DE2138988B2 - Dichtleistenanordnung für Rotationskolbenmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtleistenanordnung für Rotationskolbenmaschinen für hochgespannte Gase mit einem innerhalb eines Mantels umlaufenden Kolben, mit kreisbogenförmige Kuppen aufweisenden Dichtleisten in Nuten, von deren jeweils unter einer Dichtleiste liegenden Nutraum jeweils eine Bohrung zu den von der Dichtleiste getrennten Arbeitskammern führt.

Eine derartige Dichtleistenanordnung bei Rotationskolbenmaschinen ist aus der französischen Patentschrift 590 085 bekannt.

Bei der bekannten Dichtleistenanordnung in einer Nut des Kolbens ist die Dichtleiste während des Umlaufens periodisch verschiebbar angeordnet und legt sich bei Rotation des Kolbens unter Einwirkung der Fliehkraft an den Mantel der Maschine. Die Dichtleisten liegen dabei lose in ihrer Nut und der auf ihr radial äußeres Ende wirkende Druck des Arbeitsmittels in einer Arbeitskammer verursacht Kräfte, die der Fliehkraft entgegen wirken und die Dichtwirkung vermindern oder gar aufheben. Um diesem Nachteil entgegen zu wirken, sind im Kolben Bohrungen vorgesehen, die wenigstens von der Arbeitskammer höheren Druckes her in den Nutgrund führen. Der Druck des Arbeitsmittels gelangt somit unter die Dichtleiste und soll damit die Fliehkraft und die Anpreßkraft unterstützen und die Dichtwirkung wieder verbessern. Da die Dichtleisten in ihrer Nut über einen verhältnismäßig langen Weg verschiebbar sein müssen, sind sie sehr lose geführt, weswegen sich im Nutgrund der gewünschte Druck gar nicht richtig aufbauen kann, denn der Spalt zwischen Dichtleiste und Nutgrund läßt hinter der Dichtleiste ein Entweichen des Arbeitsmittels in die Arbeitskammer niedrigeren Druckes zu. Diese Wirkung wird dann nocn verstärkt, wenn von beiden Arbeitskammern her Bohrungen in den Nutgrund münden. Diese Bohrungen bilden einen unzulässigen Kurzschluß zwischen den Arbeitskammern und stellen die Dichtwirkung überhaupt in Frage. Ferner führt die leichte Beweglichkeit und Verschiebbarkeit der Dichtleisten zu wechselnder Anlage der Dichtleiste an den beiden Nutflanken und auch zu einem Kippen der Dichtleiste in der Nut, was eine sehr ungleichmäßige Abnutzung und Beschädigung der Dichtleiste hevorruft und auch zur Bildung schädlicher Rattermarken führt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei einer Dichtlcistenanordnung für Rotationskolbenmaschinen der Trochoidenbauart Bewegungen der Dichtleiste weitgehend zu vermeiden und einen hohen Anpreßdruck für die Dichtleisten unter Ausnutzung des Druckes des Arbeitsmediums zu schaffen. Die Aufgäbe wird in Anwendung auf Rotationskolbenmaschinen in Trochoidenbauart mit innerer oder äußerer Hüllkurve durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) Der Mittelpunkt der kreisbogenförmigen Kuppenkontur der Dichtleiste fällt mit dem Schnittpunkt zwischen der Trochoide und Hüllkurve zusammen.

b) Die Dichtleiste ist gasdicht, aber auf einem Federelement abstützend bewegbar in der Nut eingelassen.

c) Die Bohrungen sind durch ventilartig wirkende Einlaßelemente abschließbar.

