DE1949695A1

DE1949695A1 - Radialdichtung mit gesteuerter Teilbeaufschlagung fuer eine Kreiskolbenmaschine

Info

Publication number: DE1949695A1
Application number: DE19691949695
Authority: DE
Inventors: Hans Stuermer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-10-02
Filing date: 1969-10-02
Publication date: 1971-04-08
Also published as: US3655304A; GB1327077A; FR2064895A5; CH508804A

Description

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24.9..69 Vo/Mc

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsrnusterhilfsanmeldung- -

ROBSRT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart V/, Breitscheidstrasse 4

Radialdichtung mit gesteuerter Teilbeaufschlagung für eine

Kreiskolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Radialdichtung für einen mehrbogigcn, vorzugsweise dreibogigen Kreis- oder Drehkolben, der exzentrisch kreisend in einem Gehäuseinnenraum mit mehrbogiger innerer Mantelfläche angeordnet ist, und der an jeder Ecke eine Dichtleiste hat.

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Eine derartige Radialdichtung ist i.n-aev deutschen Au 1 151 4lj5 beschrieben. Die bekannte Dichtung besteht aus einer Dichtleiste, mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, die in eine radial im Drehkolben verlaufende Nut eingesetzt ist. Die Dicht leiste liegt mit ihrer äußeren abgerundeten Kuppe an der Innenwand der Arbeitskamrnern einer Rotationskolbenmaschine. Die Breite und die Tiefe der Nut wird dabei von der Dichtleiste nicht voll ausgefüllt, so daß unter der Dichtleiste ein Raum verbleibt/ der mit dem höheren der beiden gegeneinander abzudichtenden Drücke von benachbarten Arbeitskammern beaufschlagt wird.

Diese Dichtung hat den Nachteil, daß die Dichtleiste bei hohen Drücken in einer,. Arbeitskammer und damit auch in dem unter der Dichtleiste gelegenen Raum, mit sehr großer Kraft an die Innenwand der Arbeitskammer gepreßt wird. Ganz besonders gilt dies, wenn der Berührpunkt 'zwischen Dichtleiste und Arbeitskammerinnenwandung auf eine Seite der Dichtleiste gewandert ist, so daß diese von der Arbeitskammer her, d.h. von oben, infolge eines dort, herrschenden geringen Drucks nur mit einer geringen Kraft beaufschlagt wird. Die dabei auftretende Pressung kann so groß werden, daß der an der Innenwand der Arbeitskammer haftende ölschmierfilm durchstoßen wird. Die Folge davon ist metallische Reibung und schließlich sogar Fressen der Dichtleiste.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radialdichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die auch bei sehr hohen abzudichtenden Drücken nur mit geringen Übcrschußkräften gegen die Innenwand der Arbeitskammern gepreßt wird.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die der Mantelfläche des Gehäseinnenraums zugewandte..Außenfläche der Dichtleiste zylindrisch ausgebildet ist und tangential in die Bogenkontur des Kreis- oder Drehkolbens übergeht, daß die Dichtleiste

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auf der dem Kreis- oder Drehkolberi zugeviandten_SejLte-nienigstens zwei prismatische Portsätze mit gewindeprofilähniicliem Querschnitt hat, von denen jeder in eine ihm zugeordnete, parallel zur Drehachse des Kreis- oder Drehkolbens verlaufende Nut eingreift, und daß die Dichtleiste zwischen jeweils zwei Fortsätzen von wenigstens einer radialen Bohrung durchdrungen ist.

Das hat den Vorteil, daß die Gleitfläche der Dichtleiste nur eine geringe Krümmung aufweist, die sich der Krümmung der Mantelfläche des Gehäuseinnenraums weitgehend anschmiegt, und dabei aber nur auf einem mit dem Umlauf des Kreis- oder Drehkolbens veränderlichen Teil ihrer Breite vom Hochdruck beaufschlagt wird, wodurch' die die Dichtleiste an die Innenwand der Ärbeitskammern anpressenden Überschußkräfte gering gehalten werden.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die zylindrische Außenfläche wenigstens in dem Bereich, in dem sie die Mantelfläche des Gehäuseinnenraums berührt, kreiszylindrisch· mit einem Krümmungsradius ausgebildet ist.

Weitere Vorteile des -Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt» Diese zeigt in

Fig. 1 eine Ansicht einer Kolbenecke, eines ersten Ausführungsbeispiels mit teilweise geschnittener Dichtleiste

"Fig. 2 eine Ansicht einer Kolbenecke mit einer anderen Ausführungs form einer Dichtleiste.

