DE2603397A1

DE2603397A1 - Schmiervorrichtung fuer dichtungen einer drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2603397A1
Application number: DE19762603397
Authority: DE
Inventors: Thomas Martin Dennison
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1976-01-29
Publication date: 1976-09-02
Also published as: JPS51104111A; US3976404A; GB1464486A

Description

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, Illinois 61629, U.S.A.

Schmiervorrichtung für Dichtungen einer Drehkolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenmaschinen und insbesondere auf Dichtungsvorrichtungen für die Druckdichtungen bei Drehkolbenmaschinen.

Der Aufbau und die Arbeitsweise verschiedener Drehkolbenmaschinen, wie beispielsweise der sogenannten Wankel-Maschinen oder Drehkolbenmaschinen mit geneigter Achse, sind seit langem bekannt, wobei aber diese Maschinen sich in der Praxis noch nicht in einem beträchtlichen Ausmaß durchgesetzt haben. Ein Haupthindernis ist dabei die Schwierigkeit, eine gute Abdichtung zwischen den vom Rotor getragenen Dichtungen und dem Motorgehäuse zu erzielen. Es hat sich als schwierig erwiesen, eine beständige und zuverlässige Schmierung solcher Druckdichtungen vorzusehen, was zur Folge hat, daß diese vorzeitig verbraucht werden, so daß hohe Wartungskosten entstehen

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und eine geringe Zuverlässigkeit die Folge ist.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Schmiervorrichtung für die Druckdichtungen von Drehkolbenmaschinen
vorzusehen, welche die erwähnten Nachteile nicht besitzt,
sondern die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Drehkolbenmaschine insgesamt erhöht.

Das erfindungsgemäße Schmiersystem kann beispielsweise bei einer Drehkolbenmaschine verwendet werden, die ein Gehäuse aufweist, durch welches sich eine Hauptwelle hindurcherstreckt, auf der ein Rotor drehbar gelagert ist und eine
Bohrung zur Aufnahme der Welle besitzt. Dabei sind übliche Schmiervorrichtungen für die Grenzfläche von Bohrung und
Welle vorgesehen. Der Rotor trägt dabei mindestens eine
Druckdichtung, die abdichtend mit dem Gehäuse in Berührung steht, wobei erfindungsgemäß im Rotor ein Schmierkanal ausgebildet ist, der sich von der Bohrung zu einer Oberfläche am Rotor benachbart zur Druckdichtung erstreckt. Bei Relativdrehung zwischen dem Rotor und der Welle während des Betriebs der Maschine wird eine Pumpwirkung an der Grenzschicht erzeugt, um kleine Mengen von Schmiermittel durch den Schmierkanal zur Rotoroberfläche zum Zwecke der Schmierung der Dichtung zu treiben.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Strömungsmittelflußregulier-Vorrichtung in dem Kanal (der
Schmiermittelleitung) angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Strömungsmittelflußregulierung durch ein Steuer- oder Rückschlagventil erreicht, welches gestattet, daß das Strömungsmittel von der Grenzschicht zur Rotoroberfläche fließen kann, aber nicht in umgekehrter Richtung.
Das Rückschlagventil ist normalerweise geschlossen und so
aufgebaut und angeordnet, daß es sich bei einem vorbestimmten Druck oberhalb des Betriebsdrucks der Schmiervorrichtung, normalerweise der üblichen bei einer derartigen
Maschine vorgesehenen Ölpumpe, öffnet. Vorspannmittel, wie

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beispielsweise eine Feder, können verwendet werden/ um den Druck zu bestimmen, bei dem sich das Rückschlag- oder Steuerventil öffnen wird.

Das erfindungsgemäße Schmiersystem kann bei allen Arten von Drehkolbenmaschinen, wie beispielsweise einer sogenannten Wankel-Maschine oder einer Drehkolbenmaschine mit geneigter Achse, verwendet werden. Die Rotoroberfläche, zu welcher hin sich der Schmiermittelkanal öffnet, kann entweder eine Seitenoberfläche oder eine radial aussen gelegene Oberfläche relativ zur Rotorbohrung sein.

Weiter bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen,sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Drehkolbenmaschine, wobei zur Erleichterung des Verständnisses einige Teile weggebrochen sind;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine .

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schmiersystems für eine Drehkolbenmaschine ist in Fig. 1 in Verbindung mit der Schmierung einer Scheiteldichtung für einen sogenannten Wankelmotor dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung in Wankelmotoren beschränkt.