Aus der schweizerischen Patentschrift 450 812 ist es im Prinzip bekannt, die Radialdichtleiste so anzuordnen, daß der Mittelpunkt ihrer kreisbogenförmigen Querschnittskontur in einem Simultanpunkt liegt. Als Simultanpunkte werden hier die Schnittpunkte von Trochoide und Hüllkurve bezeichnet. Dieses Merkmal ist in der schweizerischen Patentschrift dazu verwendet, die unterschiedlichen Abstände (Äquidistanten) des Kolbens und der Axialdichtung von der geometrisch exakten Trochoide konstruktiv mit einer einzigen Radialdichtleiste überbrücken zu kön-

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nen. Durch diese Anordnung des Merkmales a) bleibt die Dichtleiste im Betrieb in ihrer Nut stehen und wird auch an ihrer Kuppe kreisförmig abgenutzt.

Aus den französischen Patentschriften 1 104 360 und 953 028 ist es bei Hubkolbenmaschinen bekannt, im Kolben Bohrungen vorzusehen, die von der Arbeitskammer hinter einen Dichtring führen und diese Bohrungen zur Arbeitskammer hin durch Ventile abzuschließen.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung können die ventilartig wirkenden Einlaßelemente als gegen die Bohrungsöffnungen im Nutraum federnd anliegende Plättchen ausgebildet sein. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit bietet sich, wenn gemäß der französischen Patentschrift 1 403 098 die Dichtleisten auf ihrer Unterseite gegen den Nutgrund hin mit einer Dichtmanschette versehen sind, die sich mit ihren Teilen federnd an die Nutflanke anlegt. Bei einer solchen Ausbildung kann die DichtmanscheUe gleichzeitig die Funktion der ventilartig wirkenden Einlaßelemente übernehmen, wenn die Bohrungsöffnungen im Bereich der Dichtma..schette in die Nutflanken münden und diese Öffnungen von den Teilen der Dichtmanschette überdeckt werden. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß die Bohrungen zu den jeweiligen Arbeitskammern maschinenachsparallel in der Nut versetzt angeordnet sind. Die zu den Arbeitskammern führenden Bohrungen können vorteilhaft von radialen Verlänjerungsbohrungen der Nut ausgehen. Schließlich ist es zweckmäßig, wenn jeweils die im Nutgrund befindliche Öffnung der Verlängerungsbohrung durch eine Dichtmanschette verschließbar ist und diese Dichtmanschette unter der Wirkung des die Dichtleiste abstützenden Federelementes steht.

Durch die Erfindung wird für Dichtleisten der unterschiedlichsten Bauweise ein einwandfreies Anpressen an ihre Lauffläche durch den jeweiligen Gasdruck erreicht. Dabei sind die Dichtleisten in ihren Nuten so exakt eingepaßt und geführt, daß nicht nur eine einwandfreie Gasabdichtung erzielt wird, sondern auch die Bildung von Rattjrmarken wirksam unterdrückt wird. Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß es mit einfachen Mitteln möglich ist, die obengenannten Vorteile zu erreichen. Der für dps Anpressen der Dichtleiste erforderliche Gasdruck kann sich in der Dichtleistennut hinter der Dichtleute stets ungehindert aufbauen.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigt

Fig. la Dichtleistenanordnung an einer Kolbenecke einer Rotationskolbenmaschine mit innerer Hüllkurve,

Fig. Ib eine Abwandlung der Ausbildung gemäß Fig. la,

Fig. 2 a und 2b eine weitere Abwandlung der Ausbildung gemäß Fig. 1 a im Querschnitt und in der Draufsicht,

Fig. 3 a und 3 b eine Anwendung der Dichtleistenanordnung auf eine Rotationskolbenmaschine mit äußerer Hüllkurve, und

Fig. 4 eine Abwandlung der Dichtleistenanordnung in Fig. 3.

Die Zeichnung ist der Übersichtlichkeit halber nicht dimensionsr.recht ausgeführt. So sind z.B.

zwischen Dichtleiste und Nutflanke Spalte eingezeichnet, die wegen der notwendigen exakten und weitgehend gasdichten Lagerung der Dichtleiste in ihrer Nut in Wirklichkeit nicht vorhanden sind.

