EP0469415A2 - Dichtleistenanordnung für eine Drehkolbenverbrennungsmaschine - Google Patents

Dichtleistenanordnung für eine Drehkolbenverbrennungsmaschine Download PDF

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EP0469415A2
EP0469415A2 EP91112172A EP91112172A EP0469415A2 EP 0469415 A2 EP0469415 A2 EP 0469415A2 EP 91112172 A EP91112172 A EP 91112172A EP 91112172 A EP91112172 A EP 91112172A EP 0469415 A2 EP0469415 A2 EP 0469415A2
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EP
European Patent Office
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sealing strip
slot
radially
width
outer region
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Jonathan Mark Lauter
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John Deere Technologies International Inc
Original Assignee
John Deere Technologies International Inc
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C19/00—Sealing arrangements in rotary-piston machines or engines
    • F01C19/02—Radially-movable sealings for working fluids
    • F01C19/04—Radially-movable sealings for working fluids of rigid material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F02B2053/005—Wankel engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines

Definitions

  • the invention relates to a sealing strip arrangement for a rotary piston internal combustion engine with a rotor that rotates in a housing and divides it into working chambers and has a slot on at least one apex edge, which receives a radially movable sealing strip that fits sealingly against a running surface inside the housing.
  • the rotor is exposed to the heat and pressure of the combustion gases.
  • the sealing strips are arranged within rotor slots with a certain space which allows the sealing strip to move radially in order to ensure constant contact between the sealing strip and the running surface in the rotor housing.
  • the high gas pressure acting on the outer surfaces of the sealing strip can push the sealing strip inwards and lift it off the running surface.
  • Attempts have been made to solve this problem by using tiltable sealing strips, spaces between the sealing strip and slot and sealing strips with protruding or projecting lugs and the like. This should indicate the gas pressure on the radially inner side of the sealing strip and press the sealing strip against the running surface.
  • an excessively large protrusion increases the side load on the sealing strip and thus the sealing strip friction, as a result of which the required radial mobility of the sealing strip can be impaired.
  • the object to be achieved with the invention is seen in providing a sealing strip arrangement of the type mentioned at the outset, in which the conformity between the sealing strip and the running surface is improved.
  • each slot has step-shaped side walls, through which an inner, narrower slot area and an outer, wider slot area are formed. These slit areas are connected to each other by an outwardly facing heel surface.
  • Each sealing strip has an outer head part, preferably with protrusions or protrusions on both sides.
  • the circumferential width of the projections is slightly larger than the corresponding width of the heel areas of the slots, so that there is contact between the sealing strip and the slot in the vicinity of the outer sealing strip edge. This reduces the bending forces and the side load on the sealing strip.
  • the side area of the sealing strip which is directly exposed to the high gas pressure, is also reduced by the heel areas. This leads to a further reduction in the stress between the sealing strip and the slot. These factors reduce the friction between the sealing strip and the slot and thus improve the ability of the sealing strip to maintain contact with the running surface of the housing without leakages or increased conforming forces occurring.
  • the rotary piston internal combustion engine of the Wankel type indicated in FIG. 1 contains a housing 10 with an inner running or working surface 12.
  • a rotor 16 with an essentially triangular cross section is rotatably mounted in the housing 10 via a conventional eccentric 17.
  • the housing 10 and the rotor 16 form three working chambers 14.
  • a stepped slot 18 extends axially inwards on each vertex edge of the rotor 16.
  • Each slot 18 has a narrower inner region 20, which is delimited by the side walls 21, 22, and a wider outer region 24, which is delimited by the side walls 25, 26.
  • the inner region 20 can be designed to converge slightly from a further upper region to a narrower lower region.
  • the areas 20 and 24 are connected via radially outwardly directed heel surfaces 27, 28 which run on both sides of the groove.
  • Each slot 18 receives a sealing strip 30 which is radially movable within the slot 18 in order to be able to maintain contact with the tread 12.
  • the sealing strip 30 is pressed radially outward against the running surface 12 by a conventional spring arranged under the sealing strip 30.
  • Each sealing strip 30 contains a lower part 32, which has a rectangular cross section and side surfaces 34, 36, and a head part 38 with a rounded outer surface 40. Between the head part 38 and the lower part 32, radially inwardly directed contact surfaces 42, 44, which are connected to the outer surface 40 via the side surfaces 46, 48.
  • the side surfaces 46, 48 of the head part 38 of the sealing strip 30 have a radial dimension which is greater than a radial dimension of the side walls 25, 26 of the outer region 24 of the slot 18. This ensures that the outer surface 40 does not fall behind the radially outer one Edge of the rotor slot 18 can dip and thus contact with the tread 12 is always maintained.
  • the passage opening reduces the pressure of the high-pressure side of the sealing strip 30, which communicates via the passage opening past the side surface of the sealing strip 30 to the area below the sealing strip 30, where the reduced pressure helps to move the sealing strip 30 radially outward and in contact with the Tread 12 presses. Since the passage opening lies between the side surface 48 and the side wall 26 and near the radially outer region of the sealing strip 30, only the extremely outer edge region of the sealing strip 30 is directly exposed to the high pressure prevailing on the right side of the sealing strip 30 in the working chamber.
  • the passage opening is dimensioned such that the pressure under the sealing strip 30 does not lead to excessive frictional pressure between the sealing strip 30 and the running surface 12, but on the other hand a reliable contact of the sealing strip 30 with the running surface 12 is ensured.
  • the width of the edges or projections 42, 44 of the sealing strip 30 is somewhat larger (approximately by 0.25 to 0.75 mm) than the width of the shoulder surfaces 27, 28 of the slot 18.
  • the sealing strip 30 and the slot 18 are dimensioned in such a way that when the sealing strip 30 is moved to one side of the slot 18, a contact between the rotor 16 and the sealing strip 30 through the side surface 46 of the head part 38 and the side wall 25 of the slot 18 or through the side surface 48 of the sealing strip 30 and the side wall 26 the slot 18 takes place. This engagement prevents contact between an outer region of the lower part 32 of the sealing strip 30 and an outer region of a side wall 21 of the inner region 20 of the slot 18.
  • This arrangement reduces the occurrence of bending forces and reduces side loads on the sealing strip 30. This increases the friction between the sealing strip 30 and the slot 18 is reduced and the ability of the sealing strip 30 to come into contact with the tread 12 while avoiding leakages and increased pressure forces is improved.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