Die Maschine weist ein Gehäuse 10 auf, in dem durch eine radial aussen gelegene Wand 14 eine Innenkammer 12 gebildet· ist; die Form der Aussenwand 14 ist durch die spezielle Bauart der Maschine definiert. Ferner ist ein Paar von Seitenwänden 16 (nur eine dieser Seitenwände ist gezeigt) vorgesehen, deren Form wiederum von der Maschinenbauart abhängt, in der die Erfindung benutzt wird.

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Innerhalb der Kammer 12 ist ein Rotor 18 mit einer Vielzahl von Scheiteln 20 (von denen.nur einer dargestellt ist) angeordnet. Der Rotor 18 ist mit einer Bohrung 22 ausgestattet um den Exzenter 24 einer Hauptwelle 26 drehbar aufzunehmen, die durch das Gehäuse 10 verläuft. Geeignete (nicht gezeigte) Lager können an der Grenzfläche zwischen der Bohrung 12 und dem Exzenterteil 2 4 der Hauptwelle 26 angeordnet sein.

Es werden übliche Mittel verwendet, um das Schmiermittel zur Grenzschicht zu leiten, wobei diese Mittel schematisch als Kanäle 28 dargestellt sind. Normalerweise wird eine ölpumpe oder dgl. verwendet, um das Öl unter Druck durch die Kanäle 28 zur Grenzschicht mit einem relativ niedrigen Druck von normalerweise 20 bis 80 psig zu leiten.

Bei einem Motor der gezeigten Bauart dreht sich die Welle in der Richtung eines Pfeiles "Wellendrehung" mit einer ersten Geschwindigkeit, während der Rotor in der gleichen Richtung mit einer geringeren Geschwindigkeit sich dreht, wie dies durch den Pfeil "Rotordrehung" angedeutet ist. Infolgedessen ergibt sich eine Relativdrehung zwischen der Welle 26 und dem Rotor 18 in entgegengesetzter Richtung, was durch den Pfeil "Relativdrehung" angedeutet ist.

Man erkennt, daß die üblichen hohen Verbrennungsdrücke auf der linken Seite des Rotors 18 wirken. Ferner erkennt man, daß infolge der Konstruktionsparameter der Innendurchmesser der Bohrung 22 (oder der daran befestigten Lager) etwas größer sein wird als der Aussendurchmesser des Exzenters 24 der Hauptwelle 26 (oder der daran befestigten Lager). Diese Konstruktxonsfaktoren ergeben ein gewisses Spiel zwischen dem Rotor 18 und der Welle 26; infolge der Richtung, mit welcher die Hochdrucksgase auf den Rotor 18 einwirken, nimmt dieser eine Stellung bezüglich Welle 26 und Exzenter 24 ein, wie dies etwas übertrieben in Fig. 1 dargestellt istinfolgedessen ergibt sich, wie auch durch den Hinweis in Fig. 1 angedeutet, eine Zone minimaler ölfilmstärke benachbart

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zu den oberen und linken Teilen der Wellen-Bohrungs-Grenzschicht, während sich entgegengesetzt dazu an der Grenzschicht eine Zone maximaler ölfilmstärke ausbildet. Das Kanäle 28 verwendende Schmiersystem des Motors wird im wesentlichen stets den Abstand oder Zwischenraum zwischem dem Exzenter 24 und der Bohrung 22 mit öl füllen, und infolge der Tatsache, daß der Ölfilm die Last am Rotor auf die Hauptwelle 26 überträgt, wird ein hoher Filmdruck an dem Teil des Ölfilms vorhanden sein, der solche Lasten überträgt. Infolgedessen herrscht in der Zone minimaler Ölfilmdicke ein hoher Film- oder Schichtdruck, der im Bereich von einigen wenigen 1 000 Kilopascal bis zu 300 000 Kilopascal oder mehr liegt.

Obwohl der entstehende Druck recht hoch liegt, sind wegen der minimalen Stärke des Ölfilms nur kleine ölmengen vorhanden. Die verfügbare Ölmenge entspricht der ölmenge, die zweckmäßig ist, um an die Druckdichtungen zur Schmierung derselben geliefert zu werden.

