DE2627543A1 - Kolbendichtungen fuer drehvorrichtungen - Google Patents

Description

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, Illinois 61629, V.St.A

Kolbendichtungen für Drehvorrichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf Drehvorrichtungen und insbesondere auf Drehvorrichtungen mit Schrägachse, die als Motoren, Kompressoren, Pumpen oder dgl. verwendet werden. Bei Drehvorrichtungen mit geneigter Achse (Schrägachse) bewirken die mit der äußeren kugelförmigen Wand dar Arbeitskammer in Berührung stehenden Umfangsdichtungen eine gute Abdichtung, und zwar unabhängig von den daran auftretenden Durckdifferenzen oder Druckdifferentialen. Das Gleiche gilt im allgemeinen auch für Scheiteldichtungen. Im Falle von Kolbendichtungen (Bolzen) besteht jedoch für bestimmte Stufen des zyklischen Betriebs einer solchen Vorrichtung kein ohne weiteres verfügbarer Pfad für das unter Druck stehende Strömungsmittel, um zur Unterseite der Kolbendichtung geleitet zu werden, um so bei der Vorspannung derselben gegen die äußere kugelförmige Wand unterstützend zu wirken. Infolgedessen besteht bei solchen Vorrichtungen an gewissen Punkten des Betriebs die
Möglichkeit für das Vorhandensein eines unerwünschten Leck-

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pfades an jeder Kolbendichtung.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere die obengenannten, zu vermeiden. Insbesondere bezweckt die Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Kolbendichtungen derselben während sämtlicher Betriebsstufen einer derartigen Vorrichtung unabhängig von den Druckdifferenzen mit Energie versorgt werden, d.h. angedrückt werden. Die Erfindung sieht dabei eine Drehvorrichtung vor, welche ein eine Arbeitskammer definierendes Gehäuse aufweist, in dem die Welle drehbar gelagert ist, auf welcher ein mehrere Scheitel aufweisender Rotor innerhalb der Kammer gelagert ist und an seinen Scheiteln zur Aufnahme der Scheiteldichtung dienende Nuten besitzt, und wobei ferner für die Aufnahme der Kolbendichtung dienende Bohrungen die Nuten schneiden; erfindungsgemäß sind dabei die Scheiteldichtungen in den Nuten und die Kolbendichtungen in den Bohrungen enthalten, während Ausgleichskolben ebenfalls innerhalb der Bohrungen angeordnet sind, und zwar in Anschlag mit den zugehörigen Kolbendichtungen benachbart zum Schnittpunkt der Bohrungen und der Nuten. Die Erfindung sieht ferner Stromungsmittelkanäle vor, welche eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Bohrungen und einem Teil der Rotoroberfläche entfernt von dem entsprechenden Scheitel herstellen. Infolgedessen werden die Kolbendichtungen durch den Gasdruck in Abdichtberührung mit den Wänden der Kammer gedrückt, und zwar entweder durch direkt an die Kolbendichtung angelegten Gasdruck von dem in die Bohrung von der zugehörigen Nut aus eintretenden Gas oder indirekt durch Gas, welches in die Bohrung durch den Stromungsmittelkanal eintritt, um so eine Kraft auf den Ausgleichskolben auszuüben, der seinerseits die Kraft auf die Kolbendichtung überträgt. Gemäß einem außerordentlich bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Federn in jeder der Bohrungen vorgesehen, um den entsprechenden Ausgleichskolben in Berührung mit der zugehörigen Kolbendichtung vorzuspannen.

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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgebildete Drehvorrichtung, insbesondere eine Drehvorrichtung mit geneigter Achse;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 3;

Fig. 3 eine abgewickelte Teilansicht eines Teils der Vorrichtung.

In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel eine Drehvorrichtung in der Form eines Drehmotors mit Schrägachse für den 4-Zyklus-Betrieb dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung auch bei anderen Drehvorrichtungen als Motoren verwendet werden kann, und zwar beispielsweise bei Pumpen, Kompressoren oder dgl. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch bei anderen Drehvorrichtungen als solchen mit Schrägachse verwendet werden kann, und zwar beispielsweise auch bei Vorrichtungen der Trochoid-Bauart. Schließlich sei bemerkt, daß die Erfindung auch bei Vorrichtungen Verwendung finden kann, die nicht nach dem 4-Zyklus-Prinzip arbeiten.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung umfaßt ein Gehäuse 10, welches eine Kammer 12 definiert, von welcher ein Teil - in bekannter Weise - als Arbeitsraum arbeitet. Die Kammer 12 wird durch eine radial innen liegende, kugelförmige oder sphärische Wand 14, eine radial aussen liegende, kugelförmige oder sphärische Wand 16 und entgegengesetzt angeordnete, im ganzen radial verlaufenden Seitenwände 18 gebildet, weichletztere die Wände 14 und 16 verbinden.

