DE10310185A1 - Lamellendichtung für einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

In DE 10110261 A1 wird eine Lamellendichtung für einen Rotationskolben-Verbrennungmotor verwendet, die die Abdichtung der Arbeitsräume und die Steuerung des Gaswechsels übernimmt. DOLLAR A Die geometrischen Abmessungen dieser Gesamtdichtung beschreiben einen zentrischen Abschnitt eines Kreisringes, wobei die Dichtung selbst aus mehreren Einzellamellen besteht, die strahlen- oder fächerförmig vom Rotationsmittelpunkt aus innerhalb dieses Kreisringsegmentes angeordnet sind. DOLLAR A Die Lamellendichtung besteht dabei aus mindestens einer Stützlamelle, die im Außengehäuse in einer Nut geführt wird und einen keilförmigen Querschnitt besitzt. Weiterhin ist mindestens eine Dichtlamelle vorhanden, die eine gleichbleibende Wandstärke aufweist. Diese Lamelle kann einteilig oder geteilt ausgeführt sein, wobei in letzterem Fall in der Teilungsebene Nuten eingebracht sind, in denen federnde Elemente eingelegt werden. Hierdruch wird der Anpressdruck auf die abzudichtenden Flächen erhöht. Zwischen Stütz- und Dichtlamelle oder zwischen zwei Dichtlamellen wird eine Ausgleichslamelle angeordnet, die den Raum zwischen diesen aufeinander folgenden Lamellen dichtend ausfüllt und dabei beide Lamellen zusätzlich abstützt. DOLLAR A Ein Teil der Einzellamellen ist mit Aussparungen versehen, die in der Summe die Überströmkanäle bilden. Diese Aussparungen sind links und rechts von der Trennwand, abhängig vom Arbeitsraum in und entgegen der Drehrichtung des Rotationskolbens, in die entsprechenden Einzellamellen ...

Description

• In der Anmeldung DE 101 10 261 A1 wird ein Rotationskolben-Verbrennungsmotor beschrieben, bei dem eine Lamellendichtung die Abdichtung der Arbeitsräume und die Steuerung des Gaswechsels übernimmt.
• Die der hier eingereichten Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, diese Lamellendichtung so auszubilden, dass die Dichtheit der Arbeitsräume gewährleistet ist, Ansaug-, Kompressionstakt, Verbrennung, Expansions- und Ausschiebetakt optimal ablaufen können und die Fertigbarkeit der Dichtung gegeben ist.
• Für den Rotationskolben-Motor ist die vorgesehene Lamellendichtung (Gesamtdichtung) deshalb so ausgelegt, dass deren axiale und radiale Ausdehnung einen zentrischen Abschnitt eines Kreisringes beschreibt, wobei die Einzellamellen der Dichtung strahlenförmig vom Rotationsmittelpunkt aus innerhalb dieses Abschnittes angeordnet sind. Die Dichtung selbst ist axial beweglich und dichtend in die Trennwand (1; 8; 9; 10) eingebracht. Ihre radiale Höhe entspricht der Höhe der profilierten Bereiche der Seitenflächen der Rotorscheiben und wird unten von der Rotornabe und am oberen Ende vom Innendurchmesser des Außengehäuses begrenzt. Die axiale Länge ist so dimensioniert, dass die linken und rechten mit Radien versehenen Enden der einzelnen Lamellen an den beiden zugewandten Seitenflächen der Rotorscheiben dichtend anliegen und die Dichtung somit veränderliche Arbeitsräume mit der Trennwand, den profilierten Rotorwänden, der Rotornabe und der Innenwand des stationären Außengehäuses bildet.
• Die Lamellendichtung besteht dabei aus mindestens 1 Stützlamelle (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 1 u. 9; 4), die sowohl radial im Außengehäuse in einer dort eingebrachten Nut geführt wird als auch axial im Trennwandausschnitt verschiebbar und dichtend gelagert ist.
• Das Querschnittsprofil der Stützlamelle wird von jeweils einer vorderen und rückseitigen ebenen Fläche gebildet, deren gedachte Verlängerungen sich im Rotationsmittelpunkt treffen und in radialer Richtung von zwei Radien, deren Größe den jeweiligen Geometrien angepasst ist, auf denen die Lamelle gleitet. Zur Führung der Lamelle sind unterschiedliche Nutgeometrien und damit auch Ausführungen der oberen Lamellenstirnfläche denkbar. Wesentlich ist hierbei eine optimale Dichtheit bei minimalen Reibungsverlusten.
