auch bei höherer Drehzahl und/oder Last bessere Reibwerte als bei entsprechenden Hubkolbenmaschinen zu erzielen sind, was sich zudem bei allen Betriebszuständen in einem verminderten Kraftstoffverbrauch bzw. ver­ minderter Antriebsenergie auswirkt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol­ genden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen teilweisen Radialschnitt durch eine Radialdichtung nach dem Stand der Technik

Fig. 2 einen entsprechenden Radialschnitt einer erfindungsgemäßen Radialdichtung in Ebene II-II in Fig. 3

Fig. 3 die Radialdichtung gemäß Fig. 2 im Axial­ schnitt in Ebene III-III in Fig. 2

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Radialdichtung im Axialschnitt entsprechend in Ebene III-III in Fig. 2

In Fig. 1 ist die Mantellaufbahn mit a, der Kolben mit b und die Dichtleiste mit c bezeichnet, die in der Nut d liegt. Die mit e bezeichnete Arbeits­ kammer (in der Zeichnung rechts) ist die Expan­ sionskammer. Der Druck, gekennzeichnet durch + Zeichen legt die Dichtleiste c an der unterdruckseitigen Wand der Nut d an und preßt sie vom Nutgrund her gegen die Mantellaufbahn a an der sie linear bei f anläuft. Die gesamte Unterseite der Dichtleiste ist daher die mit Druck beaufschlagte Fläche, wäh­ rend es nur notwendig wäre, sie bis zur Linie g, zu beaufschlagen, einer durch f gehenden radialen Geraden, um den zur Abdichtung der Expansionskam­ mer notwendigen Druck zu erzielen. Der Anpreßdruck ist daher um mehr als das Doppelte zu hoch, wobei hinzu kommt, daß insbesondere bei Motoren der Druckanstieg schlagartig einsetzt. Die Reibkräfte sind daher entsprechend höher.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Radialdichtung. In ihr ist die Mantellaufbahn mit 1, der Kolben mit 2, die Dichtleiste mit 3 und die Nut der Dicht­ leiste 3 mit 4 bezeichnet, die Expansionskammer mit 5. Der Betriebszustand ist der gleiche wie bei der Radialdichtung in Fig. 1. Die Dichtleiste 3 weist eine sich in radialer Richtung erstreckende schmale und tiefe zu den Dichtleistenflanken paral­ lele Nut 6 auf. In dieser Nut liegt mit geringem Spiel ein Stahlblechstreifen 7, der über die Unter­ seite der Dichtleiste 3 in den Nutgrund in eine in diesem vorgesehene weitere Nut 8 hineinreicht, und sich in deren Nutgrund abstützt.

Diese weitere Nut hat gegenüber dem Stahlblechstrei­ fen 7 ein Spiel 9, das gleich dem Nutspiel 10 der Dichtleiste 3 ist.

Die Nutfeder 11, die die Dichtleiste gegen die Man­ tellaufbahn 1 drücke, ist in der Nut 6 zwischen deren Nutgrund und dem Stahlblechstreifen 7 ver­ legt. Die Nutfeder 11 ist daher nicht mehr den heißen Druckgasen ausgesetzt, da die Nut 6 nur ein sehr geringes Spiel aufweist, das lediglich Radial­ bewegungen der Dichtleiste 3 zuläßt, und dafür das Nutspiel 9 für den Stahlblechstreifen 7 in der wei­ teren Nut 8 zugelassen ist.

Infolge der Absperrung des Raumes im Grund der Nut 4 durch den Stahlblechstreifen 7 wird die Dichtleiste 3 nur an ihrer druckseitigen vor dem Stahlblechstreifen 7 liegenden Fläche 12 von dem dementsprechend verminderten Druck der Arbeits­ kammer 6 gegen die Mantellaufbahn 1 gepreßt.

Fig. 3 zeigt diese Anordnung im Axialschnitt, die weitere Nut 8 ist durch die Bohrungen 13 für die Dichtbolzen 14 eingefräst. Der Stahlblechstreifen 7 weist entsprechende Aussparungen 15 für die Dichtbolzen 14 auf. Die Nutfeder 11 stützt sich gegen randseitige Vorsprünge 16 des Stahlblech­ streifens 7 einerseits und mittige gegen den Grund der Nut 6 ab.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Nutfeder 17 sich randseitig an dem Grund der Nut 6 abstützt und mittig an dem Stahlblechstrei­ fen 7 befestigt ist.

In Fig. 3 und 4 sind 18 die Gehäuseseitenwände, 19 die Kolbenseitenwände.

Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind symmetrisch. Die erfindungsgemäße Absperrung des Nutgases wirkt daher in gleicher Weise bei Druck von der vorlaufenden wie von der nachlaufenden Arbeitskammer. Die Verwendung ist unverändert bei Motoren und bei hohen Verdichtungen erzielenden Kompressoren möglich.

• Bezugszeichenverzeichnis: Fig. 1
  a Mantellaufbahn
  b Kolben
  c Dichtleiste
  d Nut
  e Expansionskammer
  f lineare Anlage
  g radiale GeradeFig. 2
   1 Mantellaufbahn
   2 Kolben
   3 Dichtleiste
   4 Nut
   5 Expansionskammer
   6 Nut für 7
   7 Stahlblechstreifen
   8 weitere Nut
   9 Nutspiel von 8
  10 Nutspiel von 4
  11 Nutfeder
  12 druckbeaufschlagte Fläche von 3 Fig. 3 und 4
  13 Bohrung für 14
  14 Dichtbolzen
  15 Aussparung an 7 für 14
  16 Vorsprünge an 8
  17 Nutfeder
  18 Gehäuseseitenwand
  19 Kolbenseitenwand

Claims (3)

1. Radialdichtung einer Rotationskolbenmaschine mit trochoidenförmiger Mantellaufbahn und mehr­ eckigem Kolben, bei der in den Ecken des Kolbens in radialen Nuten Dichtleisten angeordnet sind, die unter dem Druck der Arbeitskammern an der Man­ tellaufbahn und jeweils an der unterdruckseitigen Nutwand anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Merkmale aufweist:

• 1) Die Dichtleiste (3) weist an ihrer radialen Unterseite eine schmale, tiefe und zu den Flanken der Dichtleiste (3) parallele Nut (6) auf
• 2) In dieser Nut (6) ist ein Stahlblech­ streifen (7) mit geringem Spiel eingesetzt, der über die Nut (6) hinausragt
• 3) Im Grund dieser Nut (6) ist die Nut­ feder (11, 17) für die Dichtleiste (3) eingesetzt
• 4) Im Grund der Nut (4) für die Dicht­ leiste (3) ist eine weitere Nut (8) angeordnet, in die der über die Dichtleiste (3) hinausragende Rand des Stahlblechstreifens (7) eingreift und sich an dem Grund dieser weiteren Nut (8) gegen den Druck der Nutfeder (11, 17) abstützt.
• 5) Die weitere Nut (8) weist ein Nut­ spiel auf, das gleich dem Nutspiel der Nut (4) für die Dichtleiste (3) ist.

2. Radialdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlblechstreifen (7) an seiner in seiner Nut (6) liegenden Seite randseitig Vorsprünge (16) aufweist, gegen die sich die Nutfeder (11) abstützt.

3. Radialdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutfeder (17) an der in der Nut (6) liegenden Seite des Stahlblech­ streifens (7) befestigt ist.