Eine Dichtleistenanordnung für eine Drehkolbenverbrennungsmaschine enthält einen in einem Gehäuse (10) umlaufenden und dieses in Arbeitskammern (14) unterteilenden Rotor (16), der an wenigstens einer Scheitelkante einen Schlitz (18) aufweist. Der Schlitz (18) nimmt eine radial bewegliche, sich dichtend an eine Lauffläche (12) im Gehäuseinneren anschmiegende Dichtleiste (30) auf. Zur Verbesserung der Dichtung zwischen Dichtleiste und Gehäuselauffläche (12) weist der Schlitz (18) einen schmaleren Innenbereich (20) und einen breiteren Außenbereich (24) mit jeweils sich radial erstreckenden Seitenwandungen (21, 22; 25, 26), die durch radial nach außen weisende Absatzflächen (27, 28) miteinander verbunden sind, auf. Die Dichtleiste (30) enthält ein schmaleres vom Innenbereich (20) aufgenommenes Unterteil (32) und ein breiteres vom Außenbereich (24) aufgenommenes Kopfteil (38), wobei der Übergang zwischen Unterteil (32) und Kopfteil (38) wenigstens auf einer Seite durch einen radial nach innen weisenden Vorsprung (42, 44) gebildet ist. Die Dichtleiste (30) und der Schlitz (18) sind so dimensioniert, daß dann, wenn die Dichtleiste (30) gegen eine Seite des Schlitzes (18) bewegt wird, sein Kopfteil (38) an der Seitenwandung (25, 26) des Außenbereiches (24) des Schlitzes (18) angreift und ein Angreifen zwischen einem äußeren Bereich des Unterteiles (32) der Dichtleiste (30) und einem äußeren Bereich der Seitenwandung (21, 22) des Innenbereiches (20) des Schlitzes (18) behindert. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dichtleistenanordnung für eine Drehkolbenverbrennungsmaschine mit einem in einem Gehäuse umlaufenden und dieses in Arbeitskammern unterteilenden Rotor, der an wenigstens einer Scheitelkante einen Schlitz aufweist, welcher eine radial bewegliche, sich dichtend an eine Lauffläche im Gehäuseinneren anschmiegende Dichtleiste aufnimmt. Der Rotor ist der Wärme und dem Druck der Verbrennungsgase ausgesetzt.
  • Bei üblichen Drehkolbenverbrennungsmaschinen sind die Dichtleisten innerhalb von Rotorschlitzen mit einem gewissen Zwischenraum angeordnet, der eine radiale Bewegung der Dichtleiste zuläßt, um einen ständigen Kontakt zwischen Dichtleiste und Lauffläche im Rotorgehäuse zu gewährleisten. Der auf die äußeren Flächen der Dichtleiste einwirkende hohe Gasdruck kann jedoch die Dichtleiste nach innen drücken und von der Lauffläche abheben. Es wurden Versuche mit dem Ziel durchgeführt, dieses Problem durch die Anwendung von verkippbaren Dichtleisten, von Zwischenräumen zwischen Dichtleiste und Schlitz und von Dichtleisten mit überstehenden oder vorkragenden Nasen und dergleichen zu lösen. Hierdurch sollte sich der Gasdruck der radial innenliegenden Dichtleistenseite mitteilen und die Dichtleiste gegen die Lauffläche drücken. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine zu große Vorkragung die Seitenbelastung der Dichtleiste und damit die Dichtleistenreibung erhöht, wodurch die erforderliche radiale Beweglichkeit der Dichtleiste beeinträchtigt werden kann.
  • Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe wird darin gesehen, eine Dichtleistenanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Anschmiegung zwischen Dichtleiste und Lauffläche verbessert wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Insbesondere weist jeder Schlitz stufenförmig ausgebildete Seitenwandungen auf, durch die ein innerer schmalerer Schlitzbereich und ein äußerer breiterer Schlitzbereich gebildet wird. Diese Schlitzbereiche stehen jeweils durch eine nach außen weisende Absatzfläche miteinander in Verbindung.
  • Jede Dichtleiste weist einen äußeren Kopfteil mit vorzugsweise beidseitigen Überständen oder Vorkragungen auf. Die in Umlaufrichtung weisende Breite der Überstände ist etwas größer als die entsprechende Breite der Absatzflächen der Schlitze, so daß eine Berührung zwischen Dichtleiste und Schlitz in der Nähe der äußeren Dichtleistenkante erfolgt. Hierdurch werden die Biegekräfte und die Seitenbelastung der Dichtleiste vermindert.
  • Durch die Absatzflächen wird ferner der Seitenbereich der Dichtleiste vermindert, der unmittelbar dem hohen Gasdruck ausgesetzt ist. Dies führt zu einer weiteren Verminderung der Beanspruchung zwischen Dichtleiste und Schlitz. Diese Faktoren vermindern die Reibung zwischen Dichtleiste und Schlitz und verbessern somit die Fähigkeit der Dichtleiste, ihren Kontakt mit der Lauffläche des Gehäuses aufrecht zu erhalten, ohne daß Leckagen oder erhöhte Anschmiegekräfte auftreten.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, sollen die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 die vereinfachte Schnittdarstellung einer Drehkolbenverbrennungsmaschine, durch die ein Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung verdeutlicht wird und
    • Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Dichtleistenanordnung.
  • Die in Fig. 1 angedeutete Drehkolbenverbrennungsmaschine des Wankeltyps enthält ein Gehäuse 10 mit einer inneren Lauf- oder Arbeitsoberfläche 12. Ein Rotor 16 mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt ist über einen üblichen Exzenter 17 drehbar im Gehäuse 10 gelagert. Das Gehäuse 10 und der Rotor 16 bilden drei Arbeitskammern 14. Ein abgestufter Schlitz 18 erstreckt sich an jeder Scheitelkante des Rotors 16 axial nach innen. Jeder Schlitz 18 weist einen schmaleren Innenbereich 20, der durch die Seitenwandungen 21, 22 begrenzt ist, und einen breiteren Außenbereich 24, der durch die Seitenwandungen 25, 26 begrenzt ist, auf. Der Innenbereich 20 kann gemäß der Ansicht der Fig. 2 von einem weiteren oberen Bereich aus zu einem engeren unteren Bereich hin leicht zusammenlaufend ausgebildet sein. Die Bereiche 20 und 24 stehen über radial nach außen weisende Absatzflächen 27, 28, die beidseits der Nut verlaufen, in Verbindung.
  • Jeder Schlitz 18 nimmt eine Dichtleiste 30 auf, die innerhalb des Schlitzes 18 radial beweglich ist, um den Kontakt mit der Lauffläche 12 aufrecht erhalten zu können. Die Dichtleiste 30 wird durch eine übliche unter der Dichtleiste 30 angeordnete Feder radial nach außen gegen die Lauffläche 12 gedrückt. Jede Dichtleiste 30 enthält ein Unterteil 32, das einen rechteckigen Querschnitt und Seitenflächen 34, 36 aufweist, und ein Kopfteil 38 mit abgerundeter äußerer Oberfläche 40. Zwischen dem Kopfteil 38 und dem Unterteil 32 erstrecken sich radial nach