• Die eigentliche Dichtfunktion übernehmen die Dichtlamellen (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 3, 5, 7; 3, 5, 7), die die Arbeitsräume radial zum Außengehäuse und zur Rotornabe hin gleitend abdichten. Axial erfolgt die Abdichtung zu den umlaufenden Seitenflächen der Rotorscheiben mittels der mit Profilierungen versehenen axialen Stirnflächen an den einzelnen Lamellen.
• Jede Dichtlamelle besitzt über ihre radiale Ausdehnung eine gleichbleibende Wandstärke. Damit ergibt sich bei etwaigem radialen Verschleiß an den stirnseitigen, äußeren Gleitflächen keine Spielveränderung innerhalb der Dichtung selbst zwischen den einzelnen Lamellen.
• Die Dichtlamelle kann einteilig oder geteilt ausgeführt werden. In der geteilten Ausführung (3, 5, 7), zur Abdichtung bei höheren Anforderungen, ist die Lamelle unter einem vorgegebenen Winkel getrennt, wobei die Trennflächen jeweils mit Nutgeometrien versehen sind, in denen elastische/ federnde Elemente eingelegt werden (7/7.2, 7.3, 7.4, 7.5). Diese erhöhen die zur Abdichtung erforderliche Anpresskraft und ermöglichen einen aus den Fertigungstoleranzen resultierenden Spielausgleich. Ebenso bleibt die Dichtfunktion hierdurch auch bei Verschleiß an den äußeren Gleitflächen gewährleistet.
• Die Anordnung der Teilungsebenen in den Dichtlamellen kann senkrecht, schräg und waagerecht verlaufen, je nach erforderlicher Funktion des Dichtelementes (3, 5, 7). Weiterhin sind die Trennebenen so gewählt, dass in keiner Position der Lamelle eine direkte Verbindung der Teilungsnut mit den Überströmkanälen oder einem der beiden links und rechts von der Trennwand befindlichen Ausströmkanäle besteht. Bei mehreren Dichtlamellen mit Schrägteilung in einem Dichtungsverbund werden diese abwechselnd mit links- bzw. rechtssteigender Teilungsrichtung versehen (3; 5), um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen.
• Zwischen der Stützlamelle und der Dichtlamelle ist eine Ausgleichslamelle vorgesehen (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 2, 4, 6 u. 8; 6), die den Raum zwischen beiden Lamellen ausfüllt und diese auch zusätzlich dichtend abstützt.
• Auch zwischen zwei nacheinander angeordneten Dichtlamellen wird eine Ausgleichslamelle eingesetzt, die die gleiche Funktion, wie oben beschrieben, übernimmt.
• Das Querschnittsprofil dieses Elementes ist ebenfalls keilförmig ausgeführt und auf den jeweiligen Einsatzort innerhalb der Lamellendichtung abgestimmt. So sind die Querschnittsgeometrien jeweils unterschiedlich bei einer Ausgleichslamelle zwischen Stütz- und Dichtlamelle und einer zwischen zwei Dichtlamellen.
• Die seitlich begrenzenden Flächen sind eben, die obere und untere Randfläche sind dem Radius der Innenwand des Aussengehäuses bzw. dem Radius der Rotornabe angepasst.
• Die axialen Begrenzungsflächen sind ebenfalls mit Radien versehen (11), wobei die Scheitelpunkte der Radien auf einem radialen Strahl zum Rotationsmittelpunkt verlaufen.
• Zur Schmierung der sich in axialer Richtung relativ zueinander bewegenden Lamellen ist in der linken und rechten Seitenfläche der Ausgleichslamelle mindestens jeweils eine radial verlaufende Schmiernut vorgesehen (6/6.2). Die Lage der Nut ist so gewählt, dass in keinem Betriebspunkt eine Verbindung mit den Ausströmkanälen aus dem Brennraum vorliegt.
• Bei höheren Belastungen kann die Ausgleichslamelle ebenfalls radial geteilt ausgeführt sein, wobei in der Teilungsebene entsprechende Nuten vorgesehen sind, in denen federnde Elemente eine zusätzliche axiale Dichtkraft erzeugen. Auch hierbei ist der Ort dieser Teilungsebene so festgelegt, dass in keiner möglichen Lage eine Verbindung zwischen der Trennnut in der Lamelle und einem der Ausströmkanäle oder den Überström-Aussparungen gegeben ist.
