DE2554037B2

DE2554037B2 - Dichtungsanordnung für die Abdichtung bei hohen Drücken

Info

Publication number: DE2554037B2
Application number: DE19752554037
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 7432 Urach Weigle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-12-02
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DE2554037A1; DE2554037C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für die Abdichtung bei hohen Drücken mit mindestens zwei hintereinander angeordneten Dichtstellen zwischen dem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich oder der Atmosphäre, zwischen denen ein Regeldruckraum mit Ringkolben vorgesehen ist, der gegenüber einem druckentlasteten Kammerbereich abgedichtet ist, wobei die hochdruckseitige Dichtstelle eine zur Einstellung eines Dichtspaltes in Abhängigkeit der Druckdifferenz nachstellbare Dichtung aufweist und der Regeldruckraum über den Dichtspalt mit der Hochdruckseite verbunden ist, über den der Regeldruck auf den Ringkolben und die nachstellbare Dichtung einwirkt.

Eine Dichtungsanordnung der vorstehend genannten Art ist durch die US-PS 31 ?9 422 bekannt. Dort ist diese Dichtungsanordnung als sich selbst kompensierende Wellenabdichtung ausgebildet, bei der es gilt, die Dichtpressung der hochdruckseitigen Dichtung in Abhängigkeit von den für die Dichtung wesentlichen Verhältnissen im Dichtspalt so zu regeln, daß an der Dichtungsstelle ein gleichmäßiger Leckfluß eingehalten wird, der für die Kühlung dieser Wellendichtungen unerläßlich ist. Bei der bekannten Dichtungsanordnung ist der Regeldruckraum über eine Drossel entlüftet, und der Dichtungsring weist eine vorn Hochdruck direkt

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beaufschlagte Druckfläche auf. Dabei wird durch eine entsprechende Bemessung der Druckfläche unter Berücksichtigung der Dichtspaltlänge eine Balancesteilung der Ringdichtung angestrebt die bei einem dauernden Leckstrom von der Hochdruckseite durch den Dichtspalt in die Regelkammer und weiter über die Drosselstelle erreichbar ist Eine solche Balance der DichSung wird aber beim Anmeldungsgegenstand nicht angestrebt Vielmehr liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der vorstehend genannten Art so auszubilden, daß mit ihr eine einwandfreie Abdichtung des Dichtspaltes erzielbar ist, so daß sie für Kolben hydraulischer Maschinen einsetzbar ist

Die gestellte Aufgabe wird mit der eingangs genannten Dichtungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu ihrer Anwendung bei Kolben hydraulischer Maschinen der Regeldruckraum gegenüber der Niederdruckseite völlig abgedichtet und der Regeldruck so bemessen ist, daß beim Saughub über den Dichtspalt kein Medium von der Niederdruckseite her gefördert wird. Vorteilhafterweise kann der Ringkolben teilweise an einer hochdruckseitigen Dichtung anliegen, die in einer Ausnehmung des Zylinders angeordnet ist Zweckmäßig ist diese Ausnehmung durch Kegelflächen begrenzt, die sich in Richtung auf den Ringkolben erweitern.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsanordnung ist also keine Entlüftung des Regelraumes über eine Drossel vorgesehen. Durch die vorstehend genannten kennzeichnenden Merkmale wird in jeder Phase der schwankenden Drücke, also auch beim Saughub des Kolbens, eine einwandfreie Abdichtung erzielt. Durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens ist eine ausreichende Schmierung und Kühlung der Dichtfläche gewährleistet.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsanordnung wird eine echte selbsttätige Regelung des Dichtdruckes in Abhängigkeit von der Dichtspalthöhe und vom für die Abdichtung wesentlichen Schmierfilmdruck im Dichtungsspalt erzieh. Der Regeldruck, der sich hinter der Dichtung aufbaut und die Belastung des auf die Dichtung im Sinne einer Dichtspaltverstellung einwirkenden Ringkolbens bestimmt, hängt von den Verhältnissen im Dichtspalt ab. Ist die Dichtungspressung zu gering und wird dementsprechend der Dichtunsspalt zu groß, gelangt viel Leckflüssigkeit in den gegenüber der Niederdruckseite völlig abgedichteten Regelraum und läßt dort den Regeldruck ansteigen. Ein Ansteigen des Regeldruckes bewirkt eine Erhöhung der Dichtungspressung und damit eine entsprechende Reduzierung des Dichtspaltes und somit des nur in den Regelraum gelangenden Leckstromes.

