DE2439596B1 - Spaltdichtung fuer die abdichtung hin- und hergehender maschinenteile - Google Patents

Description

• Da die dem Idealfall entsprechende Kurve höherer Ordnung, wie die Rechnung ergibt, eine Kurve mit in der Regel flacher Krümmung ist, kann praktisch ein gleiches Ergebnis erzielt werden, wenn die Dichtungsbüchse, wie im Anspruch angegeben, durch eine Kegelmantelfläche begrenzt wird, die der zur Erzeugung eines linear konisch sich verengenden Spaltes erforder-
• lichen Kurve höherer Ordnung für den Querschnittsverlauf möglichst weitgehend angenähert ist.
• Zur Erzielung von für die praktische Ausführung günstigen Ergebnissen, insbesondere hinsichtlich der Zentrierungskräfte, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Dichtungsbüchse derart bemessen, daß sich der Spalt unter dem Arbeitsdruck der Maschine am Niederdruckende auf etwa 1/4 bis 1/3 der Spaltweite am Hochdruckende verengt.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen. Hierbei zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Abdichtungsteil einer Pumpe mit hin- und hergehendem Kolben, F i g. 2 ein Diagramm für die auf die Dichtungsbüchse wirkenden Kräfte über dem Querschnittsverlauf der Büchse und F i g. 3 die Ausbildung des Spaltes unter den auf die Dichtungsbüchse wirkenden Kräften.
• Das Maschinengehäuse 10 einer Kolbenpumpe weist einen (in der Zeichnung nicht dargestellten) Pumpenarbeitsraum auf, an den sich eine Bohrung 11 anschließt, die in eine erweiterte Bohrung 12 übergeht. Die Bohrungen 11 und 12 werden durch den Pumpenkolben 13 durchsetzt, dessen (in der Zeichnung rechtes) Ende in den Arbeitsraum der Pumpe hineinragt. Der Kolben führe einen Hub H in Pfeilrichtung xi (Druckhub) bzw.
• X2 (Saughub) aus, derart, daß in der Endstellung des Saughubes die Kolbenstirnfläche die Stellung 14 einnehme.
• Der Antrieb des Kolbens kann in beliebiger Weise, z. B. über einen Kreuzkopf, erfolgen, mit dem der Kolben 13 seitlich starr, gegebenenfalls jedoch einstellbar, gekuppelt sein kann.
• In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Abdichtung des Kolbens durch eine Dichtungsbüchse 15, die in begrenztem Umfange radial- und winkelbeweglich mit Bezug auf den Kolben 13 angeordnet ist.
• Der Durchmesser di der Innenbohrung 16 der Dichtungsbüchse 15 ist hierbei um ein geringes größer als der Außendurchmesser dz des Kolbens 13, so daß bei konzentrischer Lage von Kolben und Dichtungsbüchse ein schmaler Ringspalt 17 von einer sich über die Länge der Dichtungsbüchse gleichmäßigen Weite sl gebildet wird, die bei unbelasteter Dichtungsbüchse je nach Maschinengröße etwa 0,005 bis 0,1 mm beträgt.
• Eine Feder 18 drückt die Dichtungsbüchse 15 gegen eine Zwischendichtscheibe 20, die z. B. mit flacher eingeschliffener Stirnfläche 21 an der Dichtungsbüchse 15 anliegt und von dieser gegen eine z. B. ebenfalls eingeschliffene Kugelfläche 22 eines Einsatzstückes 23 gedrückt wird, wobei der Mittelpunkt M der Kugelfläche 22 vorzugsweise mit dem Mittelpunkt der Dichtungsbüchse 15 zusammenfällt. Eine Überwurfmutter 25 sichert das Einsatzstück 23 unter Zwischenschaltung einer Scheibe 26 im Maschinengehäuse 10.
