DE2336147A1

DE2336147A1 - Einrichtung zur hydraulik-kolbenabdichtung bei hochdruck-kolbenpumpen

Info

Publication number: DE2336147A1
Application number: DE19732336147
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Weigle
Original assignee: WEPUKO HYDRAULIK GmbH
Current assignee: WEPUKO HYDRAULIK GmbH
Priority date: 1973-07-16
Filing date: 1973-07-16
Publication date: 1975-01-30

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Rudolf Möbus

REUTLINGEN H I N D E N B U R G S T R-A S S E 6 5 T E L E F O N C07121} 34718

P 2238

Firma
Wepuko-Hydraulik GmbH

7418 Metzingen
Max-Eyth-Str. 31

Einrichtung zur Hydraulik-Kolbenabdichtung bei Hochdruck-Kolbenpumpen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Hydraulik-Kolbenabdichtung bei Hochdruck-Kolbenpumpen.

Zur Abdichtung von unter Hochdruck stehenden Hydraulikkolben werden üblicherweise Packungen aus relativ weichem Dichtungsmaterial verwendet. Weichpackungen, die normalerweise gute Dichteigenschaften aufweisen, versagen jedoch, wenn relativ hohe Betriebstempe-

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raturen erreicht werden und größere Kolbengeschwindigkeiten auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Hydraulik-Kolbenabdichtung bei Hochdruck-Kolbenpumpen zu schaffen, die auch bei hohen Betriebstemperaturen und einer hohen Kolbenbewegungsfrequenz eine gute Abdichtung der Kolben, selbst bei niederviskosen Flüssigkeiten, ergeben.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Dichtungskörper mindestens eine auf des Kolben schwimmend angeordnete Dichtbüchse vorgesehen ist. Sie bildet mit ihrer Innenseite eine Dichtspaltfläche, für die bezüglich ihrer Leckmenge folgende Gleichung gilt:

cm

darin bedeuten d = Kolbendurchmesser, h » Dichtspalthöhe, 1 * Dichtungslänge, Ap = Druckgefälle über die Länge der Dichtung, γ * Viskosität des flüssigen Mediums.

Aus dieser Gleichung folgt, daß die Leckmenge proportional dem Druck ist, daß die Dichtspaltbreite in der dritten Potenz in die Gleichung eingeht und daß die Leckmenge umgekehrt proportional

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der Dichtungslänge ist. Entscheidendes Kriterium ist also die Breite des Dichtspaltes, der möglichst klein gewählt und diesen kleinen Wert beibehalten können muß. Bei Spaltdichtungen mit festgelegten Dichtkörpern, beispielsweise einseitig eingespannten Dichtkörpern, die außerdem noch zur Lagerung des Kolbens verwendet werden, läßt sich diese Voraussetzung nicht erfüllen, da bei diesen Dichtkörpern die Dichtfläche einem Verschleiß durch den Kolben ausgesetzt ist.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung sind dagegen die Dichtbüchsen schwimmend auf dem Kolben angeordnet, so daß sie ausschließlich eine Dichtungsaufgabe erfüllen und keine FUhrungsfunktion für den Kolben haben. Dadurch, daß die Dichtbüchse auf den Kolben frei aufschwimmen kann, was durch Kegelmantelflächen an beiden Enden der Dichtbüchse begünstigt werden kann, lassen sich sehr kleine Dichtspalte erzielen, ohne daß dadurch die Gefahr eines Festlaufens des Kolbens in den Dichtungsbüchsen auftritt.

Eine sichere Abdichtung läßt sich noch dadurch begünstigen, daß der gesamte Dichtungskörper in mehrere, in Axialrichtung aufeinanderfolgende Dichtbüchsen unterteilt ist, die sich alle auf dem Kolben radial schwimmend einstellen können.

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Auf diese Weise lassen sich auch relativ lange Spaltdichtungen herstellen, bei denen sich eine gleichmäßige und geringe Spaltbreite aufrechterhalten läßt.

Für hohe Drücke des Mediums können die Dichtbüchsen zweckmäßig von außen mindestens abschnittsweise unter der Druckeinwirkung des Betriebsmediums stehen. Dadurch wird ein Aufblähen der Dichtbüchsen mit entsprechender Spalthöhenzunahme verhindert, und die Dichtbüchsen lassen sich sogar mit einem äußeren Überdruck mit der Tendenz einer Dichtspaltverengung belasten. In diesem Zusammenhang können die Dichtbüchsen vorteilhafterweise unter Bildung eines äußeren und dem Betriebsmedium zugänglichen Ringspaltes mit dem umgebenden Zylindergehäuse auf den Kolben aufgeschoben und zweckmäßig zusätzlich an den Stirnflächen jeweils mit einer Abstufung versehen sein, die einen mit dem äußeren Ringspalt kommunizierenden radialen Ringspalt bildet. Durch diese Abstufung wird ein teilweiser Ausgleich des in Axialrichtung auf die Dichtbüchsen wirkenden Druckes erreicht und dadurch die radiale Einstellbarkeit der Dichtbüchsen zusätzlich begünstigt. Gleichzeitig werden die Stoßflächen der aufeinanderfolgenden Dichtbüchsen verkleinert, die mit ihren Stirn-

