DE2629149A1

DE2629149A1 - Dichtungen fuer drehvorrichtungen

Info

Publication number: DE2629149A1
Application number: DE19762629149
Authority: DE
Inventors: James Alexander Ritchie
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1975-09-26
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1977-08-11
Also published as: JPS5241716A; US3990819A; GB1490689A

Description

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, 111. 61629, U.S.A.

Dichtungen für Drehvorrichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf Drehvorrichtungen wie beispielsweise Trochoid-Vorrichtungen, Drehvorrichtungen mit Schrägachse, oder dgl.. Die Erfindung bezieht sich dabei
insbesondere auf solche Vorrichtungen, die als Pumpen,
Kompressoren, Motoren oder dgl. verwendet werden. Im einzelnen bezieht sich dabei die Erfindung auf Mittel, um die vom Rotor getragenen in einer solchen Vorrichtung verwendeten Dichtungen vorzuspannen.

Üblicherweise wird die Erregung von Dichtungen in Motoren, Pumpen, Kompressoren und dgl. dadurch erreicht, daß man
das abzudichtende Medium, wenn es sich unter Druck befindet, verwendet, und zwar leitet man einen bestimmten Teil des zusammengedrückten Mediums zur Unterseite der Dichtung in einer Nut, um auf diese Weise die Dichtung aus
der Nut heraus in gute Dichtungsberührung mit der Kammerwand zu drücken. Bei derartigen Vorrichtungen müssen die
Dichtungen einen sogenannten Seitenabstand der Dichtung
durchlaufen, bevor diese Abdichtung erfolgen kann. Obwohl

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diese Bewegung nur in der Größenordnung von 0,04 bis 0,08 mm

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liegt, so tritt während dieser Seitenverschiebung eine Periode auf, wo die Dichtung nicht mit den Seiten ihrer Nut in Berührung steht und daher ein Leck des Mediums gestattet.

Bei hin und her gehenden Vorrichtungen (Kolbenvorrichtungen) ist dieser Leckvorgang kein ernstes Problem, und zwar wegen der kurzen Dichtungslänge und einer sich ergebenden verhältnismäßig kleinen Leckzone. Bei Drehvorrichtungen ist dies jedoch ein wichtiger Faktor, und zwar wegen der wesentlich größeren relativen Dichtungslänge verglichen mit einer Kolbenvorrichtung der gleichen Verdrängung. Es besteht somit eine Notwendigkeit, bei Drehvorrichtungen verbesserte Mittel zur Erregung (Energieversorgung) der Dichtungen vorzusehen.

Die Erfindung hat sich somit zum Ziel gesetzt, eine verbesserte Drehvorrichtung vorzusehen, und zwar mit besseren Mitteln zu Energieversorgung der Dichtungen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Drehvorrichtung ein eine Arbeitskammer bildendes Gehäuse auf, in dem eine Welle drehbar gelagert ist, die sich durch die Arbeitskammer hindurch erstreckt, wobei auf der Welle innerhalb der Arbeitskammer ein Rotor drehbar gelagert ist und mindestens eine Dichtungsaufnahmenut trägt, in der ein Dichtung angeordnet ist, die mit einer Oberfläche abdichtend mit dem Gehäuse in Berührung steht, wobei erfindungsgemäß ein aus einem Elastomer bestehender O-Ring innerhalb der Nut angeordnet ist und abdichtend mit den Seiten der Nut in Berührung steht. Der O-Ring ist ferner benachbart zur Dichtung entgegengesetzt zu deren Abdichtoberfläche angeordnet. Ferner sind Mittel vorgesehen, um unter Druck stehendes Strömungsmittel dem Innenraum des O-Rings zuzuführen, um zu bewirken, daß dieser die Dichtung gegen das Gehäuse vorspannt, um eine verbesserte Abdichtung vorzusehen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Mittel, welche das unter Druck stehende Strömungsmittel zuführen, eine Leitung (Kanal) im Rotor, die sich in die Arbeits-

