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Abdichtung hin- und hergehender Kolben, Kolbenstangen oder sich drehender
Wellen, insbesondere für hohe Drücke" (Zusatz zu Patent ....(P 22 04 162.9-12) Das
Hauptpatent betrifft eine Abdichtung hin- und hergehender Kolben, Kolbenstangen
oder sich drehender Wellen, insbesondere für hohe Drücke, insbesondere bei Förderung
nichtschmierender, niederviskoser Flüssigkeiten, mit einer elastisch verformbaren
Dichtbüchse, die einen axialen Dichtspalt zwischen Kolben, Kolbenstange, Welle und
dem gegenüber diesen Teilen abzudichtenden Teil aufweist und auf ihrer dem axialen
Dichtspalt radial gegenüberliegenden Rückseite von einem mit der Seite des höheren
Druckes verbundenen Raum, z.B. einem mit dem Pumpenraum verbundenen, die Dichtbüchse
umschliessenden Ringraum oder Spaltraumkbegrenzt wird. Nach dem Hauptpatent erstreckt
sich hierbei erfindungsgemäß der axiale Dichtspalt an seinem der Hoechdruckseite
entgegengesetzten Ende bis zu einem Ablauf niederen Druckes, wobei der sich
im
wesentlichen über die Länge des axialen Dichtspaltes erstreckende, auf der Rückseite
der Dichtbüchse angeordnete Raum (Spaltraum) gegenüber dem Ablaufende des axialen
Dichtspaltes abgedichtet ist.
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Es wurde hierdurch erreicht, daß dem im Axialdichtspalt radial wirkenden
Druck von dem Spaltraum her ein Druck entgegenwirkt, durch den eine für die Abdichtung
günstigste Verrormung der Dichtbüchse erzielbar ist. Insbesondere kann sich dadurch
der Axialdichtspalt, der aus Herstellungsgrunden bei unbelasteter DichtbUchse über
seine Länge gleiche Weite aufweist, von der Hochdruckseite her allmählich verengen,
und zwar umso mehr, mit Je höheren DrUcken die Maschine arbeitet und Je höher demnach
der Druck in dem genannten Spaltraum ist. Die Kolbenstange, Welle od.dgl. kann dadurch
in der Flüssigkeit, welche den sich nach der Niederdruckseite zu verengenden Dichtspalt
ausfüllt, schwimmend getragen werden, ohne daß die Kolbenstange, die Welle od.dgl.
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die Dichtbüchse 4erUhrt. Auch bei hohen Drehzahlen können dadurch
hohe Drücke sicher aufgenommen werden, ohne daß ein Fressen zwischen den relativ
zueinander sich bewegenden Teilen auftritt.
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Bs wurde im Hauptpatent auch schon festgestellt, daß die Verformung
besonders günstige Ergebnisse erzielen läßt, wenn die Dichtbüchse über die Länge
des Axialdichtapaltes unterschiedliche radiale Wandstärke aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abdichtverhältnisse
nach dem Hauptpatentweiter zu verbessern, indem zur Erzielung einer günstigsten
Form des nach der Niederdruckseite sich verengenden Axialdichtspaltes und damit
günstigster Abdicht- und Laufverhältnisse die Abmessungen der Dichtbüchse in bestimmter
Weise den Arbeitsdrücken der Maschine angepaßt werden. Die Erfindung besteht demgemäß
im wesentlichen darin, daß a) bei Maschinen mit sehr hohen Drücken, etwa über 1000
atü, die Dichtbüchse in einem mittleren Teil eine Verdickung aufweist; b) bei Maschinen
mit Drücken etwa unter 500 atü die Dichtbüchse in einem mittleren Teil eine Einschnürung
aufweist und c) bei Maschinen mit mittelhohen Drücken, etwa von ca. 500 bis 1000
atü, die Dichtbüchse über ihre Länge gleiche oder ungefähr gleiche Wandstärke hat.
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Die kleinste radiale Weite des Dichtspaltes soll nach der Verformung
der Dichtbüchse im allgemeinen 0,005 mm nicht unterschreiten. Sie kann Jedoch größer
sein, Je nachdem, welche Leckage Je nach Anwendung zugelassen werden kann.