innen gerichtete Auflageflächen 42, 44, die über die Seitenflächen 46, 48 mit der äußeren Oberfläche 40 in Verbindung stehen. Die Seitenflächen 46, 48 des Kopfteiles 38 der Dichtleiste 30 weisen eine radiale Abmessung auf, die größer ist als eine radiale Abmessung der Seitenwandungen 25, 26 des Außenbereiches 24 des Schlitzes 18. Dadurch ist gewährleistet, daß die äußere Oberfläche 40 nicht hinter die radial äußere Kante des Rotorschlitzes 18 tauchen kann und somit stets ein Kontakt mit der Lauffläche 12 aufrecht erhalten wird.
  • Zwischen der Seitenfläche 48 der Dichtleiste 30 und der Seitenwandung 26 des Rotorschlitzes 18 befindet sich ein enger Zwischenraum oder eine enge Durchtrittsöffnung. Diese Durchtrittsöffnung vermindert den Druck der Hochdruckseite der Dichtleiste 30, der über die Durchtrittsöffnung an der Seitenfläche der Dichtleiste 30 vorbei sich dem Bereich unterhalb der Dichtleiste 30 mitteilt, wo der reduzierte Druck behilflich ist, um die Dichtleiste 30 radial nach außen und in Anlage an die Lauffläche 12 drückt. Da die Durchtrittsöffnung zwischen der Seitenfläche 48 und der Seitenwandung 26 und nahe des radial äußeren Bereiches der Dichtleiste 30 liegt, ist lediglich der extrem äußere Randbereich der Dichtleiste 30 unmittelbar dem hohen auf der rechten Seite der Dichtleiste 30 herrschenden Druck in der Arbeitskammer ausgesetzt. Die Durchtrittsöffnung wird so bemessen, daß der Druck unter der Dichtleiste 30 nicht zu einem übermäßigen Reibungsdruck zwischen Dichtleiste 30 und Lauffläche 12 führt, andererseits jedoch eine zuverlässige Anlage der Dichtleiste 30 an der Lauffläche 12 gewährleistet ist.
  • Die Breite der Kanten oder Vorsprünge 42, 44 der Dichtleiste 30 ist etwas größer (etwa um 0,25 bis 0,75 mm) als die Breite der Absatzflächen 27, 28 des Schlitzes 18. Die Dichtleiste 30 und der Schlitz 18 sind so dimensioniert, daß dann, wenn die Dichtleiste 30 zu einer Seite des Schlitzes 18 bewegt wird, eine Berührung zwischen Rotor 16 und Dichtleiste 30 durch die Seitenfläche 46 des Kopfteiles 38 und die Seitenwandung 25 des Schlitzes 18 oder durch die Seitenfläche 48 der Dichtleiste 30 und die Seitenwandung 26 des Schlitzes 18 erfolgt. Dieser Eingriff verhindert eine Berührung zwischen einem äußeren Bereich des Unterteils 32 der Dichtleiste 30 und einem äußeren Bereich einer Seitenwandung 21 des Innenbereiches 20 des Schlitzes 18. Diese Anordnung vermindert das Auftreten von Biegekräften und vermindert Seitenbelastungen der Dichtleiste 30. Hierdurch wird die Reibung zwischen der Dichtleiste 30 und dem Schlitz 18 vermindert und die Fähigkeit der Dichtleiste 30, in Kontakt mit der Lauffläche 12 unter Vermeidung von Leckagen und erhöhten Andruckkräften zu treten, verbessert.
  • Auch wenn die Erfindung lediglich an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Varianten, die unter die vorliegende Erfindung fallen. Beispielsweise können die Grundzüge der vorliegenden Erfindung auf mehrteilige Dichtleistenanordnungen angewendet werden, wie sie beispielsweise aus der US-PS 4,317,648 bekannt geworden ist, oder in der am 29. Juni 1991 eingereichten europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 91110810.8.

