DE102022211572A1 - Sealing device for a piston of a rotary engine - Google Patents

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James Hartman
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichteinrichtung für eine seitliche Abdichtung eines Kolbens eines Kreiskolbenmotors umfassend drei Bogenleisten, wobei die Bogenleisten als gemeinsames Bauteil mit einer bogig-dreieckigen Grundform mit drei Ecken gefertigt sind.The invention relates to a sealing device for a lateral seal of a piston of a rotary piston engine comprising three curved strips, wherein the curved strips are manufactured as a common component with a curved-triangular basic shape with three corners.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND STATE OF THE ART

Die Erfindung betrifft ein Dichteinrichtung für einen Kolben eines Kreiskolbenmotor sowie einen Kolben mit einer Dichteinrichtung.The invention relates to a sealing device for a piston of a rotary piston engine and to a piston with a sealing device.

Als Kreiskolbenmotor (kurz KKM) wird im Zusammenhang mit der Anmeldung ein Kreiskolbenmotor der Bauart Wankel umfassend einen bogig-dreieckigen Läufer, auch Rotor oder Kreiskolben oder kurz Kolben genannt, welcher in einem doppel-bogigen Mantelgehäuse umläuft. Eine Kontur des Mantelgehäuse weist zumindest im Wesentlichen die Form einer Epitrochoide auf. Das Mantelgehäuse wird auch als Trochoidgehäuse bezeichnet.In connection with the application, a rotary piston engine (KKM for short) is a rotary piston engine of the Wankel type comprising a curved-triangular rotor, also called a rotor or rotary piston, or piston for short, which rotates in a double-curved casing. The casing contour has at least essentially the shape of an epitrochoid. The casing is also referred to as a trochoid casing.

Ein Gehäuse für den Kreiskolbenmotoren umfasst üblicherweise weiter zwei beidseitig des Mantelgehäuses angeordnete Seitenteile. Der Läufer treibt bei seiner Bewegung eine Exzenterwelle an, auf welcher er gleichzeitig gelagert ist. Die Mittelachse der Exzenterwelle befindet sich auf der Mittelachse des Mantelgehäuses. An Spitzen oder Kolbenecken des Läufers sind Dichtleisten angeordnet, welche nach Möglichkeit permanent eine Wandung des Mantelgehäuses berühren, sodass drei unabhängige, wechselnd große Arbeitsräume gebildet werden, in welchen bei Drehung des Läufers ein Viertaktprozess abläuft.A housing for rotary piston engines usually also includes two side parts arranged on either side of the casing. As it moves, the rotor drives an eccentric shaft on which it is also mounted. The center axis of the eccentric shaft is located on the center axis of the casing. Sealing strips are arranged at the tips or piston corners of the rotor, which, if possible, permanently touch a wall of the casing, so that three independent, varyingly sized working spaces are formed in which a four-stroke process takes place when the rotor rotates.

Dabei ist es bekannt, an Kolbenecken des Kolbens radialbewegliche Dichtleisten anzuordnen, die im Betrieb ständig an einer inneren Mantelfläche des Mantelgehäuses entlanggleiten, und jeweils benachbarte Arbeitsräume in Umfangsrichtung voneinander abdichten.It is known to arrange radially movable sealing strips at the piston corners of the piston, which constantly slide along an inner jacket surface of the jacket housing during operation and seal adjacent working spaces from one another in the circumferential direction.

Für eine seitliche Abdichtung zwischen dem Kolben und den Seitenteilen ist es bekannt, an Stirnflächen des Kolbens drei sogenannte Bogenleisten vorzusehen. Die Bogenleisten sind jeweils in eine sich zwischen zwei benachbarten Kolbenecken erstreckende Nut axialbeweglich mit Spiel eingesetzt. Für eine Sicherung der Bogenleisten an dem Kolben und für eine durchgehende Dichtlinie sind an den Kolbenecken Dichtbolzen vorgesehen, welche benachbarte Bogenleisten verbinden. Ein Andrücken der Bogenleisten an das benachbarte Seitenteil des Gehäuses erfolgt im Betrieb mit Hilfe des Gasdruckes, der aus dem angrenzenden Arbeitsraum durch einen Spalt zwischen der Stirnfläche des Kolbens und dem Seitenteil in die Nut unter der Bogenleiste gelangen kann. Zusätzlich ist es bekannt unter den Bogenleisten jeweils eine Feder vorzusehen, welche die Bogenleiste an das Seitenteil zwingt.To ensure lateral sealing between the piston and the side parts, it is known to provide three so-called curved strips on the front faces of the piston. The curved strips are each inserted in a groove extending between two adjacent piston corners so that they can move axially with play. To secure the curved strips to the piston and to ensure a continuous sealing line, sealing bolts are provided on the piston corners which connect adjacent curved strips. The curved strips are pressed against the adjacent side part of the housing during operation with the help of the gas pressure, which can get from the adjacent working space through a gap between the front face of the piston and the side part into the groove under the curved strip. In addition, it is known to provide a spring under each curved strip which forces the curved strip against the side part.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Dichteinrichtung für eine seitliche Abdichtung eines Kolbens eines Kreiskolbenmotor zu schaffen, welche auf einfache Weise montierbar ist. Es sind weitere Aufgaben, einen Kolben mit einer Dichteinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Dichteinrichtung zu schaffen.It is an object of the invention to provide a cost-effective sealing device for a lateral seal of a piston of a rotary piston engine, which can be assembled in a simple manner. Further objects are to provide a piston with a sealing device and a method for producing a sealing device.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Dichteinrichtung für eine seitliche Abdichtung eines Kolbens eines Kreiskolbenmotors umfassend drei Bogenleisten geschaffen, wobei die Bogenleisten als gemeinsames Bauteil mit einer bogig-dreieckigen Grundform mit drei Ecken gefertigt sind.According to a first aspect, a sealing device for a lateral seal of a piston of a rotary piston engine comprising three curved strips is provided, wherein the curved strips are manufactured as a common component with a curved-triangular basic shape with three corners.