• Der Außendurchmesser der Dichtungsbüchse 15 ist kleiner als der Durchmesser der erweiterten Bohrung 12, so daß auf der radialen Außenseite der Dichtungsbüchse 15 ein Ringraum 27 gebildet wird. Dieser steht über die Bohrung 11 in offener, ungedrosselter Verbindung mit dem Arbeitsraum der Pumpe, der in üblicher Weise durch ein Saugventil und ein Druckventil entsprechend dem Saug- und Druckhub des Kolbens gesteuert wird. Der enge Dichtspalt 17 steht seinerseits an seinem (in der Zeichnung rechten) Ende mit dem Ringraum 27 bzw. dem Arbeitsraum der Pumpe in Verbindung, während das axial entgegengesetzte Ende des Dichtspaltes 17 in einen Ringraum 28 einmündet, der unter einem niederen Druck, z. B. dem Atmosphärendruck, steht und gegebenenfalls lediglich durch eine Abstreifdichtung 29, die sich praktisch ohne Druck gegen den Kolben 13 legt, nach außen abgeschlossen ist.
• Eine Ableitung 30 kann das in den Raum 28 übertretende Lecköl in das Saugsystem der Kolbenpumpe, in einen Sammelbehälter od. dgl. zurückleiten.
• Die mit einer im unbelasteten Zustand zylindrischen Innenbohrung 16 versehenen Dichtungsbüchse 15 ist konisch oder im wesentlichen konisch mit einer etwa einem Kegelmantel entsprechenden Außenumfangsfläche 31 ausgebildet, derart, daß die Dichtungsbüchse von ihrem dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Ende zu dem der Niederdruckseite zugewandten Ende einen kontinuierlich zunehmenden Querschnitt aufweist.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. 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 bei dichter Abstützung an ihrem niederdruckseitigen Ende am Gehäuse relativ zum Kolben bzw. zur Kolbenstange radial, vorzugsweise allseitig beweglich und auf der ihrer in drucklosem Zustand zylindrischen Innenfläche gegenüberliegenden Rückseite über ihre gesamte Länge vom Arbeitsdruck beaufschlagt ist, wobei die sich aus der resultierenden Druckbeaufschlagung ergebende Spaltverengung ihren Höchstwert am niederdruckseitigen Ende der Büchse erreicht, dadurch gekennzeich net, daß die Wandstärke der Dichtungsbüchse (23) vom Hochdruckende zum Niederdruckende hin linear entsprechend einer Kegelmantelerzeugenden (b"), die dem sich gemäß einer Kurve höherer Ordnung ergebenden Querschnittsverlauf (b') angenähert ist, der zur Erzeugung eines linear konisch sich verengenden Spaltes (17) erforderlich ist, oder entsprechend bzw. angenähert entsprechend diesem Querschnittsverlauf (b') verläuft.
2. 2. Spaltdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Dichtungsbüchse (15), daß sich die Weite (s2) des Spaltes (17) unter dem Arbeitsdruck der Maschine am Niederdruckende auf etwa 1/4 bis 1/3 der Spaltweite (si) am Hochdruckende verengt.