In Fig. 1 ist eine Druck- oder Kompressionsdichtung in der Form einer Scheiteldichtung 30 am Scheitel 20 des Rotors 18 vorgesehen. Eine Vorspannfeder 32 kann dabei verwendet werden, um die Dichtung 30 in Dichteingriff mit der Wand des Gehäuses 10 zu drücken. Natürlich werden Dichtungen 30 und Federn 32 an jedem der anderen (nicht gezeigten) Scheitel 20 am Rotor 18 vorgesehen, und zwar zusammen mit einem Ölzuführungssystem, welches im folgenden beschrieben wird.

Der Rotor 18 ist mit einem Schmiermittelkanal 34 ausgestattet, der sich von der Bohrung 22 im Rotor aus zu der radial aussen gelegenen Oberfläche 36 des Rotors 18 hin benachbart zu jeder der Dichtungen 20 erstreckt. Infolge des oben beschriebenen Aufbaus bewirkt die Pumpwirkung am Schmiermittel an der Grenzschicht von Bohrung 22 und Welle 26, hervorgerufen durch die Relativdrehung zwischen den beiden zusammen mit dem hohen Druck des Öls in der Zone minimaler ölfilmstärke ,

daß kleine Öimengen an einem Punkt benachbart zur Dichtung zu deren Schmierung geliefert werden.

Vorzugsweise werden Strömungsreguliermittel zusammen mit der Leitung 34 verwendet, wobei diese Mittel - wie in Fig. 1 gezeigt - durch ein normalerweise geschlossenes Steuerventil (Rückschlagventil) 38 gebildet werden, welches durch eine Feder 40 - vergleiche Fig. 1 - unterstützt ist. Das Steuerventil 38 und die Feder 40 könen derart eingestellt sein, daß sie bei relativ hohen Drücken öffnen, um so die an die Oberfläche 36. übertragene ölmenge zu regulieren. Darüber hinaus verhindert das Steuerventil 38 den Strömungsmittelfluß von der Oberfläche 36 zur Grenzschicht von Welle 26 und Bohrung 20, wodurch die Rückströmung von Verbrennungsgasen in das System verhindert wird. Durch Voreinstellung des Druckes, bei dem das Steuerventil 38 sich öffnet, vorzugsweise auf ein Niveau höher als der Druck, mit dem das Öl über die Kanäle 28 geliefert wird, kann das Steuerventil 38 auch verhindern, daß Öl in die Kammer infolge der ölpumpendrücke oder der Z entrifugalkraft leckt.

Durch geeignete Einstellung des Öffnungsdrucks des Steuerventils 38 durch Regulierung des Grades der durch Feder 40 erzeugten Vorspannung kann die pro Umdrehung des Motors gelieferte Ölmenge über weite Grenzen hinweg verändert werden, um den verschiedensten Anwendungsfällen zu entsprechen. In ähnlicher Weise kann die Ölströmungssteuerung durch entsprechende Einstellung der Lagerzwischenräume und auch durch Änderung der Lage der Leitung (des Kanals)34 hinsichtlich seines Austrittspunkts in die Bohrung 22 erreicht werden.

Man erkennt, daß das System hinsichtlich der Motordrehzahl selbstkompensierend ist. Das verwendete Pumpenwirkungsprinzip stellt sicher, daß die ölzufuhr mit der Rotordrehzahl ansteigt.

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Wenn gewünscht/ können andere Arten von Druckdichtungen, wie beispielsweise eine vom Rotor 18 getragene Seitendichtung 42, die eine der Seitenwände 16 (nicht gezeigt) berührt, geschmiert werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. In diesem Fall führt der Schmiermittelkanal 34 zu einer Austrittsöffnung 44 an einer Seitenoberfläche des Rotors 18 an einer Stelle zwischen der erwähnten Seitendichtung 42 und der üblichen öldichtung 46. Die Zentrifugalkraft bewirkt, daß aus der öffnung 44 austretendes öl zur Se-itendichtung 42 wandert und diese schmiert. Wenn gewünscht, könnte die öffnung 44 radial nach aussen gegenüber der Seitendichtung 42 angeordnet sein, wobei die Drehung des Rotors 18 die ölbewegung zur Dichtung 42 hin zu Schmierzwecken bewirkt.

Ferner könnten, wenn gewünscht, sowohl die Scheibendichtungen 30 als die Seitendichtungen 42 entweder durch die Verwendung eines gemeinsamen Schmiermittelkanals 34 oder durch einzelne mit Abstand angeordnete Kanäle geschmiert werden, welchletztere axial und/oder radial längs des Rotors entsprechend" dem Ausmaß der gewünschten Schmierung getrennt sind.