Lager 20 dienen zur Lagerung einer Welle 22 derart, daß ein winkelmäßig versetzter Teil 24 der Welle innerhalb der Kammer 12 angeordnet ist. Ein Rotor 26 ist mit seiner Nabe 28 auf dem

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winkelmäßig versetzten Teil 24 durch Drehlager 30 gelagert. Ein Druckkragen (Schubkragen) 32 sowie Schublager 34 sind ebenfalls vorgesehen.

Der Rotor 26 besitzt einen ümfangsflansch 40, dessen jede Seite mit mehreren Scheiteln 42 versehen ist. Bei einer 4-Zyklus-Konstruktion sind drei Scheitel 42 auf jeder Seite des Flanschs in bekannter Weise vorhanden.

Die Rotornabe 28 besitzt ein Innenringzahnrad 44, welches mit einem Zeitsteuerzahnrad 45 in Eingriff steht, welchletzteres vom Gehäuse 10 getragen wird, auf welche Weise dann die richtigen relativen Drehraten von Wellen 22 und Rotor 26 hergestellt werden.

Die Nabe 28 trägt Öldichtungen 46 und Kompressionsdichtungen 48 in Berührung mit der innen liegenden Kugelwand 14. Der Flansch 40 trägt an seinem radial aussen liegenden Umfang Umfangsdichtungen 50 in Dichtungsberührung mit der äußeren kugelförmigen Wand 16. Darüber hinaus werden vom Flansch 40 ebenfalls Kolbendichtungen (manchmal als "Bolzen" bezeichnet) und Scheiteldichtungen getragen.

Wie man am besten in den Fig. 2 und 3 erkennt, ist an jedem Scheitel 42 eine Nut 60 zur Aufnahme einer Scheiteldichtung 62 vorgesehen, welche sich längs der Länge jedes Scheitels erstreckt. Eine Vorspannfeder 64 ist in jeder der Nuten 60 angeordnet, um die Scheiteldichtung 62 nach aussen in Berührung mit der entsprechenden Seitenwand der Seitenwände 18 vorzuspannen.

Am radial aussen gelegenen Umfang des Flanschs 40 befindet sich an jedem Scheitel eine sich radial nach aussen öffnende Bohrung 66. Jede Bohrung 66 schneidet teilsweise entlang ihrer Länge die entsprechende Scheiteldichtungsaufnahmenut 60, wie man am besten in Fig. 2 erkennt.

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Innerhalb jeder Bohrung 66 ist eine übliche Kolbendichtung 68 angeordnet, die gegenüber der äußeren Kugeloberfläche 16 eine Abdichtung vorsieht. Wie man in Fig. 3 erkennt, umgibt die Kolbendichtung 68 teilweise die Scheiteldichtung 62 und auch die Enden der benachbarten Umfangsdichtungen 50.

Innerhalb jeder Bohrung 66 unterhalb des Schnittpunkts mit der entsprechenden Scheiteldichtungsaufnahmenut 60 befinden sich ein Ausgleichskolben 10 und eine Vorspannfeder 72. Jeder Ausgleichskolben 70 weist erfindungsgemäß einen erhabenen, einen geringeren Durchmesser aufweisenden Teil 74 in Eingriff mit einem in ähnlicher Weise einen verminderten Durchmesser aufweisenden Teil 76 auf der Unterseite der Kolbendichtung 68 auf. Infolgedessen wird ein ringförmiger Gasaufnahmeraum 78 definiert.

Ein kleiner Strömungsmittelkanal oder eine Bohrung 80 stellt die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Boden der Bohrung 66 und dem Äußeren des Rotors her, und zwar speziell mit einem Punkt an der Seite des Flanschs 40 entfernt gegenüber der entsprechenden Scheiteldichtung 62. Insbesondere tritt - wie man am besten in Fig. 3 erkennt - der Kanal 80 aus dem Rotor an einem Punkt aus, der gegenüber der Scheiteldichtung 62 entfernt und von dieser durch die Umfangsdichtungen 50 getrennt ist.

Die Gaserregung der Kolbendichtungen 68 wird für alle Teile eines Betriebszyklus, wo Druckdifferentiale vorhanden sind, wie folgt aufrechterhalten. Wenn - vgl. Fig. 3 - der Druck in Kammer C größer ist als der Druck in Kammer B, so wird die Scheiteldichtung 62 - vgl. Fig. 3 - nach oben in ihre Nut verschoben, was gestattet, daß unter Druck stehendes Gas in die Nut 60 eintritt und in den Ringraum 78 fließt und direkt gegen die Unterseite der Kolbendichtungen 68 wirkt, um "diese in Dichtberührung mit der Aussenumfangswand 16 vorzuspannen.