Die Art des verwendeten Dichtmaterials richtet sich nach den Abmessungen der abzudichtenden Teile, den auftretenden Drücken und der Art des Mediums. Es können Dichtungen sowohl aus elastisch verformbarem Material als auch aus plastisch verformbarem Materia! Verwendung finden. Es können profilierte Dichtungskörper aus Kunststoff oder Metall oder Dichtungspakkungen sein. Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsanordnung können der Ringkolben, die hochdruckseitige und die niederdruckseitige Dichtung durch einen gemeinsamen Körper aus im zylindrischen Abschnitt und im Dichtungsbereich elastisch verformbarem Material gebildet sein, in welchen der Regeldruckraum eingeformt und ausschließlich zu den Dichtspäiicnäeiicn hin geöffnet ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der heiligenden, mehr oder weniger schematischen Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Nutringdichtung zur Erläuterung der Wirkungsweise bekannter druckgesteuerter Dichtungen;

Fig.2 einen Querschnitt durch ein Ausführungstsispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsanordnung;

Fig. 3 eine Darstellung des Druckverlaufs im Regelraum einer erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsanordnung für einen Pumpenkolben;

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Dichtungsanordnung in Kaskadenform;

Fig.5 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform mit einem einstückigen Stellglied- und Dichtungskörper.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine bekannte Nutringdichtung, die eine Abdichtung zwischen einer rotierenden Welle oder einer axial verschiebbaren Kolbenstange 10 und einem stationären Lagerteil 11 bei wechselndem Hochdruck p» auf der einen Seite und Atmosphärendruck ρ = 0 auf der anderen Seite bewirken soll. Die Dichtung besteht aus einem Dichtring 12, der in eine Ringausnehmung des Lagerteile? 11 gegen Axialverschiebung gesichert eingesetzt ist und mit seiner Innenmantelfläche 13 den Dichtspalt 14 an der bewegten Kolbenstange 10 begrenzt. Der Dichtrii.g 12 ist auf der Hochdruckseite mit einer Nut 15 versehen, die eine Stelldruckkammer bildet, in welcher der wechselnde Hochdruck pn voll wirksam wird, wie durch die Pfeile 16 angedeutet ist. Der in der Ringnut 15 wirksame Druck beeinflußt die Anpressung der Dichtfläche 13 gegen die Oberfläche der bewegten Kolbenstange 10, so daß der Dichtdruck der Dichtung abhängig vom Hochdruck pugesteuert ist. Die Grenzen und Nachteile dieser Dichtungen sind eingangs erwähnt worden.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung mit geregelter Dichtungswirkung. Die Dichtungsanordnung dient zur Abdichtung eines axial bewegten Kolbens 20 gegenüber einem Lagergehäuse oder Zylinder 21. Die Dichtungsanordnung weist zwei hintereinander angeordnete Dichtstellen auf, wobei die hochdruckseitige Dichtstelle durch einen Dichtungsring 22 und die niederdruckseitige Dichtstelle durch einen Dichtungsring 23 gebildet ist. Zwischen den beiden Dichtringen 22 und 23 ist in der Zylinderwandung eine Ringkammer ausgebildet, in welcher ein Ringkolben 24 als Stellglied axialverschiebbar angeordnet ist. Der Ringkolben 24 liegt mit einem inneren Buchsenteil 25 am hochdruckseitigen Dichtring 22 an und teilt die Ringkammer in einen Regelraum 26 und in einen Kammerteil 27, der über einen Kanal 28 entlastet ist. Der Regelraum 26 ist gegenüber dem entlasteten Kammerteil 27 durch einen im Ringkolben 24 gelagerten Dichtring 29 abgedichtet.

Vor dem Dichring 22 herrscht ein Druck pn mit über dem Hub des Kolbens 20 wechselnder Stärke. Hinter dem Dichtungsring 23 befindet sich ein druckloser Bereich mit ρ = 0 oder ein Niederdruckbereich. Der Regelraum 26 steht über den Dichtspalt 30 des hochdruckseitigen Dichtringes 22 mit dem Hochdruckraum in Verbindung. Über den Dichtspalt 30 des Dichtringes 22 baut sich im Regelraum 26 ein Regeldruck p« auf, der über den ganzen Regelbereich nur einen Bruchteil des Hochdruckes p« beträgt.

Die Wirkungsweise der Dichtungsanordnung ist folgende:

Beim Anlaufen der Pumpe, zu welcher der Kolben 20 gehört, ist der Regelraum 26 im allgemeinen drucklos und der Ringkolben 24 bewirkt keine Vorspannung des Dichtringes 22, sofern nicht der Ringkolbrn unter einer Federvorspannung steht Beim Druckhub des Kolbens 20 gelangt durch den Dichtspalt 30 des Dichtungsringes 22 Druckflüssigkeit in den Regelraum 26 und bewirkt dort den Aufbau eines Regeldruckes p«, der auf den Ringkolben 24 einwirkt, der auf den Dichtring 22 drückt und ihn verformt, so daß eine Verengung des Dichtspaltes 30 eintritt. Die Folge davon ist, daß gemäß dem Kurvenverlauf der F i g. 3, die ein Diagramm zeigt, in welchem der Regeldruck p« über der Zeit aufgetragen ist, der Regeldruck auf einem Wert pnn stehenbleibt, also eingeregelt ist. Wenn im Zeitpunkt r₍ der Druckhub des Kolbens 20 beendet ist und der Saughub des Kolbens beginnt, baut sich der Regeldruck über den Dichtspalt 30 bis auf einen Restwert prm ab. um dann im Zeitpunkt h, mit dem Beginn des nächsten Druckhubs des Kolbens 20, wieder anzusteigen. Ein großer Vorteil der Dichtungsanordnung liegt darin begründet. daL< im Regelraum 26 ein Restregeldruck pr_N verbleibt, weil dadurch bei Saugpumpen verhindert wird, daß Luft oder andere Gase in die Förderflüssigkeit und die Dichtspalte 30 und 31 eintreten und dort Kavitationsschäden verursachen.