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Ein dreibogiger Kreis- oder Drehkolben 1 im. folgenden kurz Kolben genannt, von dem nur eine seiner Ecken dargestellt ist, ist exzentrisch kreisend in einem Gehäuseinnenraum angeordnet, der von einer zweibogigen, von einer Epitrocholde bzw. deren Ä'qui- _ distante erzeugten, zylindrischen inneren Mantelfläche 2 begrenzt ist. An jeder Ecke des Drehkolbens 1 ist eine Dichtleiste j5 angeordnet, die zwei benachbarte Arbeitsräume 4,5 gegeneinander abdichtet. Die der Mantelfläche-2 zugewandte Außenfläche 6 der Dichtleiste 3 ist kreiszylindrisch gekrümmt* Dabei ist der Krümmungsradius r so bestimmt, daß die Außenfläche 6 tangential in die BogenkontuT 7 des Drehkolbens 1 übergeht. Auf der derMitte des Kolbens 1 zugewandten Seite sind an der Dichtleiste -zwei prismatische Portsätze 8 ausgebildet. Ihr Querschnitt ist in der Form ähnlich dem Profil eines Gewindes ausgebildet. Die Planken des Fortsatzes 8 schließen einen Winkel & von 30° ein. Die Übergangsflächen zwischen zwei Fortsätzen· 8 sind gerundet. Zvrischen den beiden Fortsätzen 8 ist die Dichtleiste von mehreren, in der Zeichnung hintereinander liegenden, radialen Bohrungen 9 durchsetzt. Jeder Fortsatz 8 greift in'eine ihm zugeordnete Nut 10 im Kreiskolben1 ein. Solche Nuten 10 sind an jeder Ecke des Kolbens angeordnet und verlaufen parallel zu seiner Drehachse. Der Querschnitt der Nuten 10 ist ebenfalls gewinde-profilähnlich ausgebildet, so daß der Nutquerschnitt dem Profil' des zugeordneten Fortsatzes 8 entspricht. Der Grund der Nuten 10'ist gerundet. ■

In den Stirnseiten des Kolbens 1 sind zur axialen Abdichtung der Arbeitsräume abgefederte Dichtleisten 11 in Nuten angeordnet. Die Dihtleisten 11 stoßen mit ihren Enden stumpf auf die radial abdichtenden Dichtleisten 3.

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Beim Urnlauf des Kolbens legt sich die innerhalb eines geringen Spiels bewegliche Dichtleiste 3 infolge der zwischen ihr und der Mantelfläche 2 der Arbeitskanimern 4,5 wirksamen Reibungskräfte gegen die - in von einem Pfeil l~j> angezeigte Drehrichtung des Kolbens gesehen - rückwärtigen Flanken der Nuten 10. Zwischen den vorderen Flanken der Nuten 10 und der Fortsätze 8 entstehen schmale Spalträume 12,12a. Der am vorderen Ende der Dichtleiste 5 gelegene Spaltraum 12 ist direkt mit dem Arbeitsraum 4 verbunden; der vordere vor dem Berührungspunkt zwischen Dichtleiste 3 und Mantelfläche 2 liegende Teil der Dichtleiste ist also druckentlastet. Der andere, zweite Spalt'raum 12a ist über die Bohrung 9 je nach Lage des beim Umlauf des Kolbens 1 sich änderndenBerührpunktes zwischen Dichtleiste j5 und Mantelfläche 2 entweder mit 'vor der Ecke des Kolbens liegenden, dem vorlaufenden Arbeitsraum 5 verbunden und dementsprechend beaufschlagt oder entlastet. Die von unten beaufschlagte bzw. entlastete Fläche der"Dichtleiste 5 ändert sich also entsprechend der von oben mit Druck beaufschlagten Fläche der Dichtleiste. ICs bleibt aber stets eine Überschußkraft bestehen, die längs der Berührflanke wirkt, an der sich Fortsatz- 8 und Nut 10 berühren. Diese Überschußkraft, deren Größe durch die "Beaufschlagungsbreite" B bestimmt ist, hält die Dichtleiste 3 in dichtender Berührung mit der Mantelfläche 2. Die Beaufschlagungsbreite B ist als der normale Abstand des Berührpunktes zwischen Dichtleiste J und Mantelfläche 2 und der verlängerten Berührflankonlinie definiert.

Auf diese Art können die Anpreßkräfte, die die Dichtleiste 3 gegen die Mantelfläche 2 drücken, möglichst klein gehalten worden.

Da die Drücke in dem vorlaufenden und dem nachlaufenden Arbeitsraum beim Umlauf des Kolbens zwischen Hochdruck und Niederdruck

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wechseln, liegt die Dichtleiste 5 mit ihren Portsätzen nicht immer an der rückwärtigen Planke der Nuten des Kolbens an, sondern zeitweise - nämlich wenn der Druck in der nachlaufenden Kammer 5 größer wird als in der vorlaufenden Kammer ^ - auch an der vorderen Planke der Nuten 10 an. Auch in dieser Lage vier den die sich bildenden Spalträume über die Bohrungen 9 in der vorher beschriebenen Weise beaufschlagt bzw. entlastet, so daß auch in dieser Lage eine möglichst kleine aber immer ausreichende Anpreßkraft vorhanden ist.

