DE3717800A1 - Axialdichtung einer rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialdichtung einer Ro­ tationskolbenmaschine, bestehend aus einem in einem von zwei gegeneinander in parallelen Flächen zuein­ ander relativ beweglich anlaufenden Bauteilen vorgese­ hene Nut beweglich angeordneten Dichtstreifen, der im Zusammenwirken mit an seinen Enden anliegenden Dichtbolzen an Abwinkelungen der von ihm gebildeten Dichtgrenze den im zugeordneten Arbeitsraum gegenüber dem Spaltraum zwischen den parallelen Flächen der Bau­ teile und damit gegen die anderen Arbeitskammern der Maschine abdichtet.

Diese Nuten verlaufen bei innengedichteten Maschinen an der Seitenwänden der Kolben im wesentlichen parallel zu den Kolbenflanken und nahe an deren Kanten. Im Grund dieser Nuten sind Federn vorgesehen, die die Dicht­ streifen mit ihrer Anlauffläche gegen die Seitenwände drücken. Bei Betriebsdruck in der zugeordneten Arbeits­ kammer werden sie von dem in die Nut eintretenden unter Druck stehenden Arbeitsmittel gegen die von der Ar­ beitskammer abliegende, radial innere Nutwand und mit ihrer Anlagefläche gegen die Seitenwand gepreßt, an der sie entlanggleiten. Diese Dichtung schließt also immer dann ventilartig, wenn die Arbeitskammer, der sie zugeordnet ist, unter Arbeitsdruck steht.

In diesem Zustand ergibt sich folgende Schwierigkeit: Zwischen Nutwand und Dichtstreifen liegt ein Ölfilm, auf den der Druck der Arbeitskammer vom Nutgrund her einwirkt, so daß an der dem Nutgrund zugewandten Seite der Dichtstreifen ein Gegendruck gegenüber dem auf sie wirkenden Anpreßdruck und damit ein Kippmoment entsteht, das die an der Anlauffläche anliegende Seite der Dicht­ streifen von der Arbeitskammer wegdrückt und sie in ihrer Nut verdreht, wobei Reibkräfte mitwirken können. Damit heben sich die Dichtstreifen vom Nutgrund her von der Nutwand, an der sie anlegen sollen unter Wir­ kung des sich keilförmig aufstauenden Ölfilmes ab, was zu beträchtlichen Leckverlusten an Druckgas und zu entsprechenden Füllverlusten in im Ansaug befind­ lichen Arbeitskammern führt.

Vorschläge zur Behebung dieser Schwierigkeiten sind nicht bekannt.

Die der Erfindung sich stellende Aufgabe war daher, das Entstehen eines Leckweges über den Grund der Nut der Dichtstreifen und zwischen deren Anlagefläche und der unterdruckseitigen Nutwand zu verhindern.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Ansprüchen.

Die erfindungsgemäßen Dichtsreifen haben, wie Ver­ suche festgestellt haben, keinen Leckweg mehr zugelas­ sen. Die vorgeschlagene Art ihrer Herstellung ist bil­ lig und erfordert keinen neuen Arbeitsgang gegenüber dem herkömmlichen Walzen zum Zweck der Verdichtung des Materials solcher Dichtstreifen und ihrer not­ wendigen Anpassung an die Krümmung ihrer Nut.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Diese Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen Radialschnitt durch einen Dichtstrei­ fen nach dem Stand der Technik bei einer innen­ gedichteten Rotationskolbenmaschine;

Fig. 2 einen gleichen Radialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Dichtstreifen;

Fig. 3 eine ausschnittweise Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Dichtstreifen in axialer Richtung nach dem Kolben zu gesehen;

Fig. 4 eine ausschnittweise Draufsicht auf den glei­ chen erfindungsgemäßen Dichtstreifen in radia­ ler Richtung von der Kolbenachse her gesehen;

Fig. 5 einen Radialschnitt durch eine Profilwalzen­ anordnung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtstreifen in Ebene V-V in Fig. 6

Fig. 6 einen Axialschnitt durch die gleiche Profil­ walzenanordnung in Ebene VI-VI in Fig. 5.

Fig. 1 zeigt bei a einen Ausschnitt aus dem Kolben, bei b die Nut, in die der Dichtstreifen c eingelegt ist, der an der Gehäuseseitenwand d abdichtend anläuft. Er wird in Ruhelage von der Wellenfeder e, die im Grund der Nut b liegt, gegen die Gehäuseseitenwand d ge­ drückt. Im Betrieb der Maschine, wenn sich in der zu­ geordneten Arbeitskammer Druck aufbaut, dringt dieser durch die Pfeile f dargestellt, in den Spaltraum zwi­ schen Gehäuseseitenwand d und Kolben a und preßt den Dichtstreifen c gegen die radail innere unterdrucksei­ tige Wand g der Nut b sowie durch Eintreten in den Nut­ grund gegen Gehäuseseitenwand d.