Durch die gemeinsame Fertigung der Bogenleisten als ein Bauteil ist eine vereinfachte Handhabung bei einer Montage möglich. Die Form des Bauteils ist dabei an die Form und insbesondere die Größe des Kolbens anpassbar.By manufacturing the curved strips together as one component, handling during assembly is simplified. The shape of the component can be adapted to the shape and especially the size of the piston.

Die als gemeinsames Bauteil gestalteten Bogenleisten bilden eine durchgehende Dichtlinie. Dabei kann in einer Ausgestaltung auf an den Kolbenecken angeordnete Dichtbolzen für eine Axialdichtung verzichtet werden.The curved strips, designed as a common component, form a continuous sealing line. In one design, sealing bolts arranged at the piston corners for an axial seal can be dispensed with.

In anderen Ausgestaltungen weist das Bauteil an den Ecken jeweils einen Dichtbolzen auf. In anderen Worten umfasst das Bauteil die drei Bogenleisten und die drei Dichtbolzen einer herkömmlichen Dichteinrichtung. Durch die gemeinsame Gestaltung ist eine Montage vereinfacht. Die Herstellung des Bauteils ist auf kostengünstige Weise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens und/oder mittels Druckguss möglich. Ein geeignetes Fertigungsverfahren ist durch den Fachmann in Abhängigkeit eines für die Dichteinrichtung eingesetzten Werkstoffs auswählbar.In other designs, the component has a sealing bolt at each corner. In other words, the component comprises the three curved strips and the three sealing bolts of a conventional sealing device. The common design simplifies assembly. The component can be manufactured cost-effectively using an additive manufacturing process and/or by die casting. A suitable manufacturing process can be selected by the expert depending on the material used for the sealing device.

Die Dichtbolzen weisen in einer Ausgestaltung nach außen weisende Nuten auf, in welche Dichtleisten für eine radiale Abdichtung des Kobens einsetzbar sind.In one embodiment, the sealing bolts have outward-facing grooves into which sealing strips can be inserted for radial sealing of the piston.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Kolben für einen Kreiskolbenmotor geschaffen, wobei an gegenüberliegenden Stirnseiten des Kolbens jeweils parallel zu einem Rand verlaufende, sich zwischen benachbarten Kolbenecken erstreckende Nuten vorgesehen sind, und wobei in die Nuten jeweils eine einteilige Dichteinrichtung eingesetzt ist.According to a second aspect, a piston for a rotary piston engine is provided, wherein grooves are provided on opposite end faces of the piston, each running parallel to an edge and extending between adjacent piston corners, and wherein a one-piece sealing device is inserted into each of the grooves.

Je nach Wahl eines für die Dichteinrichtung eingesetzten Werkstoffs ist in einer Ausgestaltung in den Nuten unter der Dichteinrichtung jeweils ein Federelement angeordnet oder kann auf zusätzliche Federelemente verzichtet werden.Depending on the choice of material used for the sealing device, in one design a spring element is arranged in the grooves under the sealing device or additional spring elements can be dispensed with.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer einteiligen Dichteinrichtung geschaffen, wobei die Dichteinrichtung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere mittels 3D-Druck oder Sintern, und/oder mittels Druckguss hergestellt wird.According to a third aspect, a method for producing a one-piece sealing device is provided, wherein the sealing device is produced by means of an additive manufacturing process, in particular by means of 3D printing or sintering, and/or by means of die casting.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das nachfolgend anhand der Figuren erläutert ist. Dabei zeigen schematisch:

  • 1 ein Mantelgehäuse eines Kreiskolbenmotors und einen darin aufgenommenen Läufer in einer perspektivischen Vorderansicht; und
  • 2 eine einteilige Dichteinrichtung umfassend drei Bogenleisten und drei Dichtbolzen.
Further advantages and aspects of the invention emerge from the claims and from the description of an embodiment of the invention, which is explained below with reference to the figures. They show schematically:
  • 1 a casing of a rotary piston engine and a rotor accommodated therein in a perspective front view; and
  • 2 a one-piece sealing device comprising three curved strips and three sealing bolts.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EXAMPLES

1 zeigt schematisch ein Mantelgehäuse 3 und einen darin aufgenommenen Kolben 2 eines Kreiskolbenmotors. 1 shows schematically a casing 3 and a piston 2 of a rotary piston engine accommodated therein.