Der Flankenwechsel der Dichtleiste erfolgt etwa bei(fast) Druckgleichheit in beiden Arbeitskammern. Die dabei theoretisch eintretende Undichtheit ist wegen der bestehenden geringen Druckunterschiede unschädlich.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer radialen Dichtleiste J5¹ ist prinzipiell gleich dem ersten Ausführungsbeispiel. Diese Dichtleiste gestattet eine noch feinere Abstufung der Entlastungs- bzw, der Beaufschlagungsflächen, da die Dichtleiste vier Portsätze 8' hat. Jeweils zwischen zwei Portsätzen 8' ist eine Bohrung 9' angeordnet.

Jedem Portsatz 8', dessen Profil dem beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen entspricht, ist auch wieder- eine parallel zur Drehachse des Drehkolbens verlaufende Nut 10^! zugeordnet.

Die Funktion ist sinngemäß wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Die oben erwähnte feinere Abstufung der Beaufschlagungsbreite resultiert aus den hier vorhandenen vier Spalträumen 12', 12a', 12b¹,12c¹.

Je nach Größe des Kolbens und des Krümmungsradius kann die Zahl

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der Fortsätze vergrößert und damit die Abstufung verfeinert werden. Es können natürlich, wenn dies die Verwendung der Maschine, z.B. für hohe Drücke bestimmt, auch noch mehr prismatische Fortsätze und Nuten angeordnet werden.

Die beschriebene Radialdichtung hat außer der gesteuerten feinstufigen Teilbeaufschlagung gegenüber den bekannten DMitleisten auch noch denVorteil sehr geringer Eigenmasse (etwa 1/10)., so daß auch die Fliehkraft, welche die Dichtleiste zusätzlich an die Gehäusewand preßt, sehr klein gehalten werden kann. Sie eignet deshalb sich insbesondere für hoehtourige Maschinen. Diese Radialdichtung kann grundsätzlich für alle Arten von Kraft- und Arbeitsmaschinen z.B. Hydraulikmaschinen, Expensionsmaschineri, Kompressoren, Vakuumpumpen und Pumpen verwendet werden.

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Claims

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Ansprüche

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Radialdichtung für einen mehrbogigen, vorzugsweise dreibogigen Kreis- oder Drehkolben, der exzentrisch kreisend in . einem Gehäuseinnenraum mit mehrbogiger innerer Mantelfläche angeordnet i£, und der an jeder Ecke eine Dichtleiste hat, dadurch gekennzeichnet, daß die der Mantelfläche (2) des Gehäuse innenraums zugewandte Außenfläche (6) der Dichtleiste (5,3') zylindrisch ausgebildet ist und tangential in die Bogenkontur (7) des Kreis- oder Drehkolbens (1) übergeht, daß die Dichtleiste (5,3') auf der dem Kreis- oder Drehkolben zugewandten Seite wenigstens zwei prismatische Fortsätze (8,8') mit gewindeprofilähnlichem Querschnitt hat, von denen jeder in eine ihm zugeordnete, parallel zur Drehachse des Pireis-■ '■-■- oder Drehkolbens (1) verlauf ende Nut (10) eingreift, und daß die Dichtleiste (5*5'")' zwischen jeweils zwei Portsätzen (8,8') von wenigstens einer radialen Bohrung (9>9^T) durchdrungen ist.

2. Radialdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Außenfläche (6) wenigstens in dem Bereich, in dem sie die Mantelfläche (2) des Gehäuseinnenraums berührt, kreiszylindrisch mit einem Krümmungsradius (r) ausgebildet ist,

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3. Radialdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel (Q-) der Fortsätze (8,8') und der Nuten (10) 20 ° bis 60° beträgt.

h. Radialdichtung nach einem der Anspuüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund der Nuten (io) und die Übergangsflächen zwischen den Fortsätzen (8,8') gerundet sind.

5. Radialdichtung nach einem der Ansprüche■ 1 "bis4·,dadurch gekennzeichnet, daß an einander abgewandten Planken zwischen jedem Fortsatz (8,8') in der ihn aufnehmenden Nut (10) ein Spaltraum (12,12a,12',12a',12b',12c') gebildet ist.

6. Radialdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (3>) aus metallischem Werkstoff, insbesondere aus härtbarem Stahl, besteht.

7. Radialdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge-, kennzeichnet, daß die Dichtleiste (j5) aus einem ■■ verschleiß und reibungsarmen Kunststoff, insbesondere aus PTFE, besteht.

.8. Radialdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunstoff mit festigkeitserhöhenden Faserstoffen wie Glas-,

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Kohle- oder Asbestfasern gefüllt ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Radialdichtung nach einem der Ansprüche Ibis6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicht- leiste (3) in Form eines Profilbandes durch Ziehen oder · Feinwalzen hergestellt ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Radialdichtung nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (3), vorzugsweise induktiv oder durch Nitrieren, oberflächengehärtet ist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Radialdichtung nach Anspruch bis9.f dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (j5) durch Strang- oder B'ormpressen hergestellt ist. ,

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