DE2328963C3 - Spaltdichtung für die Abdichtung hin- und hergehender Maschinenteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spaltdichtung für die Abdichtung hin- und hergehender Maschinenteile, insbesondere für Pumpen für die Förderung niederviskoser, nichtschmierender Flüssigkeiten unter hohen Arbeitsdrücken, mit einer elastisch verformbaren Dichtungsbüchse, die auf ihrer dem Dichtungsspalt gegenüberliegenden Rückseite über den wesentlichen Teil ihrer Länge bis zu ihrer Abdichtung gegenüber dem Gehäuse vom Arbeitsdruck beaufschlagt und relativ zum Kolben bzw. zur Kolbenstange radial beweglich ist, wobei die sich aus der resultierenden Druckbeaufschlagung ergebende Spaltverengung ihren Höchstwert nahe dem niederdruckseitigen Ende der Büchse erreicht.

Bei bekannten Spaltdichtungen dieser Art (GB-PS 93 530 und 10 2! 559) werden die Dichtungsbüchsen — meist nur in Form kurzer Dichtungsringe — unter dem abzudichtenden Druck axial gegen eine ebene Fläche des umgebenden Gehäuses gedrückt. Dadurch wird an dieser Fläche ein hoher, mit dem Druck steigender Reibungswiderstand erzeugt, der einer selbsttätigen Zentrierung der Dichtungsbüchse bzw. des Dichtungsrings entgegenwirkt. Auch ist eine zuverlässige Dichtwirkung nicht sichergestellt. Bei Verwendung kurzer Dichtungsringe läßt sich außerdem eine wirksame Verformung der Ringe zur Erzeugung eines bestimmten Dichtungsspaiics kaum erzielen.

Durch das Gebrauchsmuster 68 09 596 ist eine kombinierte Spalt- und Berührungsdichtung bekannt, bei der eine einen hin- und hergehenden Kolben umschließende Dichi.ungsbüchse vorgesehen ist. die sich unter Zwischenschaltung einer die Berührungsdichtung bildenden elastischen Dichtung an einem Gehäuseteil abstüt/t. Die Dichtungsbüchse ist hierbei an ihrem der Berührungsdichtung benachbarten Ende zu einem eine Kammer umschließenden Kopf verbreitert, so daß sie in diesem Bereich als starrer Körper wirkt und an der Verformung unter der Wirkung des auf die Außenumfangsfläche wirkenden Arbeitsdruckes nicht teilnehmen kann. Auch ist die Dichtungsbüchse mittels zu ihrer Achse senkrechter Flächen gegen das Gehäuse abgestützt, so daß sich die bereits erläuterten Nachteile hieraus ergeben. Insbesondere besteht ferner infolge der vorgesehenen Berührungsdichtung die Gefahr, daß die Dichtung bere-ts nach verhältnismäßig kurzer Lebensdauer unbrauchbar wird, insbesondere dann, wenn die Maschine mit hohen Arbeitsdrücken und hohen Kolbengeschwindigkeiten arbeitet.

Es wurde ferner schon in einer älteren Anmeldung (DT-OS 22 04 162) vorgeschlagen, bei berührungsfreier Spaltdichtung eine Selbstzentrierung von Kolben und Dichtungsbüchse dadurch zu erreichen, daß bei im Gehäuse od. dgl. abgestützter, verformbar bemessener Dichtungsbüchse zur Selbstzentrierung der den Dichtspalt biHenuen Teile der Kolben an seinem Antriebstell z. B. einem Kreuzkopf, allseilig beweglich abzustützen ist. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Abdichtung selbst bei sehr hohen Drücken und sehr hohen Drehzahlen eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer der abdichtenden bzw. abgedichteten Teile gewährleistet.