• In einzelnen Dichtungselementen (Einzellamellen) sind Aussparungen eingebracht, die in der Summe die Überströmkanäle bilden (1; 3/3.1.1, 3.1.2; 4/4.1.1; 5/5.1.1, 5.1.2; 6/6.1.1).
• Abhängig von der Drehrichtung des Rotationskolbens und dem jeweiligen Arbeitsraum sind diese Aussparungen im Verdichtungsraum entgegen der Rotorlaufrichtung so ausgeführt, dass die verdichtete Luft über den Überströmkanal in der Dichtung und den Einströmkanal im Außengehäuse in den Brennraum strömen kann, während auf der anderen Seite der Trennwand das Ausströmen der Verbrennungsgase in die nachfolgende Expansionskammer in Rotorlaufrichtung geschieht.
• Die Funktion der Lamellendichtung ist in DE 101 10 261 bereits beschrieben. Demnach ist die Lage der Aussparungen in den einzelnen Lamellenelemente, die in Summe die radialen Überströmkanäle in der Lamellendichtung bilden, so ausgeführt, dass sich diese beim axialen Verschieben der Einzellamellen – abhängig von der Winkelstellung des Rotors – relativ zu den Ein-/Ausströmkanalöffnungen im Außengehäuse verändert. Erst in den axialen Endstellungen der Dichtung weist einer der beiden Überströmkanäle auf einer Seite der Trennwand mit einem Ein- oder Ausströmkanal eine direkte Überdeckung auf, während der Kanal auf der anderen Seite soweit verschoben ist, dass keine Verbindung mehr zum Brennraum besteht (1; 8; 9; 10).
• Neben der Steuerung des Gaswechsels dichtet die Lamellendichtung im Verdichtungs- und Verbrennungstakt zusätzlich, je nach Rotorlage, die Ein- oder Ausströmkanäle aus dem Brennraum ab. Hierzu ist die Geometrie der dem Außengehäuse zugewandten Lamellendichtkanten entsprechend dem Radius im Außengehäuse angepasst (2).
• Weiterhin übernimmt die Lamellendichtung auch das Abdichten der Arbeitsräume zum rotierenden Kolben und zur Trennwand. Innerhalb der Dichtung selbst führen die aufeinander gleitenden ebenen und geschmierten Einzellamellen ebenfalls eine Dichtfunktion aus.
• Die Schmierung zur Reduzierung von Reibungsverlusten der Einzellamellen, bei deren Relativbewegung im Betrieb, erfolgt über eine in der Trennwand angebrachten Ölversorgungsnut, über die das Öl bei Überdeckung mit den in den Lamellen befindlichen Schmiernuten (6/6.2), bzw. mit den Trennnuten bei den geteilten Lamellen, in diese einströmen kann und eine permanente Ölversorgung gewährleistet.
• Durch die Relativbewegung der einzelnen Lamellen wird ein Teil des Öls auch an die axialen und radialen Laufflächen gefördert, so dass auch hier eine ausreichende Schmierung vorliegt.
• Wegen des Vorteils des geringen spezifischen Gewichts und der damit verbundenen reduzierten bewegten Massenkräfte, aber auch aus Kosten- und Herstellbarkeitsgründen, bieten sich als Materialien für die Einzellamellen hauptsächlich keramische Werkstoffe an, deren Vorteile hier in besonderer Weise ge-nutzt werden können. Zudem wirken auch deren hoher Verschleißwiderstand und hohe Wärmebeständigkeit an dieser Stelle außerordentlich positiv.

Claims (7)

1. Die Erfindung betrifft eine Lamellendichtung für einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass deren radiale und axiale Ausdehnung einen zentrischen Abschnitt eines Kreisringes beschreibt, wobei deren Einzellamellen strahlenförmig vom Rotationsmittelpunkt aus innerhalb dieses Abschnittes angeordnet sind. Die radiale Höhe der Dichtung, die axial beweglich in der Trennwand (1; 2; 8; 9; 10) eingebracht ist, entspricht der Höhe der profilierten Bereiche der Seitenflächen der Rotorscheiben und wird unten von der Rotationskolbennabe und am oberen Ende vom Innendurchmesser des Außengehäuses begrenzt. Die axiale Ausdehnung ist so festgelegt, dass die linken und rechten Enden der einzelnen Lamellen an den beiden zugewandten Seitenflächen der Rotorscheiben dichtend anliegen und somit Arbeitsräume mit der Lamellendichtung, der Trennwand, den profilierten Rotorwänden, der Rotornabe und der Innenwand des stationären Außengehäuses entstehen.
2. Lamellendichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine Stützlamelle enthält (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 1 u. 9; 4), die radial in einer im Außengehäuse eingebrachten Nut geführt wird und axial in der Trennwand verschiebbar gelagert ist und Teil des Dichtsystems im Trennwandausschnitt ist. Die Ausführung der Nut ist in beliebigen Geometrien möglich, wobei im wesentlichen die Führungs- und Dichtfunktion der Lamelle gewährleistet sein muss. Das Querschnittsprofil der Stützlamelle wird auf der Vorder- und Rückseite von zwei ebenen Flächen gebildet, deren gedachte Verlängerungen sich im Rotationsmittelpunkt treffen. Die axialen Stirnflächen sind mit Radien versehen, die auf den profilierten Rotorflächen gleiten; in radialer Richtung sind die Radien/ Profile den jeweiligen Geometrien im Außengehäuse und an der Rotornabe angepasst.
3. Lamellendichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, das mindestens eine Dichtlamelle vorhanden ist (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 3, 5, 7; 3, 5, 7), die die Arbeitsräume radial zum Aussengehäuse und zur Rotornabe und axial zu den profilierten Rotorflächen hin gleitend abdichtet. Die Dichtlamelle besitzt über ihre radiale Ausdehnung eine gleichbleibende Wandstärke. Dabei kann diese Lamelle einteilig oder geteilt ausgeführt sein (3; 5; 7). Bei der geteilten Variante sind die Trennflächen mit einer Art von Nuten versehen, in denen elastische/federnde Elemente eingelegt sind, die zur Erhöhung der Anpresskraft dienen (7). Die Anordnung der Teilungsebene entspricht den Erfordernissen der Dichtfunktion, ist jedoch so gewählt, dass in keiner Position der Lamelle eine direkte Verbindung der Teilungsnut mit einem der Überström- und Ausströmkanalöffnungen besteht.
4. Lamellendichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stützlamelle und Dichtlamelle, oder zwischen zwei nacheinander angeordneten Dichtlamellen eine Ausgleichslamelle vorgesehen ist (1; 2; 8; 9; 10 jeweils 2, 4, 6 u. 8; 6), die den Raum zwischen zwei aufeinander folgenden Lamellen ausfüllt und diese dichtend abstützt. Die Querschnittsgeometrie ist auf den jeweiligen Einsatzort abgestimmt, die stirnseitigen Flächen sind mit entsprechenden Profilierungen versehen. In den ebenen Seitenflächen der Ausgleichslamelle ist mindestens jeweils eine radial verlaufende Nut vorgesehen (6/6.2), über die das Schmieröl zwischen die sich relativ zueinander bewegenden Lamellen gelangt und zur Reibungsminimierung beiträgt. Bei höheren Dichtansprüchen an die Ausgleichslamelle kann diese auch radial geteilt ausgeführt werden, wobei dann die Teilungsflächen mit Nuten versehen sind, in die federnde Elemente zur Erhöhung der axialen Dichtkraft eingesetzt werden können. Auch hier sind die Teilungsebenen so gewählt, dass sich in keiner möglichen Lage der Lamelle eine Überschneidung der Nut mit einem der Überström- oder Ausströmkanalöffnungen ergibt.
5. Lamellendichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Dichtelemente mit Aussparungen versehen sind, die in der Summe die Überströmkanäle bilden (1; 2; 3; 4; 5; 6). Abhängig von Drehrichtung und Arbeitsraum sind diese Aussparungen links und rechts von der Trennwand in und entgegen der Rotorlaufrichtung in einen Teil der Lamellen eingebracht.
6. Lamellendichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen in den Einzellamellen so angeordnet sind, dass die Vorrichtung auch als Verdichter genutzt werden kann. Hierbei sind die Eintrittsöffnungen in die Überströmkanäle links und rechts von der Trennwand jeweils entgegen der Rotorlaufrichtung vorzusehen.
7. Lamellendichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellamellen aus hochwärmebeständigen, verschleißfesten Materialien mit einem geringen spez. Gewicht, vornehmlich keramischen Werkstoffen, hergestellt sind.