Der Ölfilm zwischen Dichtstreifen c und der unterdruck­ seitigen Nutwand g ist mit h bezeichnet. Auf ihn wirkt der Druck im Grund der Nut, der durch die Pfeile i dargestellt ist, so daß sich der Ölfilm keilförmig unter den Dichtstreifen c schiebt. Es wirkt somit ein Druck gegen die Anlagefläche des Dichtstreifens c, der durch die Pfeile k dargestellt ist und der nach der Ge­ häuseseitenwand d zu abnimmt.

Der Druck, der von der Arbeitkammer her auf den Dicht­ streifen c vom Arbeitsmittel ausgeübt wird, ist durch das Rechteck l dargestellt, der Gegendruck gegen die Unterseite des Dichtstreifens c durch das Dreieck m. Diese Druckbeaufschlagung muß von dem auf die Oberseite des Dichtstreifens c wirkenden Druck abgezogen werden, was durch das Dreieck n dargestellt ist, so daß der Druck auf die Oberseite des Dichtstreifens nur mehr derjenige ist, der von der Fläche o dargestellt wird. Durch diese Druckverhältnisse wird der Dichtstreifen c um das Eck p der unteren Nutkante in der Nut b in die mit q bezeichnete, gestrichelt dargestellte Lage ge­ kippt. Die Dichtwirkung des Dichtstreifens c kann da­ durch weitgehend aufgehoben werden, wobei Reibkräfte, Ölstau und Schwingungen des federnden Dichtstreifens mitwirken.

Fig. 2 zeigt demgegenüber die gleiche Anordnung der Axialdichtung, beispielsweise bei einer Trochoidenbrenn­ kraftmaschine mit zweibogiger Mantellaufbahn, die einen erfindungsgemäßen Dichtstreifen 1 aufweist, der in eine Bogennut 2 im Kolben 3 eingesetzt ist und an der Gehäu­ seseitenwand 4 abdichtend anläuft. An seiner an der ra­ dial inneren Wand 5 der Nut anlaufenden Fläche 6 weist der Dichtstreifen 1 Ausnehmungen 7 auf, die nach der nach dem Grund der Nut 2 zuweisenden Seite durch eine abgerundete Leiste 8 abgeschlossen sind und nach der Ge­ häuseseitenwand 4 zu Öffnungen aufweisen, um unter dem Dichtstreifen sich aufbauendem Gasdruck nach dem Spalt­ raum 9 zwischen der Gehäuseseitenwand 4 und dem Kolben 3 unterhalb des Dichtstreifens 1 zu entlasten. Dieser liegt daher mit seinem inneren Rand an der Wand 5 der Nut 4 in seiner ganzen Länge linear mit der flachen Abrundung der Leiste 8 an. Bei Kippbewegungen des Dicht­ streifens, der bei den gegebenen Druckverhältnissen nur mit seinem äußeren Rand nach oben, d.h. nach der Druck­ seite zu möglich ist, bleibt durch Abrollen der Rundung der Leiste 8 auf der Nutwand 5 immer eine lineare Dich­ tung erhalten.

Die Ausnehmung 7 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer flachen Nut 10, die axial nach innen von der Leiste 8 begrenzt ist und mit axial nach außen, nach der Gehäuseseitenwand 4 zu verlaufenden flachen Ausnehmungen 11 in Verbindung steht, zwischen denen schmale Anlaufflächen 12, die quer zur Richtung des Dichtstreifens 1 liegen, stehengeblieben sind. Die Ausnehmungen 11 öffnen sich bei 13 in den Spaltraum 9, um unter den Dichtstreifen eingedrungenes Druck­ gas und überschüssiges Öl in den Innenraum des Maschi­ ne abzuführen, wobei für diesen eine Entlüftung vor­ gesehen sein muß.

Die Nut 10 an der Unterseite des Dichtstreifens 1 ist zweckmäßigerweise an ihren Enden abgeschlossen, wie dies bei 14 gezeigt ist, um keine Verbindung zwischen den Bohrungen der beiderseits anschließenden Dicht­ bolzen herzustellen.