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Die Weite des Axialdichtspaltes im unbelasteten Zustand kann ein Mehrfaches
der vorerwähnten 3kleinsten radialen Weite betragen und ist mit den radialen Abmessungen
der Dichtbüchse derart abzustimmenfi daß sich etZ^S das in Fig. 3
des
Hauptpatentes dargestellte Längsprofil des Axialdichtspaltes bzw. der denselben
begrenzenden Umfangs fläche der Dichtbüchse (einschließlich Laufbüchse) ergibt.
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Nach einem weiteren Merkmal des Hauptpatentes ist der Kolben - bzw.
ein mit diesem starr verbundenes Kupplungsteil -mittels balliger, z.B. kugeliger
Fläche am Antriebsglied axial abgestützt, damit sich der Kolben bzw. die Kolbenatange
od.dgl. unbehindert in der Dichtbüchse zentrieren kann. Zur weiter verbesserten
Aufnahme der sehr hohen Kräfte, insbesondere auch zur Vermeidung einer Verformung
der AbstUtzflGchen, sieht die Erfindung in diesem Zusammenhange eine Abstützung
der Kolbenstange (od.dgl.) in einer radial beweglichen.Kugelpfanne am Antriebsglied
vor. Der Abstützdruck kann sich infolgedessen auf die relativ große kugelige Fläche
verteilen, so daß bei unbehinderter Zentrierungsmöglichkeit der Kolbenstange od.dgl.
relativ kleine Drücke pro Flächeneinheit erreichbar sind, Um die Reibungswiderstände
gegen ein freies Zentrieren weiter herabzusetzen, ist in einer besonders bevorzugten
AusfUhrungsform der Erfindung die Kugelpfanne reibungsarm am Antriebsglied abgestützt.
Dieses kann durch Zwischenschaltung reibungsarmen Materials oder z.B. dadurch geschehen,
daß die Kugelpfanne auf Wälzkörpern, insbesondere Kugeln, abgestützt ist.
Die
Erfindung sei anhand der nachfolgenden Zeichnung noch näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 einen Teilausschnitt aus einer Kolbenpumpe, etwa entsprechend dem Hauptpatent,
in einem Axialschnitt mit Dichtbüchse und axialer Kolbenabstützung, Fig. 2 eine
Variante zu Fig. 1 und Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Verformung der Dichtbüchse.
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Gleiche oder entsprechende Teile wLe im Hauptpatent sind in der Ausführung
nach Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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bzw. Der Zylindergehäuseblock 11 wird vom Kolben/der Kolbenstange
15 in einer Bohrung 24 durchsetzt. In die Ausnehmung ila des Zylindergehäuseblocks
ist - ähnlich wie e im Hauptpatent - die Dichtbüchse 18 mit einer Laufbüchse so
eingesetzt, daß die Kolbenstange 15 mit einem Axialdichtspalt 21, der bei unbelasteter
Maschine über seine Länge gleiche radiale Weite, z.B. von einigen Hundertstel Millimetern
bis etwa 1/10 mm, aufweist, die Dichtbüchse 18 mit der in diese fest eingesetzten
Laufbüchse 19 axial durchsetzt und auf der radialen Außenseite der Dichtbüchse ein
Spaltraum 22 innerhalb der Ausnehmung lla verbleibt.
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Die Dichtbüchse 18 ist - wie im Hauptpatent - fest in den Zylindergehäuseblock
11 eingesetzt, wobei eine Dichtung 27
den Spaltraum auf der der
Hochdruckseite gegenüberliegenden Seite abdichtet. Eine Uberwurfmutter 31 sichert
die Dichtbüchse 18 in axialer Richtung.
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Entsprechend dem Hauptpatent steht der Axialdichtspalt 21 über die
Bohrung 24 mit dem Pumpenraum sowie über Querkanäle 25 auf der Hochdruckseite des
Axialdichtspaltes mit dem äußeren Spaltraum 22 in offener Verbindung. Auf der Niederdruckseite
ist der Axialdichtspalt 21 mit einer Ableitung 28,29 verbunden, die frei in die
Atmosphäre oder in einen Vorratsbehälter führen kann. Eine Dichtung 30 hat lediglich
die Aufgabe eines Abstreirers und kann sich ohne oder mit nur geringem Druck gegen
die Kolbenstange 15 anlegen. Unter Umstanden kann auch die Dichtung 30 ganz in Fortfall
kommen, sofern der Austritt von Leckflüssigkeit durch die Axialbohrung 28a bedeutungslos
bzw. das Ableiten der LeckflUssigkeit statt durch die besondere Ableitung 28 durch
die Axialbohrung 28a, z.B. in einen Vorratsbehälter od.dgl. zurück, erfolgt.