Der in 1 sichtbare Kolben 2 treibt eine nicht dargestellte Exzenterwelle zu einer Rotation um eine schematisch angedeutete zentrale Achse A an.The 1 The visible piston 2 drives an eccentric shaft (not shown) to rotate about a schematically indicated central axis A.

Für eine seitliche Abdichtung zwischen dem Kolben 2 und in der Figur nicht dargestellten Seitenteilen des Gehäuses ist eine Dichteinrichtung 4 an Stirnflächen 20 des Kolbens 2 vorzusehen.For a lateral seal between the piston 2 and side parts of the housing not shown in the figure, a sealing device 4 is provided on the end faces 20 of the piston 2.

Die Dichteinrichtung 4 umfasst drei Bogenleisten 40 und drei Dichtbolzen 41, welche als ein gemeinsames Bauteil gefertigt sind. 2 zeigt die Dichteinrichtung 4 sowie drei Dichtleisten 5. The sealing device 4 comprises three curved strips 40 and three sealing bolts 41, which are manufactured as a common component. 2 shows the sealing device 4 and three sealing strips 5.

Die Bogenleisten 40 sind jeweils axialbeweglich mit Spiel in Nuten 21 an den Stirnflächen des Kolbens 2 (vgl. 1) eingesetzt, wobei die Nuten 21 sich jeweils zwischen zwei benachbarten Kolbenecken 22 des Kolbens 2 erstrecken.The curved strips 40 are each axially movable with play in grooves 21 on the end faces of the piston 2 (cf. 1 ), wherein the grooves 21 each extend between two adjacent piston corners 22 of the piston 2.

An den Kolbenecken 22 sind zudem Dichtleisten 5 vorgesehen, welche an der Oberfläche des Mantelgehäuses 3 abdichtend anliegen und bei einer Bewegung des Kolbens 2 entlang der Oberfläche des Mantelgehäuses 3 bewegt werden.In addition, sealing strips 5 are provided on the piston corners 22, which sealingly rest against the surface of the jacket housing 3 and are moved along the surface of the jacket housing 3 when the piston 2 moves.

Die Dichtbolzen 41 weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Nuten 410 auf, in welche die Dichtleisten 5 eingesetzt sind.In the illustrated embodiment, the sealing bolts 41 have grooves 410 into which the sealing strips 5 are inserted.

Die Dichteinrichtung 4 umfassend die drei Bogenleisten 40 und die drei Dichtbolzen 41 ist beispielsweise auf kostengünstige Weise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens und/oder mittels Druckguss herstellbar.The sealing device 4 comprising the three curved strips 40 and the three sealing bolts 41 can be produced, for example, in a cost-effective manner by means of an additive manufacturing process and/or by means of die casting.

Claims (6)

Dichteinrichtung für eine seitliche Abdichtung eines Kolbens eines Kreiskolbenmotors umfassend drei Bogenleisten, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenleisten als gemeinsames Bauteil mit einer bogig-dreieckigen Grundform mit drei Ecken gefertigt sind.Sealing device for a lateral seal of a piston of a rotary piston engine comprising three curved strips, characterized in that the curved strips are manufactured as a common component with a curved-triangular basic shape with three corners. Dichteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil an den Ecken jeweils einen Dichtbolzen aufweist.Sealing device according to Claim 1 , characterized in that the component has a sealing bolt at each of the corners. Dichteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbolzen (41) Nuten (410) aufweisen, in welche Dichtleisten (5) für eine radiale Abdichtung des Kobens (2) einsetzbar sind.Sealing device according to Claim 2 , characterized in that the sealing bolts (41) have grooves (410) into which sealing strips (5) can be inserted for radial sealing of the piston (2). Kolben für einen Kreiskolbenmotor, wobei an gegenüberliegenden Stirnseiten des Kolbens jeweils parallel zu einem Rand verlaufende, sich zwischen benachbarten Kolbenecken erstreckende Nuten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in die Nuten jeweils eine Dichteinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 eingesetzt ist.Piston for a rotary piston engine, wherein grooves are provided on opposite end faces of the piston, each running parallel to an edge and extending between adjacent piston corners, characterized in that a sealing device according to Claim 1 , 2 or 3 is used. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Dichteinrichtung in den Nuten jeweils ein Federelement angeordnet ist.Piston after Claim 4 , characterized in that a spring element is arranged in each of the grooves below the sealing device. Verfahren zum Herstellen einer Dichteinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere mittels 3D-Druck oder Sintern, und/oder mittels Druckguss hergestellt wird.Method for producing a sealing device according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the sealing device is produced by means of an additive manufacturing process, in particular by means of 3D printing or sintering, and/or by means of die casting.
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