Gewisse Schwierigkeiten ergeben sich jedoch, wenn die abzudichtenden, hin- und hergehenden Teile einer, großen Durchmesser haben, da in diesem Falle infolge der großen Massen die Berührungsfreiheit zwischen dem abzudichtenden Teil und der Dichtungsbüchse schwerer zu erreichen sst. Auch für eine die freie Beweglichkeit und damit die Selbstzentrierung unterstützende Maßnahme, zwischen dem hin- und hergehenden Teil und dem Antriebsteil, also insbesondere zwischen einem Kolben und einem Kreuzkopf, ein gewisses axiales Spiel vorzusehen, vor allem bei größeren Massen zu schlagenden Geräuschen. Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, zur Vermeidung dieses Nachteils zwischen dem Antriebsglied und dem hin- und hergehenden Glied als dämpfendes Mittel öl zwischenzuschalten, doch bedeutet diese Maßnahme eine nicht unheachtliehe konstruktive Komplikation.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, ein berührungsfreies Selbstzentrieren, insbesondere auch in Hinsicht auf Maschinen mit großem Durchmesser der Kolben bzw. der entsprechenden hin- und hergehenden Teile unter Beibehaltung der beim älteren Vorgang erzielten Vorteile, insbesondere hinsichtlich geringer Leckverluste bei hohen Drücken und langer Lebensdauer, durch möglichst widerstandsfreies Selbstzentrieren noch zuverlässiger zu gewährleisten. Die Erfindung besteht demgemäß im wesentlichen darin, daß der Kolben bzw. die Kolbenstange fest geführt ist und die Dichtungsbüchse axial gegen eine Zwischendichtscheibe gedruckt wird, die gegen den einen der beiden gegeneinander abzustützenden Teile, z. B. die Dichtungsbüchse, mittels einer zur Achse der Dichtungsbüchse senkrechten Planfläche, gegen den anderen

Teil mittels einer kugelförmigen Hache anliegt.

Durch die erfindungsgemaße ausschließlich berührungslos arbeitende Dichtung wird erreicht, dal! sich infolge der radial und winkelbeweglich einstellbaren Lagerung der Zwischendichtscheibe die Dichiungsbuchse sich den Bewegungen des hin- und hergehenden Teile, so anpassen und gleichzeitig jber ihre ganze i^ingt so verformen kann, daß sich ein über den Umfang desselben praktisch gleichmäßiger, nach dem Niederdruckende etwa konisch verengender Dichtspalt einstellt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht ferner darin, daß bei Abstützung de Dichtungsbüchse an einer kugelig abgestützten Zwischendichtscheibe der Kugelmittelpunkt der kugeligen Fläche im oder ungefähr im Mittelpunkt der Dichtungsbüchse liegt. Das Selbstzentrieren kann dadurch mit einem Mindestmaß an Kraftaufwand erfolgen: dieses offenbar auch deswegen, weil der Selbstzentrierung entgegenwirkende Kräfte praktisch vollkommen vermieden werden und die gewünschte Konizität des sich von der Hochdruckseite gegen die Niederdruckseile verengenden Spaltes zuverlässiger erreichbar ist.

Vorteilhaft ist die Zwischendichtscheibe sowohl gegen die Dichtungsbüchse als auch gegen den relativ feststehenden Teil durch zusätzliche Dichtmittel axial abgedichtet. Die Abdichtung kann insbesondere mittels geschliffener Kugelflachen bzw. geschliffener, senkrecht zur Achse der Dichtungsbuchse stehender Planflächen vorgesehen sein. Federungsmittel können vorgesehen sein, um die Dichtungsbüchse axial gegen die Zwischendichtscheibe zu drücken.

Die Erfindung wird an Hand von Ausfihrungsbeispielen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Achsschnitt durch einen Teil einer Pumpe und

Fig. 2 eine Alternative zu einer Einzelheit von Fig. I in etwas größerem Maßstabe.

Die Kolbenpumpe weist ein Kurbelkastengehause 10 und einen mit diesem verflanschten Zylindergehäuseblock 11 auf. Der (in der Zeichnung nicht dargestellte) Zylinderkopf mit Pumpenarbeitsraum. Saugventil und Druckventil kann in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein. Zum Ansaugen und Ausschieben der Arbeitsflüssigkeit dient ein Kolben 12. dessen äußerste Saugstellung durch die strichpunktierte Lage 12' der Kolbenstirnfläche angedeutet ist, während die äußerste Druckstellung um einen Hub H hierzu (nach rechts) versetzt liegt. Der Kolben 15 wird beispielsweise durch eine (nicht dargestellte) Kurbelwelle mittels eines das Antriebsteil des Kolbens bildenden Kreuzkopfes 13 angetrieben, mit dem der Kolben durch eine Kupplung 14 gebildet ist. Durch eine Federung 19, im Ausführungsbeispiel durch Tellerfedern gebildet, wird der Kolben kraftschlüssig und spielfrei axial gegen eine in den Kreuzkopf fest eingesetzte Axialdruckscheibe 17 gedrückt, wobei sich die Feder an ihrem der Scheibe 18 entgegengesetzten Ende gegen eine in den Kreuzkopf 13 eingeschraubte Überwurfmutter abstützt.