In der Fig. 1 a ist eine Kolbenecke einer Rotationskolbenmaschine dargestellt, deren Entwurf die strichpunktiert eingezeichnete Trochoide T zugrunde liegt. Äquidistant zu dieser Trochoide verläuft die Gehäusewandung bzw. die Lauffläche des Mantels 3. Der Kolben 2 entspricht in seiner Form der inneren Hüllkurve zur Trochoide T, wobei diese Hüllkurve selbst nicht eingezeichnet ist, und der Rand des Kolbens 2 wiederum äquidistant zur Hüllkurve verläuft. Der Schnittpunkt zwischen der mathematisch exakten Trochoide und der hier nicht eingezeichneten Hüllkurve, der sogenannte Simultanpunkt, ist mit S bezeichnet. Die Dichtleiste 1, hier eine Radialdichtleiste, ist in ihrer Nut 5 so angeordnet, daß der Mittelpunkt der kreisbogenförmigen Kuppenkontur der Dichtleiste im Simultan^unkt S bzw. in der durch S hindurchgehenden Gerade senkrecht zur Zeichenebene liegt. Der Radius der Kuppenkontur entspricht dem Abstand der Äquidistanten zur Trochoide T. Die Dichtleiste 1 ist im Rahmen der Eizeugungstoleraiz genau in ihrer Nut 5 geführt. Auf diese Weise ist kein schädliche·" Spalt zwischen Dichtleiste 1 und Nutflanke 4 vorhanden. Der Mittelpunkt der Dichtleistenkontur kann somit nicht mehr seitwärts aus dem Simultanpunkt S herausvandern. Dadurch werden Rattermarken schon von vornherein weitestgehend vermieden. Zu beiden Seiten der Dichtleiste 1 befinden sich Arbeitskammern ρ 1 und ρ 2, in denen unterschiedliche Gasdrücke herrschen. Von diesen Kammern her führen Bohrungen 6 bzw. 6' in den Nutraum unterhalb der Dichtleiste 1. Im dargestellten Beispiel münden diese Bohrungen in der Nähe des Nutgrundes. Sie sind beide durch ventilartig wirkende Einlaßelemente, z. B. Plättchen 7, abgeschlossen, die durch eine Andrückfeder 8 gegen die Bohrungsöffnung gedrückt werden. Unterhalb der Dichtleiste 1 kann ein zusätzliches Dichtelement, hier eine Dichtmanschette 9, vorgesehen sein, das eine Gasabdichtung des Nutraumes gegenüber den Arbeitskammern unterstützt. Die Seitenwände der Dichtmanschette 9 legen sich unter dem im Nutraum herrschenden Gasdruck gegen die Nutwände an. Schließlich ist noch eine Feder 10 angedeutet, die in üblicher Weise die Dichtleiste 1 gegen ihre zugeordnete Lauffläche am Mantel 3 andrückt.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist derart rechten Arbeitskammer ρ 1 größer ist als aer Druck in der linken Arbeitskammer ρ 2, der Gasdruck durch die Bohrung 6 über das ventilartig wirkende Plättchen 7 in den Nutraum gelangen kann, wenn der Druck der rechten Arbeitskammer ρ 1 ausreicht, die Federkraft der Andrückfeder 8 zu überwinden. Der im Nutraum herrschende Gasdruck preßt dann gegebenenralls unter Zwischenschaltung der Dichtmanschette 9 die Dichtleiste 1 gegen ihre Lauffläche am Mantel 3. Die zur Arbeitskammer ρ 2 niederen Druckes führende Bohrung 6' bleibt dabei durch die Andrückfeder 8 und das Plättchen 7 abgeschlossen. Bei Änderung der Druckverhältnisse gelangt in entsprechender Weise der Anpreßdruck für die Dichtleiste 1 aus der Arbeitskammer ρ 2 mit einem Druck, der jetzt als der höhere Druck angenommen sei, über die Bohrung 6' in den Nutraum. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß die ventilartig wirkenden

Einlaßelemente, d. h. die Plättchen 7, in ihrer Funktion durch die Fliehkraft nicht gestört werden.