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flächen oder anderen äußeren und zweckmäßig senkrecht zu ihrer Längsrichtung verlaufenden Flächen eine Axialdichtung bewirken können, und dabei wird die Gefahr der Verkantung der Büchsen bei nicht fluchtenden Führungsflächenebenen beseitigt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zur Kolbenabdichtung kann dadurch erreicht werden, daß mindestens einer der seitlichen Abschlußringe, zwischen denen die Dichtbüchse oder der Dichtbüchsensatz angeordnet ist, auf seiner der Dichtbüchse abgewandten Seite an einem Zwischenkörper anliegt, der aus einem unter dem Einfluß des Betriebsmediums quellenden Material besteht. Dieser Zwischenkörper sorgt im Betrieb der Pumpe automatisch für einen gewissen Axialdruck, der die Dichtbüchse in Anlage gegen benachbarte Dichtbüchsen oder die anschließenden Abschlußringe hält. Dieser Zwischenkörper erleichtert auch die Dichtungsmontage, da bei der Montage nur darauf geachtet werden muß, daß die Dichtbüchsen mit geringem axialem Spiel angeordnet sind. Dieses Axialspiel wird bei Inbetriebnahme der Einrichtung durch den aufquellenden Zwischenkörper beseitigt. Ein Schiefziehen der Dichtbüchsen durch Ausübung eines einseitigen Axialdruckes bei der Montage der Dichtung wird also

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vermieden, und die Dichtbüchsen können sich leichtgängig auf dem Kolben einstellen. Der quellbare Zwischenkörper läßt sich so zusammensetzen und dimensionieren, daß eine genau vorausbestimmbare axiale Vorspannung bei der Inbetriebnahme erreicht wird.

Bei sehr hohen Drücken ist es außerdem vorteilhaft, die Einrichtung gemäß der Erfindung so auszubilden, daß der quellbare Zwischenkörper zwischen dem Abschlußring und einem Verschlußringkörper angeordnet ist, der sowohl eine innere als auch eine äußere Umfangsnut zum Sammeln von Leckflüssigkeit aufweist und dessen beide Umfangsnuten miteinander und mit ein·· zur Saugseite der Pumpen führenden Abflußkanal kommunizieren. So wird ein Ausfließen von Leckflüssigkeit nach außen vermieden und die Leckflüssigkeit auf die Saugseite der Zylinder/Kolbenanordnung zurückgeführt.

Dadurch wird auch die Abdichtung der ganzen Zylindereinheit gegen das unerwünschte Eindringen von Luft erleichtert.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel einer

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erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zur Abdichtung der Kolben einer Hochdruck-Kolbenpumpe mehr oder weniger schematisch dargestellt ist.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen zentralen Längsschnitt durch

eine der Zylinder/Kolben-Anordnungen der Kolbenpumpe mit der Abdichteinrichtung für diesen Kolben;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Dichtbüchse der Abdichteinrichtung in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab.

Fig. 1 zeigt in schematisierter Anordnung einen Abschnitt 10 des Zylinderteils einer Hochdruck-Kolbenpumpe mit einem Ansaugkanal 11 und einem Druckkanal 12, die über ein Saugventil 13 bzw. ein Druckventil 14 mit einer Zylinderbohrung 15 in Verbindung stehen. In der Zylinderbohrung 15 ist der stabförmige Kolben 16 gelagert, der eine durch den Doppelpfeil 17 angedeutete hin- und hergehende Längsverschiebung ausführt.

Der Kolben ist im Bereich seines vorderen Endes in einem Ring 18 gelagert, der in den erweiterten hinteren Teil der Zylinderbohrung 15 mit Anschlag gegen die Bohrungsschulter 19 eingesetzt ist. In

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diesem erweiterten hinteren Teil der Zylinderbohrung 15 ist auch die Einrichtung zur Abdichtung des Kolbens 16 untergebracht. Sie besteht aus zwei gleichen, hintereinander auf den Kolben 16 aufgeschobenen Dichtbüchsen 19 und 20, deren Aufbau in Verbindung mit Fig. 2 näher erläutert wird. Die erste Dichtbüchse 19 stößt mit ihrer einen Stirnseite gegen den Lagerring 18. An die andere Dichtbüchse 20 schließt sich in axialer Richtung ein Abschlußring 21 an, auf welchen ein Verschlußringkörper 22 folgt. Die ganze Abdichtungseinrichtung wird mittels einer mit dem Zylinderteil der Pumpe verschraubten Abschlußplatte 23 in dem erweiterten Teil der Zylinderbohrung 15 gehalten.