In eine Ausnehmung 22 des Zylindergehäuseblockes Il ist eine erfindungsgemäß angeordnete Dichtungsbüchse 23 eingesetzt, deren Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Kolbens 12 ist, so daß bei konzentrischer Lage der Dichtungsbüchse 23 mit Bezug auf den Kolben 12 ein gleichmäßiger oder etwa gleichmäßiger ringförmiger Dichtspalt in der Größenordnung von etwa 0,005 bis 0,1 mm gebildet wird. Die Dichtungsbüchse wird durch eine Feder 25, die sich gegen das dem Punipenarbeilsraum zugewandte Ende der Dichtungsbüchse anlegt, gegen eine Zwischendichtscheibe 26 gedrückt, die sich ihrerseits gegen ein im Zylindergehäuseblock 11 zentriertes Einsatzstück 27 - abstützt, das durch eine Überwurfmutter 28 untc Zwischenschaltung einer Dichtscheibe 29 gegen eine Koiiusfläche 27 J des Zvlindergehäuseblockes H gedrückt wird.

Die Zwischendichtscheibe 26 stützt sich mittels einer

ίο ebenen Fläche 30 axial gegen die Dichtungsbüchse 23 ab, während sie am Einsatzstück 27 mittels einer Kugelfläche 31 anliegt, deren Mittelpunkt M gleichzeitig geometrischer Mittelpunkt der Dichtungsbüchse 23 ist. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 dichtet die Zwischendichtscheibe den äußeren Druckraum 36 mittels zweier O-Ringe 32, ii gegen den Dichtspalt 24 bzw. gegen einen anschließenden, nach außen führenden Raum ab.

Bei der alternativen Ausführungsform nach F i g. 2

:o erfolgt die Abdichtung ausschließlich durch geschliffene Flächen 34 und 35, von denen die Fläche 34 als ebene, senkrecht zur Koibenachse stehende Pfanfläche zur Abstutzung der Dichtungsbuchse 23 an der Zwischendichtscheibe 26 dient und die Flache 35 einen Teil der Kugelfläche 31 bildet. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, können Aussparungen 35a und 35£> radial beiderseits der ringförmigen Dichtfläche 35 vorgesehen sein, wobei die Aussparung 35a einen teilweisen Druckausgleich zu dem auf die Fläche 34j ausgeübten Arbeitsdruck

)o ermöglicht.

Auf der radialen Außenseite der Dichtbüchse 23 wird zwischen dieser und der Unifangsfläche der Ausnehmung 22 ein ringförmiger Druckraum 36 gebildet, der über den die Feder 25 enthaltenden Raum 37 und einen

is zum Pumpenarbeitsraum führenden, auf eine mehr oder weniger große Länge den Pumpenkolben 12 umschließenden Ringkanal 38 mit dem Pumpenarbeitsraum in offener Verbindung steht, so daß im Druckraum 36 stets oder im wesentlichen stets der gleiche Druck wie im Pumpenarbeitsraum herrscht. An seinem dem Pumpenarbeitsraum abgewandten Ende ist der ringförmige Druckraum 36 durch die Zwischendichtscheibe 26 mittels der bereits erwähnten Dichtungen 32, 33 bzw. Dichtflächen 34 und 35 nach außen bzw. gegen den ringförmigen Abflußraum 39 abgedichtet, in den der Dichtspalt 24 unmittelbar einmündet. Der Abflußraum 39 steht entweder unmittelbar mit der Außenatmosphäre oder über eine Rücklaufleitung 40 mit einem Vorratsbehälter für die Arbeitsflüssigkeit bzw. mit der Saugleitung der Maschine in Verbindung. Ein von der Dichtscheibe 29 gehaltener Dichtungsring 41 braucht in der Regel lediglich die Funktion einer Abstreifdichtung zu erfüllen, wenn ein Abfließen der Leckflüssigkeitsmenge in den Gehäuseraum der Maschine unerwünscht ist. Gegebenenfalls kann auch die Abstreifdichtung 41 entfallen.

Die Dichtbüchse 23 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine zylindrische Innen- und Außenfläche auf. Sie kann jedoch unterschiedliche Wandstärke haben, beispielsweise in einem mittleren Teil, wie bei 23' strichpunktiert angedeutet, auf kleineren Durchmesser eingezogen oder auf größeren Durchmesser ausgebuchtet sein.

Die Wirkungsweise der Abdichtung gemäß der Erfindung ist folgende: Im Druckhub des Arbeitskolbens, wenn dieser aus der Endlage 12' des Saughubes in Pfeilrichtung χ seinen Druckhub ausführt, wird die unter dem hierbei erzeugten ArheiKHrnrk ctphpnrlp FliUcior.