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Wenn der Druck in Kammer B größer ist als in Kammer C, so tritt die gleiche Art einer Wirkung auf, wobei aber die Scheiteldichtung 62 nach unten - vgl. Fig. 3 - verschoben wird.

In einem Fall, wo der Druck in Kammer A größer ist als der Druck in entweder Kammer B oder Kammer C, wird unter Druck stehendes Gas in die Bohrung 66 über Kanal 80 eingelassen, um auf die Unterseite des Ausgleichskolbens 70 einzuwirken. Aufgrund des Anschlags mit der Kolbendichtung 68 drückt das unter Druck stehende Gas die Kolbendichtung 68 in gute Dichtungsberührung mit der äußeren kugelförmigen Wand 16.

Im allgemeinen ist es bevorzugt, Vorspannfedern, wie beispielsweise die Federn 72, zu verwenden, um während des Startens der Vorrichtung eine angemessene Abdichtung sicherzustellen, bevor die Zentrifugalkraft in ausreichender Weise die Kolbendichtungen nach aussen drückt. Es ist ebenfalls zweckmäßig, daß die Ausgleichskolben nur eine kleine Größe an freiem Spiel aufweisen. Im allgemeinen wird die Größe des Spiels gerade ausreichen, um Verformungen des Gebildes während des Betriebs, Herstellungstoleranzen und thermische Ausdehnungen der Teile aufzunehmen, wenn die Vorrichtung für einen Zweck verwandt wird, wo sich ihre Temperatur beträchtlich während des Betriebs ändert. Infolgedessen wird die Flatteramplitude des Ausgleichskolbens klein sein, so daß die Abnutzung unbedeutend ist.

Aus der obigen Beschreibung entnimmt man, daß eine ausreichende Abdichtung durch Gaserregung für sämtliche Betriebszustände erreicht wird. Dies ist insbesondere für Drehvorrichtungen mit Schrägachse von Vorteil, da dort die Kompression, Verbrennung oder dgl. während des Betriebs auf beiden Seiten des Flansches auftritt. In einer derartigen Drehvorrichtung mit Schrägachse schafft die Erfindung einen deutlichen Vorteil gegenüber bekannten Strukturen, da diese bekannten Strukturen oder Vorrichtungen keine Mittel aufweisen, durch welche die Kolbendichtungen durch Gas erregt werden können, wenn der Druck

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auf der Seite des Rotorflanschs entgegengesetzt zur entsprechenden Schexteldichtung größer ist als der Druck auf einer jeden Seite der Scheiteldichtung; dieser Zustand wurde oben als letzter beschrieben.

Mit dem Ausdruck "Drehvorrichtung mit geneigter Achse" oder "Drehvorrichtung mit Schrägachse" ist eine Vorrichtung entsprechend DT-OS 1 576 917 beschrieben.

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Claims (3)

1. Ansprüche

   Drehvorrichtung mit einem eine Kammer definierenden ehäuse, in welchem eine sich durch die Kammer erstreckende

   Welle drehbar gelagert ist, und wobei auf der Welle ein Rotor mit mehreren Scheiteln innerhalb der Kammer gelagert ist, an denen zur Aufnahme von Scheiteldichtungen dienende Nuten sowie diese schneidend zur Aufnahme von Kolbendichtungen dienende Bohrungen vorgesehen sind, und wobei in den Scheiteldichtungsauf nahmenuten Scheiteldichtungen und in den Bohrungen Kolbendichtungen angeordnet sind, gekennzeichnet durch Ausgleichskolben (70) innerhalb der Bohrungen (66) und im Anschlag mit den zugehörigen Kolbendichtungen (68) benachbart zum Schnittpunkt der Bohrungen (66) und der Nuten (60), und wobei ferner Strömungsmittelkanäle (80) eine Strömungsmittelverbindung mit den Bohrungen (66) und Teilen der Oberfläche des Rotors (26) entfernt von dem entsprechenden Scheitel (42) herstellen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (26) einen Umfangsflansch (40) aufweist, daß die Scheitel auf beiden Seiten des Flanschs (40) angeordnet sind, und daß sich die Strömungsmittelkanäle (80) zu einer Seite des Flanschs (40) entgegengesetzt zum zugehörigen Scheitel (42) hin öffnen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorspannfedern (72) in den Bohrungen (66), um den entsprechenden Ausgleichskolben (70) in Berührung mit der zugehörigen Kolbendichtung (68) zu drücken.

   ORIGINAL INSPECTED

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