Claims (5)

1. Dichtleistenanordnung für eine Drehkolbenverbrennungsmaschine mit einem in einem Gehäuse (10) umlaufenden und dieses in Arbeitskammern (14) unterteilenden Rotor (16), der an wenigstens einer Scheitelkante einen Schlitz (18) aufweist, welcher eine radial bewegliche, sich dichtend an eine Lauffläche (12) im Gehäuseinneren anschmiegende Dichtleiste (30) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (18) einen schmaleren Innenbereich (20) und einen breiteren Außenbereich (24) mit jeweils sich radial erstreckenden Seitenwandungen (21, 22; 25, 26), die durch radial nach außen weisende Absatzflächen (27, 28) miteinander verbunden sind, aufweist, daß die Dichtleiste (30) ein schmaleres, vom Innenbereich (20) aufgenommenes Unterteil (32) und ein breiteres, vom Außenbereich (24) aufgenommenes Kopfteil (38) enthält, wobei der Übergang zwischen Unterteil (32) und Kopfteil (38) wenigstens auf einer Seite durch einen radial nach innen weisenden Vorsprung (42, 44) gebildet ist, und daß die Dichtleiste (30) und der Schlitz (18) so dimensioniert sind, daß dann, wenn die Dichtleiste (30) gegen eine Seite des Schlitzes (18) bewegt wird, sein Kopfteil (38) an der Seitenwandung (25, 26) des Außenbereiches (24) des Schlitzes (18) angreift und ein Angreifen zwischen einem äußeren Bereich des Unterteiles (32) der Dichtleiste (30) und einem äußeren Bereich der Seitenwandung (21, 22) des Innenbereiches (20) des Schlitzes (18) behindert.
2. Dichtleistenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (38) der Dichtleiste (30) auf seinen beiden Seiten radial ausgerichtete Seitenflächen (46, 48) aufweist, die mit den entsprechenden Seitenwandungen (25, 26) des Außenbereiches (24) des Schlitzes (18) zur Anlage gebracht werden können.
3. Dichtleistenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (30) im wesentlichen ein T-Profil aufweist.
4. Dichtleistenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Breite des Außenbereiches (24) des Schlitzes (18) und der Breite des Kopfteils (38) der Dichtleiste (30) kleiner ist als die Differenz zwischen der Breite des Innenbereiches (20) des Schlitzes (18) und der Breite des Unterteiles (32) der Dichtleiste (30).
5. Dichtleistenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Vorsprünge (42, 44) der Dichtleiste (30) etwas (vorzugsweise um 0,25 bis 0,75 mm) größer ist als die Breite der Absatzflächen (27, 28) des Schlitzes (18).
EP19910112172 1990-07-31 1991-07-20 Sealing strip arrangement for a rotary piston engine Withdrawn EP0469415A3 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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EP0469415A3 EP0469415A3 (en) 1992-05-27

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EP19910112172 Withdrawn EP0469415A3 (en) 1990-07-31 1991-07-20 Sealing strip arrangement for a rotary piston engine

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EP (1) EP0469415A3 (de)
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