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keit durch den Dichtspalt 24 in den Abflußraiim 39 bzw. nach außen hindurchgedrückt. Der Druck innerhalb des Dichtspaltes 24 nimmt hierbei von der Hochdruckseite nach der Niederdruckseite kontinuierlich ab, wohingegen auf der Außenumfangsfläche der Dichthülse 23 im Druckraum 36 überall der volle Arbeitsdruck liegt. Während sich an der Hochdruckseite der radial auswärts und radial einwärts gerichtete Druck ausgleicht, überwiegt der aus dem ringförmigen Druckraum 36 radial einwärts auf die Dichtbüchse 23 ausgeübte Überdruck zunehmend in Richtung auf das Niederdruckende der Dichtbüchse. Diese wird daher nach dem Niederdruckende zu zunehmend radial gestaucht, so daß ein Dichtspalt 24 entsteht, der sich nach der Niederdruckseite etwa konisch verengt, jedoch derart, daß auch an der engsten Stelle des Dichtspaltes 24 noch eine Dichtweite smin gebildet wird, die eine Oberflächenberührung zwischen der Dichtbüchse 23 und dem Pumpenkolben 12 ausschließt.

Dadurch, daß die Dichtbüchse 23 mittels einer ebenen Fläche 30 an der Zwischendichtscheibe 26 und diese mittels einer kugelförmigen Fläche 31 am Einsatzstück 27 und damit am Gehäuse abgestützt ist, kann sich die Dichtbüchse 23 sowohl radial an der Planfläche 30 als auch im Winkel an der Kugelfläche 31 frei einstellen und sich somit selbsttätig unter den auf sie einwirkenden Flüssigkeilsdrücken mit Bezug auf den Pumpenkolben 12 zentrieren. Die Flüssigkeit wird hierbei aus dem Pumpenarbeitsraum in den sich unter dem Druck im Druckraum 36 etwa konisch nach dem Niederdruckende zu verengenden Dichtspalt 24, der seinen engsten Querschnitt etwa im Bereich der Planfläche 30 erhält,

ίο eingepreßt und gewährleistet hierdurch die Selbstzentrierung der frei einstellbaren Dichtbüchse 23. Dadurch, daß sich der Krümmungsmittelpunkt der kugelförmigen Fläche 31 im geometrischen Mittelpunkt der Dichtbüchse 23 befindet, wird die Selbsteinstellung und Selbstzentrierung der Dichtbüchse besonders erleichtert und unterstützt.

Durch den Druck der Feder 19 wird der Kolben 12 fest gegen den Kreuzkopf 13 gedrückt, so daß er in kinematischer Hinsicht praktisch mit dem Kreuzkopf eine Einheit bildet. Die Selbstzentrierung der Dicntbüchse 23 relativ zum Kolben 12 erfolgt daher im wesentlichen durch die selbsttätige Einstellung der Dichtbüchse.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Spaltdichtung für die Abdichtung hin- und hergehender Maschinenteile, insbesondere für Pumpen für die Förderung niederviskoser, nichischmierender Flüssigkeiten unter hohen Arbeitsdrücken. mit einer elastisch verformbaren Dichtungsbüchse. die auf ihrer dem Dichtungsspalt gegenüberliegenden Rückseite über den wesentlichen Teil ihrer Länge bis zu ihrer Abdichtung gegenüber dem Gehäuse vom Arbeitsdruck beaufschlagt und relativ zum Kolben bzw. zur Kolbenstange radial beweglich ist. wobei die sich aus der resultierenden Druckbeaufschlagung ergebende Spaltverengung ihren Höchstwert nahe dem niederdruckseitigen Ende der Büchse erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben bzw. die Kolbenstange (15) fest geführt ist und die Dichtungsbüchse (23) axial gegen eine Zwischendichtscheibe (26) gedruckt wird, die gegen den einen der beiden gegeneinander abzustützenden Teile (23,27). z. B. die Dichtungsbüchse (23). mittels einer zur Achse der Dichtungsbüchse senkrechten Planfläche (30), gegen den anderen Teil (27) mittels einer kugelförmigen Fläche (31) anliegt.

2. Abdichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelmittelpunkt (M) der zur Abstützung der Zwischendichtscheibe (26) dienenden Kugelfläche (31) im oder ungefähr im Mittelpunkt der Dichtungsbüchse (23) liegt.

3. Abdichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß an der Zwischendichtscheibe (26) sowohl zur Abdichtung gegen die Dichtungsbüchse (23) als auch zur Abdichtung gegen den relativ feststehenden Teil (27) zusätzliche Dichtmittel (32,33) angeordnet sind.

4. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsbüchse (23) unter axialer Federwirkung (25) am relativ feststehenden Teil (27) bzw. an eier Zwischendichtscheibe (26) anliegt.