Bei dieser Anordnung läuft der Dichtstreifen 1 nur an der radialen Innenwand 5 der Nut 2 mit der Rundung der Leiste 8 und den Anlaufflächen 12 an, die sich rasch selbst einschleifen. Größere Flächen, die sich an die Unebenheiten der Nutwandung nicht anpassen und nicht einschleifen können, sind dabei vermieden und der Dichtstreifen selbst erhält durch die Ausnehmungen 11 eine höhere elastische Verbiegbarkeit, mit der er sich leicht and die Formungenauigkeiten und vor allem an Wärmeverzüge anpassen kann.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtstreifens erfolgt zweckmäßigerweise durch Auswalzen eines im Quer­ schnitt rechteckigen Streifens 15 aus Sintermaterial zwischen zwei Profilrollen 16 und 17. Die Profilrolle 16 weist eine umlaufende Ausnehmung 18 für die Herstellung der abgerundeten Leiste 8, eine umlaufende Ausbuchtung 19 für die Ausformung der Nut 10 und axial gerichtete Ausbuchtungen 20 für die der Ausnehmungen 11. Die Gegenrolle 17 weist ein glattes Profil 21 auf. Bei dem Auswalzen ergibt sich zugleich die Krümmung der Dichtleiste, mit der sie der Kolbenflanke folgt. Die Verschlüsse 14 an den Enden der Nut 10 können bei ent­ sprechender Größe der Profilrolle 16 durch Unterbre­ chung der Ausbuchtung 19 hergestellt werden.

• Bezugszeichenverzeichnis: zu Fig. 1
  a Kolben
  b Nut
  c Dichtstreifen
  d Gehäuseseitenwand
  e Wellenfeder
  f Pfeile für Druck
  g radial innere Nutwand
  h Ölfilm
  i -
  k Druck im Ölfilm
  l Rechteck Arbeitsdruck von oben
  m Druck des Ölfilms
  n von l abzuziehender Druck
  o verbleibender Druck
  p Eck der Nutunterseite
  q Lage von c nach Kippung
  zu Fig. 2, 3 und 4
   1 Dichtstreifen
   2 Nut
   3 Kolben
   4 Gehäuseseitenwand
   5 radial innere Wand der Nut
   6 Unterseite Dichtstreifen
   7 Ausnehmungen an 6
   8 abgerundete Leiste
   9 Spaltraum unterhalb des Dichtstreifens zwischen 4 und 4
  10 flache Nut an der Unterseite des Dichtstreifens
  11 flache Ausnehmung quer zu 10
  12 Anlaufflächen zwischen 11
  13 Eck an 5
  14 Verschluß der Nut 10
  15 im Querschnitt trapezförmiger Streifen aus Sintermaterial
  16 Profilrolle
  17 Gegenrolle
  18 Ausnehmung für 8
  19 Ausbuchtung für 10
  20 Ausbuchtungen für 11
  21 glattes Profil zu 17

Claims (5)

1. Axialdichtung einer Rotationskolbenmaschine, be­ stehend aus einem in einem von zwei gegeneinander in parallelen Flächen zueinander relativ beweglich anlau­ fenden Bauteilen vorgesehene Nut beweglich angeordne­ ten Dichtstreifen, der im Zusammenwirken mit an seinen Enden anliegenden Dichtbolzen an Abwinkelungen der von ihm gebildeten Dichtgrenze den im zugeordneten Arbeitsraum gegenüber dem Spaltraum zwischen den paralle­ len Flächen der Bauteile und damit gegen die anderen Arbeitskammern der Maschine abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtstreifen (1) an seiner auf der unterdruckseitigen Wand (5) der Nut (2) anliegenden Unterseite auf deren dem Nutgrund zugewandten Seite eine an ihrer Auflage abgerundete Leiste (8) und auf der der Gegenlauffläche (4) zugewandten Seite der Leiste (8) Ausnehmungen (7) aufweist, die sich bis zur Anlauffläche des Dichtstreifens (1) an der Gegenlauf­ fläche erstrecken.

2. Axialdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (7) quer zum Dichtstreifen (1) verlaufende flache, durch schmale Anlaufflächen (12) getrennte Ausnehmungen (11) sind, die nach dem Nutgrund zu mit einer parallel zur Leiste (8) verlaufenden flachen Nut (10) in Verbindung stehen.

3. Axialdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (10) an ihren Enden (14) des Dichtstreifens (1) verschlossen sind.

4. Axialdichtung nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtstreifen (1) aus Sintermetall besteht.

5. Verfahren zur Herstellung eines Dichtstreifens einer Axialdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Querschnitt recht­ eckiger Metallstreifen (15) zwischen zwei Profilrollen (16, 17) aufgewalzt wird, wobei die Profilrolle (16) eine umlaufende Ausnehmung (18) für Herstellung der ab­ gerundeten Leiste (8), eine umlaufende Ausbuchtung (19) für die Ausformung der Nut (10) und quer zum Dichtstrei­ fen (1) verlaufende Ausbuchtungen (20) für die der Aus­ nehmungen (11) aufweist und daß die Gegenrolle (17) mit einem glatten Profil (21) versehen ist.