Die Fig. Ib zeigt eine Abwandlung der ventilartig wirkenden Einlaßelemente gegenüber der F i g. 1 a. Die Bohrungen 6 und 6'münden wieder in der Nutflanke. Hierbei ist die hinter der Dichtleiste 1 liegende Dichtmanschette 9 so ausgebildet, daß ihre Wände elastisch die Öffnungen der Bohrungen 6 und 6' abdecken und somit nicht nur dichtend gegenüber der Dichtleiste 1 wirken, sondern gleichzeitig auch die Funktion des ventilartig wirkenden Einlaßelementes für die Bohrungen 6 und 6' übernehmen. Es ist leicht ersichtlich, daß auf diese Weise der Gasdruck von der Arbeitskammer ρ 1 in den Nutraum gelangen kann.

Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit besteht darin, die ventilartig wirkenden Einlaßelemente nicht in der Dichtleistennut, sondern am anderen Ende der Bohrungen 6 bzw. 6' anzuordnen. So kann beispielsweise das Einlaßelement auf der Kolbenoberfläche vorgesehen und als eine Art Tellerventil ausgebildet sein.

In der Fig. 2 ist wiederum eine Ausbildung für Rotationskolbenmaschinen dargestellt, die in ihren Grundzügen der Fig. la entspricht. Es brauchen daher hier nur die Unterschiede erläuteU zu werden. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 a ist eine Radialdichtleiste 1 im Kolben 2 im Querschnitt dargestellt. Die Fig. 2b zeigt die dazugehörige Draufsicht. Im Gegensatz zu F i g. la münden hier die Bohrungen nicht mit schrägem Zugang in den Nutraum direkt, vielmehr ist hier von dei Nut 5 ausgehend in Veriängerung der Nut eine Bohrung IS vorgesehen, in welche die zu den Arbeitskammern führende Bohrung 6 bzw. 6' einmündet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß jeweils eine oder mehrere der von den Arbeitskammern ρ 1, ρ 2 unterschiedlichen Drukkes ausgehenden Bohrungen 6 bzw. 6' in Längserstreckung der Nut, d. h. in axialer Richtung des Kolbens in Reihe und gegenseitig versetzt angeordnet sind. Jeder einzelnen Bohrung 6 bzw. 6' ist eine Ver-Iängerungsbohrungl5 vom Nutgrund aus zugeordnet. Dabei ist jede Verlängerungsbohrung 15 durch ein zugeordnetes ventilartig wirkendes Einlaßelement T gegenüber der Nut 5 abgeschlossen. Das ventilartig wirkende Einlaßelement kann ähnlich wie die an der Dichtleistenunterseite angeordnete Dichtmanschette 9 in der Art einer Manschette ausgebildet sein. Zwisehen Einlaßelement 7'und der Dichtleistenunterseite bzw. der Dichtmanschette 9 ist eine Feder 10 angeordnet, die sowohl im Ruhezustand die Dichtleiste 1 gegen ihre Lauffläche am Mantel 3 drückt als auch die Federkraft für das Einlaßelement T erzeugt Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß nur noch eine Feder benötigt wird an Stelle von zwei Federn der Ausbildung gemäß Fig. la. Die F i g. 2 b läßt deutlich erkennen, daß die Bohrungen 6 bzw. 6' entlang der Dichtleiste 1 abwechselnd von der einen und der anderen Arbeitskammer unterschiedlichen Druckes in den Nutraum einmünden. In F i g. 2 b ist außerdem durch die Schnittlinie A-A der Querschnitt für die F i g. 2 a angedeutet.