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Claims

ANSPR-I)OHE

©Drehkolbenmaschine mit einem Gehäuse ,durch welches sich eine Hauptwelle hindurcherstreckt, auf der ein Rotor drehbar angeordnet ist, der eine Bohrung zur Aufnahme der Welle besitzt, und wobei Schmiermittel für die Grenzfläche von Bohrung und Welle,sowie mindestens eine Druckdichtung vorgesehen ist, die vom Rotor in dichtender Berührung mit dem Gehäuse getragen ist, gekennzeichnet durch einen Schmierkanal (34), der sich im Rotor (18) von der Bohrung (22) aus zu einer Oberfläche des Rotors (18) benachbart zur Druckdichtung (42) erstreckt, und wobei durch die Relativdrehung zwischen dem Rotor (18) und der Welle (26) während des Motorbetriebs eine Pumpwirkung an der Grenzfläche erzeugt wird, um kleine Schmiermittelmengen durch die Schmiermittelleitung (34) zu der Rotoroberfläche zum Zwecke der Schmierung der Dichtung zu treiben.
2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmiermittelströmungsregulier-Vorrichtung (38, 40) in der Leitung (34) vorgesehen ist.
3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsreguliervorrichtung ein Steuerventil (38) umfaßt, welches gestattet, daß Strömungsmittel von der erwähnten Grenzschicht zur Rotoroberfläche, aber nicht in umgekehrter Richtung strömt.
4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (38) normalerweise geschlossen und derart aufgebaut und angeordnet ist, daß es sich bei einem vorbestimmten Druck oberhalb des Betriebsdrucks der Schmiermittel (28) öffnet.

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5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoroberfläche eine Seitenoberfläche ist.
6. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoroberfläche eine radial bezüglich der Bohrung nach aussen gelegene Oberfläche (36) ist.
7. Drehkolbenmaschine, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, mit einem Gehäuse, durch welches sich eine Hauptwelle erstreckt, auf der ein Rotor drehbar und innerhalb des Gehäuses gelagert ist und eine Bohrung zur Aufnahme einer Welle besitzt, wobei Mittel für die Schmierung der Grenzschicht von Bohrung und Welle sowie mindenstens eine Druckdichtung vorgesehen ist, weichletztere vom Rotor in Dichteingriff mit dem Gehäuse getragen ist, gekennzeichnet durch einen Schmiermittelkanal (34), der sich im Rotor (18) von der Bohrung (22) aus zu einer Oberfläche des Rotors (18) benachbart zur Druckdichtung (42 und/oder 30) hin erstreckt, wobei in der Leitung (34) ein normalerweise geschlossenes Steuerventil (38) angeordnet ist, um den Strömungsmittelfluß von der Grenzschicht zur Rotoroberfläche (36) zu gestatten, während der Strömungsmittelfluß in entgegengesetzter Richtung verhindert ist, und wobei Mittel vorgesehen sind, um den Strömungsmittelfluß von der Grenzschicht zur Rotoroberfläche (36) nur dann zu gestatten, wenn ein vorbestimmter Druck an der Grenzschicht vorhanden oder überschritten ist.
8. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, welche die Strömung des Schmiermittels gestatten, Vorspannvorrichtungen (40) für das Steuerventil umfassen.

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9. Rotor für eine Drehkolbenmaschine, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen jeder Scheiteldichtung (30) zugeordneten Schmiermittelkanal (34) , vergleiche Fig. 1, wobei die Stelle des Eintritts der Bohrung (34) in die Bohrung (22) veränderbar ist.
10. Rotor, insbesondere für eine Drehkolbenmaschine,nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schmiermittelleitung (34), die zu einer Austrittsöffnung (44) auf einer Seitenoberfläche des Rotors (18) an einer Stelle zwischen der Seitendichtung (42) und der üblichen Öldichtung (46), vergleiche Fig. 2, führt.
11. Rotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (44) radial außerhalb der Seitendichtung (42) angeordnet ist.
12. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiteldxchtungen (30) und die Seitendichtungen (42) entweder durch einen gemeinsamen Schmiermittelkanal (34) oder durch einzeln mit Abstand angeordnete Kanäle geschmiert werden, weichletztere axial und/oder radial längs des Rotors entsprechend dem gewünschten Schmiergrad getrennt sind.

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