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In axialer Richtung stützt sich die Kolbenstange 15 mittels seines
Axialstützteiles 36 mit kugeliger Abstützfläche 37, zweckmäßig mit einem axialen
Spiel a, an einer entsprechend ausgebildeten Kugelpfanne 38a ab, die als Scheibe
zwischen dem Axialstützteil 36 und dem Antriebsteil, insbesondere Kreuzkopf 16,
radial allseitig beweglich zwischengeschaltet ist. Vorzugsweise ist der Raum 40,
in dem sich das Axialstützteil
36 auf der Kugelpranne 38a abstützt,
mit öl gefüllt, so daß sich die Teile mit geringer Reibung gegeneinander bewegen
können.
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Um die Reibung weiter zu vermindern, kann, wie dieses in Fig. 2 dargestellt
ist, die die Kugelpfanne 38a bildende Scheibe unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern,
z.B. Kugeln 38b od.dgl., am Kreuzkopf 16 abgestützt sein.
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Im Hauptpatent ist eine Dichtbüchse 18 vorgesehen, die in ihrem der
Niederdruckseite zugewandten Bereich eine Einschnürung aufweist, so daß der Querschnitt
der Dichtbüchse von der Hochdruckseite im wesentlichen bis in die Nähe der Niederdruckseite
abnimmt. Dadurch entsteht infolge des im Spaltraum 22 wirkenden hohen Druckes eine
Verformung der Dichtbüchse 18 und damit des Axialdichtspaltes 21 in der im Hauptpatent
beschriebenen und etwa dort in Fig. .3 dargestellten Weise. Es hat sich Jedoch gezeigt,
daß zur Erzielung des günstigsten Spaltes die Dichtbüchse in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck
unterschiedliche Form aufweisen muß.
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Die im Hauptpatent dargestellte Ausbildung der Dichtbüchse ist im
wesentlichen für relativ niedrigere Drücke, etwa bis zu 500 atü, am günstisten.
Je höher die Drücke sind, umso geringer muß die Einschnürung der Dichtbüchse sein,
die bei sehr hohem Druck durch eine Dichtbüchse mit einer Verdickung in einem mittleren,
vorzugsweise näher dem Niederdruckende zu gelegenen Teil zu :ersetzen ist.
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In Fig. 3 ist das Längsprofil der Dichtbüchse beispielsweise für drei
Fälle dargestellt. Bei relativ niedrigeren Drücken, etwa bis in die Größenordnung
von 500 atü, weist die Dichtbüchse zweckmäßig ein eingeschnürtes Profil 18a auf.
Bei mittelhohen Drücken, etwa zwischen 500 und 1000 atü, wird vorteilhaft ein Profil
18b gewählt, bei dem die Dichtbüchse 18 über ihre Länge gleichen oder etwa gleichen
Quer-oder das sich einem solchen Profil nähert.
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schnitt aufweist,/Für Maschinen mit sehr hohen Drücken, etwa über
1000 bzw. über 1500 atü, erhält die Dichtbüchse 18 zweckmäßig eine Ausbauchung,
so daß sich etwa das in Fig. 3 dargestellte Profil 18c ergibt, das etwa dem in Fig.
1 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Durch diese Verdickung wird vermieden,
daß der Druck im Spaltraum 22 in der Nähe der Niederdruckseite so groß wird, daß
die Dichtbüchse 18 zu stark zusammengepreßt und dadurch die Gefahr einer metallischen
Berührung zwischen der Dichtbüchse 18 und der Kolbenstange 15 hervorgerufen wird.
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Die angegebenen Bereiche für die Formgebung der Dichtbüchse in Abhängigkeit
vom Druck an der Hochdruckseite können mehr oder weniger variierten und sind von
den Abmessungen der Dichtbüchse (einschließlich der gegebenenfalls vorhandenen,
mit ihr fest verbundenen Laufbüchse), der Elastizität des Materials und der Anfangsweite
des Axialdichtspaltes abhängig.