   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 bei dichter Abstützung an ihrem niederdruckseitigen Ende am Gehäuse relativ zum Kolben bzw. zur Kolbenstange radial, vorzugsweise allseitig beweglich und auf der ihrer in drucklosem Zustand zylindrischen Innenfläche gegenüberliegenden Rückseite über ihre gesamte Länge vom Arbeitsdruck beaufschlagt ist, wobei die sich aus der resultierenden Druckbeaufschlagung ergebende Spaltverengung ihren Höchstwert am niederdruckseitigen Ende der Büchse ereicht.

   Durch die Erzeugung des sich zum Niederdruckende hin verengenden Dichtungsspaltes wird erreicht, daß zwischen Dichtungsbüchse und dem relativ zu ihr hin-und hergehenden Teil eine selbstzentrierende Wirkung erzeugt wird. Auch hat sich gezeigt, daß von einem bestimmten Druck an die Spaltverluste mit weiter steigendem Arbeitsdruck wieder abnehmen. Durch die Formgebung der Dichtungsbüchse läßt sich ferner der Spaltverlauf in bestimmter Weise beeinflussen.

   Es sind kombinierte Spalt-Berührungsdichtungen bekannt (DT-Gbm 68 09 596), deren eine Spaltdichtung bildender Teil eine Dichtungsbüchse aufweist, die starr oder elastisch mit dem Gehäuse verbunden und entweder einen über ihre Länge unsteten Querschnittsverlauf mit starker Verdickung in der Nähe des niederdruckseitigen Endes hat bzw. im wesentlichen zylindrisch aus- gebildet ist, so daß sich bei unter Druck stehender Büchse eine für das Abdichtungsverhältnis ungünstige Spaltverformung ergibt.

   Es sind des weiteren schon Spaltvorrichtungen vorgeschlagen worden (DT-OS 23 28 963), bei der die Dichtungsbüchse mittels eines eine plane und eine sphärische Fläche aufweisenden Zwischenringes radial-und winkelbeweglich an ihrem niederdruckseitigen Ende axial am Gehäuse abgestützt ist. Die Dichtungsbüchse ist hierbei auf ihrer Außenseite zylindrisch oder in einer gegebenenfalls hiervon abweichenden Form ausgebildet.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Weiterentwicklung der bekannten Spaltdichtungen der eingangs genannten bzw. der erwähnten vorgeschlagenen Art günstigste Ergebnisse hinsichtlich Selbstzentrierung, Lebensdauer und Spaltverluste einer Spaltdichtung der eingangs genannten Art zu erhalten.

   Eine - gleiche Wandstärke, also parallele Begrenzungsflächen über ihre Länge aufweisende - Dichtungsbüchse verformt sich vom Hochdruckende zum Niederdruckende unter der Wirkung des zu ihrer Rückseite herrschenden zunehmenden Überdruckes ebenfalls zunehmend, indem die Erzeugende derjenigen Fläche der Dichtungsbüchse, die den Dichtungsspalt begrenzt, in der Nähe des Hochdruckendes zunächst wenig und mit Annäherung an das Niederdruckende immer stärker gegen den abzudichtenden Teil gekrümmt wird. Eine derart gekrümmte Dichtungsbüchse ergibt jedoch nach Rechnung und Versuch nicht die günstigsten Druckverhältnisse und die stärksten Zentrierungskräfte, wie sie für eine wirksamste Dichtung angestrebt werden. Örtliche Ein- und Ausbuchtungen, durch die der Querschnitt der Dichtungsbüchse entsprechend örtlich verringert oder verstärkt wird, können zwar die Verformungslinie der Dichtungsbüchse verändern, aber infolge ihres nur örtlichen Charakters nicht oder kaum in Hinsicht auf die Wirkung der Zentrierungskräfte verbessern, da die Verformungslinie ungleichmäßige Krümmung beibehält.

   Die Erfindung beruht demgegenüber auf der durch Versuche und Rechnung bestätigten Erkenntnis, daß eine ganz bestimmte Form der Dichtungsbüchse erforderlich ist, damit stärkste Zentrierungskräfte erzeugt und andererseits niedrige Spaltverluste gewährleistet werden, und daß dieses Ergebnis dann erreicht wird, wenn infolge der Verformung der Dichtungsbüchse ein linear konischer Spalt gebildet wird. Das setzt aber voraus, daß die Dichtungsbüchse einen derartigen Querschnittsverlauf erhält, daß die zum Niederdrukkende hin zunehmend stärkere Krümmung ausgeglichen wird.

   Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß die Wandstärke der Dichtungsbüchse vom Hochdruckende zum Niederdruckende hin linear entsprechend einer Kegelmantel-Erzeugenden, die dem sich gemäß einer Kurve höherer Ordnung ergebenden Querschnittsverlauf angenähert ist, der zur Erzeugung eines linear konisch sich verengenden Spaltes erforderlich ist, oder entsprechend bzw. angenähert entsprechend diesem Querschnittsverlauf verläuft.