Auf dem Verschlußringkörper 22 ist in Anlage an den Abschlußring 21 ein ringförmiger Zwischenkörper 24 angeordnet, der aus einem Material besteht, das bei einer Berührung mit dem flüssigen Betriebsmedium aufquillt und dadurch automatisch in der Zylinderbohrung eine bestimmte Axialvorspannung bewirkt, durch welche die einzelnen Teile gegeneinander gehalten bleiben und an einer Axialbewegung gehindert werden.

In den Verschlußringkörper 22 ist auf seiner äußeren Stirnseite eine Dichtmanschette 25 eingesetzt, die das Eindringen von Luft von außen in

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die Abdichtungseinrichtung verhindert. Das Austreten von Leckflüssigkeit nach außen wird durch eine äußere Umfangsnut 26 und eine innere Umfangsnut 27 des Verschlußringkörpers verhindert, die miteinander durch Querkanäle 28 verbunden sind und die mit einem im Zylinderteil der Pumpe ausgebildeten Abflußkanal 29 kommunizieren, der in den Ansaugkanal 11 mündet. Über diese Ringnuten 26 und 27 und den Abflußkanal 29 wird die auftretende Leckflüssigkeit abgeführt.

Wie aus dem Schnittbild der Fig. 2 ersichtlich ist, begrenzen die Dichtbüchsen 19 und 20 mit ihrer Innenseite 30 einen engen Dichtspalt 31 mit dem Kolben 16. An den Stirnseiten der Dichtbüchsen 19 und 20 geht die Innenseite 30 jeweils in eine Kegelmantelfläche 35 oder 36 über, welche die Ausbildung eines Schmierfilmes im Dichtspalt 31 bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 16 begünstigen.

Die Dichtbüchsen 19 und 20 sind auf ihren Stirnseiten nach außen mit einer Abstufung 37 oder 38 versehen, durch welche der Anschlagbereich 39 oder 40 der Stirnseiten auf einen relativ schmalen Ringbereich mit den bereits eingangs erwähnten Vorteilen beschränkt ist. Gleichzeitig werden durch diese Abstufungen 37 oder 38 radiale Ringspalte 41 gebildet, die gemäß Fig. 1 mit Umfangs-

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ringspalten 42 in Verbindung stehen, die zwischen der Außenfläche 43 der Dichtbüchsen 19 und 20 und der Wandung des erweiterten Teiles der Zylinderbohrung bestehen und in welche das Druckmedium unter Bildung eines teilweisen Druckausgleiches eintreten kann. Die Wirkung dieser Ringspalte ist bereits eingangs erwähnt worden.

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Claims

Patent an s ρ r ü c h e

Einrichtung zur Hydraulik-Kolbenabdichtung bei Hochdruck-Kolbenpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungskörper mindestens eine auf dem Kolben schwimmend angeordnete Dichtbüchse (19, 20) vorgesehen ist, deren Innenseite eine Dichtspaltfläche bildet und die außerdem mindestens eine Axialdichtfläche (39, 40) aufweist, die mit einem stationären Zylinderteil oder Zylindereinsatzteil (18) zusammenwirkt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Dichtbüchse (19, 20) an beiden Enden der Dichtbüchse in eine Kegelmantelfläche (35, 36) übergeht.
3» Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbüchse (19, 20) von außen mindestens abschnittsweise unter der Druckeinwirkung des Betriebsmediums steht.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbüchse (19, 20) unter Bildung eines äußeren und dem Betriebsmedium

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zugänglichen Ringspaltes (42) nit dem umgebenden Zylindergehäuse (10) auf den Kolben (16) aufgeschoben und an den Stirnflächen jeweils mit einer Abstufung (37, 38) versehen ist, die einen mit dem äußeren Ringspalt (42) kommunizierenden radialen Ringspalt (41) bildet.
5. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dichtbüchsen (19, 20) in Axialrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind.
6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbüchse (19, 20) oder der Dichtbüchsensatz zwischen seitlichen Abschlußringen (21) angeordnet ist, von denen mindestens einer auf seiner der Dichtbüchse (20) abgewandten Seite an einem Zwischenkörper (24) aus einem unter dem Einfluß des Betriebsmediums quellbaren Material anliegt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der quellbare Zwischenkörper (24) zwischen dem Abschlußring (21) und einem Verschlußringkörper (22) angeordnet ist, der 'sowohl eine innere als auch eine äußere Umfangsnut (26, 27) zum Sammeln von Leckflüssigkeit aufweist, und daß die beiden Umfangsnuten (26, 27) miteinander und mit einem zur Saugseite der Pumpe führenden Abflußkanal (29) kommunizieren.

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