Wie in der Ausbildung gemäß Fig. 1 a, so gelangt auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Gasdruck von den Arbeitskammern über die Bohrungen 6 bzw. 6', die Verlängerungsbohrung 15 und das Einlaßelement 7' in die Nut 5 und kann von dort her als Anpreßdruck für die Dichtleiste 1 gelten. Die An-Ordnung der Dichtleiste ist nicht nur so ausgebildet, daß ein gasdichter Abschluß zwischen Dichtleiste 1 und Nutflanke 4 vorhanden ist, sondern die Dichtleiste 1 ist so exakt geführt, daß ihr Mittelpunkt stets im Simultanpunkt S bleibt und somit die obengenannten Nachteile vermieden sind. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann die Anordnung in einfacher Weise so getroffen werden, daß nicht nur die Dichtleiste, sondern auch die Dichtmanschette und ventilartig wirkenden Einlaßelemente mit ihren Federn von der Seite her in die Nut einschiebbar sind. Die gesamte Dichtleistenanordnung ist daher sehr leicht zu montieren oder auszuwechseln.

Die Ausführungsbeispiele der F i g. 1 und 2 zeigen Rotationskolbenmaschinen, bei denen der Trochoide

¹S ein Kolben entsprechend der zugeordneten inneren Hüllkurve zugeordnet ist. Selbstverständlich ist der Grundgedanke der Erfindung auch auf solche Rotationskolbenmaschinen anwendbar, bei denen der KoI-ben Trochoidenform aufweist und das Gehäuse bzw.

ao der Mantel der zugeordneten äußeren Hüllkurve entspricht. Bei derartigen Maschinen sind die Radialdichtleisten bekanntlich im Mantel angeordnet. Bei ihnen besteht nicht nur die Möglichkeit, wie oben schon erwähnt, die Dichtleisten und die zugehörigen

*5 weiteren Elemente von der Seite her in die Dichtleistennut einzuschieben, vielmehr kann man sogar in der Gehäuseseitenwand an den Stellen, die seitlich der Dichtleistenanordnung liegen, verschließbare Öffnungen anbringen. Auf diese Weise ist es möglich, durch öffnen des Verschlusses direkt Zugang zur Dichtleistenanordnung zu erhalten, ohne daß die Gehäuseseitenwand demontiert werden muß.

Die Fig. 3a und 3b zeiger, die Anwendung der Erfindung bei einer Rotationskolbenmaschine mil äußerer Hüllkurve. Die Trochoide T ist wieder strichpunktiert dargestellt und verläuft durch den Simultanpunkt S und damit auch durch den Mittelpunkt der Dichtleistenkuppe der Dichtleiste 1. Mit 2 ist dei Kolben und mit 3 der Mantel bezeichnet. Von dei Nut 5 aus führt wieder eine Verlängerungsbohrung 15 bzw. 15', in welche die zu den Arbeitskammerr führenden Bohrungen 6 und 6' münden. Die Verlängerungsbohrung 15,15' ist wieder durch ventilartig wirkende Einlaßelemente T abgeschlossen. Die dazu erforderlichen Federn sind der Einfachheit hai ber hier nicht dargestellt. In den beiden durch di< Dichtleiste 1 voneinander getrennten Arbeitskam mernpl, ρ 2 herrschen wieder die verschiedener Gasdrücke. Der Unterschied der Fig. 3 a geeenübei der Fig. 2 besteht nur darin, daß nunmehr di< Dichtleistenanordnug im Mantel 3 anstatt im KoI ben 2 liegt.

In der Fig. 3b ist ein Axialschnitt der Fig. 3 ι dargestellt. Man erkent dabei wieder die Verlange rungsbohrungen 15 und 15', die von der Nut 5 au angebracht sind. Sie sind in Längsrichtung der Nu verteilt und m sie münden abwechselnd von de Arbeitskammer auf der einen Seite und der Arbeits kammer auf der anderen Seite die Druckbohrungen 1 und 6'. Die Dichtleiste 1 selbst ist hier durch einei schrägen Trennschnitt in zwei Teile aufgeteilt. Di Gehäuseseitenwand3' ist in der Höhe der Dicht leistenanordnung mit einer öffnung versehen, di durch einen Verschlußteil 12 wieder verschlossen isi Auf diese Weise lassen sich nach öffnen des Vei Schlußteiles 12 die Teile der Dichtleistenanordnunj d. h. die Dichtleiste selbst, die ventilartig wirkende Einlaßelemente T und die dazugehörigen Federn se

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wie die eventuell vorgesehenen Dichtmanschetten von der Seite her bequem in die Nut einschieben, ohne daß die ganze Maschine zerlegt werden muß.