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kammer hinein öffnet, um von dort unter Druck stehendes Medium aufzunehmen. Die Leitung kann ein Sperrventil aufweisen, um so die Versorgung mit Energie oder Erregung über den ganzen Zyklus der Vorrichtung hinweg aufrechtzuerhalten. Gernäß einem außerordentlich bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung trägt der Rotor eine Akkumulatorkammer (Sammlerkammer) und steht in Stromungsmittelverbindung mit der Leitung zwi- ' sehen dem Sperrventil und dem O-Ring, um Druckänderungen bei der Erregung der Dichtungen zu minimieren. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Leitmittel (welche das unter Druck stehende Strömungsmittel zur Dichtung leiten) eine Öleinlaßöffnung in der Nut, die mit einer unter Druck stehenden Ölquelle verbunden werden kann. Die Vorrichtung kann ferner erfindungsgemäß einen ölauslaß in der Nut und mit Abstand gegenüber dem öleinlaß aufweisen, wodurch Öl durch die Nut zirkuliert werden kann, um die Dichtung vorzuspannen und um auch die Dichtung zu kühlen. Typischerweise ist in einem solchen Fall die Nut, die Dichtung und der O-Ring langgestreckt und Einlaß und Auslaß befinden sich an entgegengesetzten Enden der Nut, um die Kühlwirkungen zu maximieren. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Abstandsglied zwischen dem O-Ring und der Dichtung angeordnet sein, um die Wärmeleitfähigkeit zum O-Ring zu minimieren, um auf diese Weise deren ausnutzbare Lebensdauer zu verlängern. Vorzugsweise ist das Abstandselement geschlitzt. Jedes der genannten Ausführungsbeispiel kann ein Zwischenlegelement benachbart zu mindestens einem Ende des O-Rings aufweisen, um dessen Abscheuern auszuschließen.

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

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Fig. 1 einen Schnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgebildete Drehvorrichtung annähernd längs der Linie 1-1 der Fig. 2;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der verbesserten erfindungsgemäßen Dichtungserregungs- oder Betätigungsmittel;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung;

Fig. 6 einen vergrößerten Teilschnitt einer abgewandelten Ausführungsform, die zusammen mit irgendeinem der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel verwendbar ist.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Dichtungs-Betätigungssystems dargestellt, und zwar in Verbindung mit einer Trochoid-Vorrichtung, insbesondere einem Motor. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf Motoren oder Trochoid-Vorrichtungen beschränkt ist, sondern vorteilhafterweise bei Pumpen, Kompressoren oder dgl. und auch bei Motoren in anderen Drehvorrichtungen, wie beispielsweise bei Drehvorrichtungen mit Schrägachse, verwendet werden kann.

Ein Trochoid-Motor (vgl. dazu Fig. 1) weist ein Gehäuse 10 auf, welches Innenwände 12 und 14 besitzt, die eine Arbeitskammer bilden. Es sind ferner Einlaß- und Auslaßöffnungen 16 bzw. 18 vorgesehen. Durch irgendwelche geeigneten (nicht gezeigten) Mittel ist eine Welle 20 im Gehäuse 10 drehbar gelagert und trägt einen Exzenter 22, der seinerseits einen Rotor 24 drehbar in der Arbeitskammer trägt. Der Rotor 24 be-

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sitzt drei Scheitel 26, wobei an jedem Scheitel eine sich nach außen öffnende Dichtungsaufnahmenut 28 vorgesehen ist. Jede Nut' 28 nimmt ihrerseits eine langgestreckte Scheiteldichtung (Radialdichtung) 30 auf, die abdichtend mit der Wand 12 der Arbeitskammer in Berührung steht.

Es sei bemerkt, daß gemäß der Erfindung der übliche Seitenabstand oder Seitenzwischenraum nicht vorgesehen sein braucht. Bei der üblichen Vorrichtung der dargestelten Bauart ist die Breite der Nut 28 etwas größer als die Breite der Dichtung 30, υφ so die Verschiebung der Dichtung innerhalb der Nut für die GÄserregung oder den Gasantrieb zu gestatten. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein derartiger Zwischenraum nicht erforderlich, es ist lediglich notwendig, daß die Nut 28 eine solche Größe bezüglich der Dichtung 30 aufweist, daß die Dichtung 30 sich frei innerhalb der Nut ohne Verbindung bewegen kann.

Innerhalb jeder Nut 28 ist in Anschlag mit der innersten Seite der Dichtung 30, d.h. der Seite der Dichtung 30 entgegengesetzt zu ihrer mit der Wand 12 in Berührung stehenden Dichtungsoberfläche, ein O-Ring 32 angeordnet, der aus einem Elastomermaterial ausgebildet ist. Wie man aus den Figuren 2, 3, 5 und 6 erkennt, ist der O-Ring 32 nicht im eigentlichen technischen Sinne ein O-Ring insoferne als er kein Torus ist. In der vorliegenden Beschreibung soll demgemäß der Ausdruck "O-Ring" jedes Element umfassen, welches eine offene Mitte aufweist, unabhängig davon, ob dieses Element genau kreisförmig ist oder nicht.