Die Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Fig. 3a für die Ausbildung des Mantels 3 mit der Dichtleistennut 5 und der Dichtleiste 1. Die Dichtleistenmit 5 und die Verlängerungsbohrung 15 bzw. die Bohitingen 6 und 6' sind hier in einen besonderen Nutkörper 13 eingearbeitet. Die exakte Bearbeitung der Nut erfolgt daher auf einfache Weise im bequem zu bearbeitenden Nutkörper und bereitet keinerlei Schwierigkeiten. Der gesamte, fertig bearbeitete Nut-

körper 13 kann danach in einen entsprechenden Raum des Grundkörpers des Mantels 3 eingesetzt werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Nutkörper kleiner als hier dargestellt auszubilden, so

daß er nur noch die eigentliche Nut umfaßt, die — wie oben erwähnt — besonders exakt bearbeitet werden muß. Die Bohrungen können dann später bei bereits eingesetztem Nutkörper nachträglich noch durchgeführt werden.

ίο Es wird kein Elementenschutz der kennzeichnenden Merkmale a, b und c vom Patentanspruch 1 beansprucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309542/312

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Dichtleistenanordnung für Rotationskolbenmaschinen für hochgespannte Gase mit einem innerhalb eines Mantels umlaufenden Kolben, mit kreisbogenförmige Kuppen aufweisenden Dichtleisten in Nuten, von deren jeweils unter einer Dichtleiste liegenden Nutraum jeweils eine Bohrung zu den von der Dichtleiste getrennten Arbeitskammern führt, gekennzeichnet in Anwendung auf Rotationskolbenmaschinen in Trochoidenbauart mit innerer oder äußerer Hüllkurve durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Der Mittelpunkt der kreisbogenförmigen Kuppenkontur der Dichtleiste (1) fällt mit dem Schnittpunkt (S) zwischen der Trochoide (T) und der Hüllkurve zusammen.

b) Die DicH'eiste (1) ist gasdicht, aber auf einem Federelement (10) abstützend bewegbar in der Nut (5) eingelassen.

c) Die Bohrungen (6, 6') sind durch ventilartig wirkende Einlaßelemente (7, T) abschließbar.

2. Dichtleistenanordnung nadi Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ventilartig wirkenden Einlaßelemente (7, T) als gegen die öffnungen der Bohrungen (6,6') im Nutraum federnd anliegende Plättchen ausgebildet sind.

3. Dichtleiste·..anordnung nach Anspruch 1 mit im Nutraum befindlichen P^:chtmanschetten, dadurch gekennzeichnet, daß die ventilartig wirkenden Einlaßelemente als gegen die Öffnungen der Bohrungen (6,6') in den Nutfianken (4) federnd anliegende Dichtmanschetten (9) ausgebildet sind.

4. Dichtleistenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (6, 6') zu den jeweiligen Arbeitskammern (p 1, ρ 2) maschinenachsparallel versetzt angeordnet sind.

5. Dichtleistenanordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Arbeitskammern (p 1, ρ 2) führenden Bohrungen (6, 6') von radialen Verlängerungsbohrungen (15,15') der Nut (5) ausgehen.

6. Dichtleistenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die im Nutgrund befindliche Öffnung der Verlängerungsbohrung (15,15') durch eine Dichtmanschette (7, T) verschiebbar ist und diese Dichtmanschette (7, T) unter der Wirkung des die Dichtleiste (1) abstützenden Federelementes (10) steht.