Jeder O-Ring 32 besitzt vorzugsweise einen runden Querschnitt und eine solche Breite, daß dann, wenn er in einer der entsprechenden Nuten 28 angeordnet ist, abdichtend mit den Seiten der Nut in Berührung steht. Infolgedessen definiert die offene Mitte 34 jedes O-Rings 32 in Verbindung mit den entgegengesetzt liegenden Seitenwänden jeder Nut 28 eine geschlossene aber ausdehnbare Kammer.

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Es sind ferner Mittel (Leitmittel) vorgesehen, um ein unter Druck stehendes Strömungsmittel zur ausdehnbaren Kammer zu leiten, d.h. zum Inneren jedes O-Rings 32. In dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor 24 eine sich radial nach außen erstreckende Leitung 36 auf, die sich zum Umfang des Rotors hin öffnet. Innerhalb der Leitung 36 befindet sich ein unter Federdruck stehendes Sperrventil 38, welches gestattet, daß unter Druck stehendes Strömungsmittel in die Leitung 36 eintritt, wobei es aber verhindert, daß das Strömungsmittel die Leitung verläßt, Umfangsleitungen 40 erstrecken sich von dem Sperrventil 38 aus zu Öffnungen 42 in den Seitenwänden der Nuten 28, wie dies dargestellt ist. Infolgedessen wird während des Betriebs der Vorrichtung, wenn ein Kompressionszyklus benachbart zu dem Teil des Umfangs des Rotors 24 mit der Leitung 36 erfolgt, unter Druck stehendes Strömungsmittel zu den ausdehnbaren Kammern im Inneren jedes O-Rings geleitet, um die entsprechenden Dichtungen 30 mit Energie zu versorgen oder zu betätigen, um diese in gute Dichtungsberührung mit der Wand 12 der Arbeitskammer vorzuspannen.

Zur Minimierung von Druckschwankungen kann eine Akkumulatorkammer 44 in Strömungsmittelverbindung mit dem Sperrventil 26 vorgesehen sein. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, daß jede der Nuten 28 abgestuft ausgebildet ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Insbesondere endet der untere Teil jeder Nut 28 wie beispielsweise bei 50 kurz vor den zweiten Wänden 14, um die wirkungsvolle Zurückhaltung des O-Rings 32 innerhalb der Nut sicherzustellen. Im Falle von Dichtungen 30, wie bekannt, in Vorrichtungen der Trochoid-Bauart sollten sich diese praktisch bis zu den Seitenwänden 14 erstrecken.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere ist an einem Ende des unteren Teils der Nut 28 eine öleinlaßöffnung 52 vorgesehen, wohingegen am entgegengesetzten Ende eine ölauslaßöffnung 54 vorgesehen ist. Die Öffnung 52 dient zur Verbindung mit einer

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unter Druck stehenden Ölquelle. Beispielsweise kann die Öffnung mit einem sich radial erstreckenden Kanal verbunden sein, der zum Exzenter 22 weist.Unter Druck stehendes Öl kann über eine geeignete Bohrung in der Welle 20 und eine Radialbohrung im Exzenter 22 für die periodische oder kontinuierliche Ausrichtung mit einem derartigen Radialkanal vorgesehen sein, um dem Inneren des O-Rings Öl zuzuführen. Der ölauslaß 54 kann durch einen Kanal mit der Seite der Rotoröffnung radial nach innen gegenüber der Öldichtung verbunden sein, um das öl zum Sumpf zurückzuführen. Eine derartige Leitung sollte mit einem Einschränk- oder einem Druckregulier-Ventil ausgestattet sein, so daß der erforderliche Erregungs- oder Betätigungsdruck im Inneren des O-Rings 28 aufrechterhalten wird, um die gewünschte Vorspannung der Dichtung 30 vorzusehen.

Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel sieht Maßnahmen zur Kühlung der Dichtung 30 vor, und zwar durch Wärmerückführung zum öl. Demgemäß läuft die Dichtung 30 mit einer geringeren Temperatur und mit geringerem Abrieb.

Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbei'spiel, welches insbesondere für Hochtemperatur-Anwendungsfälle geeignet ist. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist eine langgestreckte Abstandsstange 60 zwischen dem O-Ring und der Dichtung 30 angeordnet, um die Wärmeübertragungsgröße zum O-Ring 28 zu minimieren. Somit kann in Fällen, wo die Wärme den O-Ring 28 schädigen könnte, die Abstandsstange 60 verwendet werden, um diese Probleme zu minimieren.

Vorzugsweise ist die Abstandsstange 60, wie bei 62 dargestellt, geschlitzt, um die Starrheit zu minimieren, wodurch die Erregung oder Betätigung der Dichtung mit größerer Gleichförmigkeit gestattet wird, und zwar trotz Verformungen, die durch Wärme oder Druck hervorgerufen werden.

Fig. 6 veranschaulicht eine bevorzugte Ausbildungsform der Erfindung, die bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendbar ist. Während des Betriebs der Vorrichtung tritt eine

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gewisse unvermeidbare Relativbewegung zwischen der Dichtung 30 und ihrer Nut 28 auf. Dies kann durch die thermische Verformung des Gehäuses, mechanische Biegungen in den Wellen, Lagern, im Rotor, im Gehäuse und durch Bearbeitungstoleranzen hervorgerufen sein. Diese Relativbewegung kann in einigen Fällen das Scheuern oder Reiben des O-Rings 28 an seinen Enden beschleunigen, wo der O-Ring dann das Bestreben zeigt, sich aus dem Einschränkraum unter der Dichtung 30 herauszuquetschen. Um diesen örtlichen Abrieb oder das Scheuern zu vermeiden, kann ein Zwischenlageelement 66 an jedem Ende des O-Rings vorgesehen sein.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Scheiteldichtungen beschrieben wurde, so erkennt der Fachmann, daß die Erfindung auch auf Seitendichtungen und Umfangsdichtungen anwendbar ist.

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Claims

-*-- 2629H9 Ansprüche

1.J Drehvorrichtung mit einem eine Arbeitskammer definierenden Gehäuse,in welchem eine sich durch die Arbeitskammer erstreckende Welle drehbar gelagert ist, und wobei auf der Welle ein Rotor (24) innerhalb der Arbeitskammer drehbar gelagert ist und im Rotor mindestens eine Dichtungsaufnahmenut vorhanden ist, in der eine Dichtung sitzt, die mit einer Oberfläche mit dem Gehäuse abdichtend in Berührung steht, gekennzeichnet durch einen aus einem Elastomer bestehenden O-Ring (32) innerhalb der Nut (28) und in Abdichtberührung mit den Seiten der Nut, sowie benachbart angeordnet zur Dichtung (30) entgegengesetzt gegenüber der erwähnten Oberfläche, und wobei Leitmittel vorgesehen sind, um unter Druck stehendes Strömungsmittel dem Inneren des O-Rings (32) zuzuführen, um diesen zu veranlassen, die Dichtung gegen das Gehäuse vorzuspannen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitmittel eine Leitung (40) im Rotor (24) aufweisen, die sich in die Arbeitskammer öffnet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrventil (38) in der Leitung (40) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Akkumulatorkammer (44) im Rotor in Strömungsmittelverbindung mit der Leitung, und zwar angeordnet zwischen dem Sperrventil (38) und dem O-Ring (32).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitmittel eine öleinlaßöffnung (52) in der Nut (28) aufweisen, die mit einer unter Druck stehenden Ölquelle verbindbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen ölauslaß (54) in der Nut (28) und mit Abstand gegenüber dem Öleinlaß (52) angeordnet, wodurch die Dichtung (30) durch das Öl vorgespannt und gekühlt werden kann.

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7., Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,, daß die Nut (28), die Dichtung (30) und der O-Ring (32) langgestreckt sind, und daß Einlaß (52) und Auslaß (54) an entgegengesetzten Enden der Nut (28) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Abstandselement (60) zwischen dem O-Ring (32) und der Dichtung (30) .

9. Drehvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (60) geschlitzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (28), die Dichtung (30) und der O-Ring (32) langgestreckt sind und ferner Zwischenlegmittel (66) vorgesehen sind, und zwar benachbart zu mindestens einem Ende des O-Rings (32), um dessen Scheuern auszuschließen.

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