Fig. 4 zeigt eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung bei sehr hohen Drücken, beispielsweise an einer Welle 40. Die Dichtungsanordnung weist drei hintereinander angeordnete Ringdichtungen 43, 44 und 45 auf, von denen die beiden Ringdichtungen 43 und 44 jeweils durch einen Ringkolben 46 oder 47 beaufschlagt sind. Bei dieser Kaskadendichtung ist also sowohl hinter der ersten hochdruckseitigen Dichtung 43 als auch hinter der nächsten Dichtung 44 ein Regeldruckraum 48 oder 49 ausgebildet, in welchem sich in der vorstehend beschriebenen Weise ein Regeldruck p«i und pm aufbaut und die durch die Ringkolben 46 und 47 bewirkte Pressung der Ringdichtungen 43 und 44 geregelt wird Der Regeldruck p«i beträgt einen Bruchteil des Hochdruckes p/y, der Regeldruck pm einen Bruchteil des Regeldruckes ρ« ι. Beide Ringkolben 46 und 47 sind mit Dichtringen 50 und 51 zur Erzielung einer Abdichtung der Regeldruckräume 48 und 49 gegenüber den druckentlasteten Kammerbereichen 41, 42 auf der Rückseite der Ringkolben versehen. Die Ringdichtungen 43, 44 weisen einen keilförmigen Querschnitt auf und stützen sich an konischen Begrenzungsflächen 52,53 des stationären Lagerteils 54 ab. Dadurch wird auf optimale Weise der Axialdruck der Ringkolben 46 und 47, also der Stellglieder der Regeleinrichtung, in eine radiale Dichtpressung der druckseitigen Dichtringe 43 und 44 verwandelt.

F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung, die einen einstückig aus Dichtungsmaterial gefertigten Stellglied- und Dichtungskörper 60 aufweist, der in einer gestuften und über eine Leitung 61 entlasteten Ringausnehmung 62 eines Lagerkörpers 63 als Ringkörper angeordnet ist. Der kombinierte Körper 60 bildet mit dem Buchsenteil 64 die erste und hochdruckseitige Dichtstelle und mit dem Buchsenteil 65 die niederdruckseitige Dichtstelle. Zwischen den beiden Dichtstellen ist in den Körper eine ringförmige Regeldruckkammer 66 eingeformt, die über den Ringspalt 67 Verbindung iiiii

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und mit dem niederdruckseitigen Dichtspalt 68 bzw. 69 Ringkörper 60 an denjenigen Stellen verstärkt, an der Dichtungsanordnung hat. Die Qiicrschnittsform des welchen keine elastische Verformung des Körpers kombinierten Körpers 60 ist so gewählt, daß ein im angestrebt wird. Gleichzeitig wird durch den Regel-Regeldruckraum 66 herrschender Druck eine Anpres- druck in der Regeldruckkan ner 66 auch eine gewisse sung des Buchsenteilcs 64 gegen eine abzudichtende -. Anpressung des niederdruckseitigen Buchsenteils 65 an Kolbenstange 70 bewirkt. Durch Einsatzteile 71 oder die Kolbenstange 70 bewirkt.
Ansatzteile aus starrem Material ist der kombinierte

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für die Abdichtung bei hohen Drücken mit mindestens zwei hintereinander angeordneten Dichstellen zwischen dem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich oder der Atmosphäre, zwischen denen ein Regeldruckraum mit Ringkolben vorgesehen ist, der gegenüber einem druckentlasteten Kammerbereich abgedichtet ist, wobei die hochdruckseitige Dichtstelle eine zur Einstellung eines Dichtspaltes in Abhängigkeit der Druckdifferenz nachstellbare Dichtung aufweist und der Regeldruckraum über den Dichtspalt mit der Hochdruckseite verbunden ist, über den der Regeldruck auf den Ringkolben und die nachstellbare Dichtung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwendung bei Kolben (20) hydraulischer Maschinen der Regeldruckraum (26) gegenüber der Niederdruckseite völlig abgedichtet und der Regeldruck so bemessen ist, daß beim Saughub über den Dichtspalt (31) kein Medium von der Niederdruckseite her gefördert wird.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (24) teilweise an einer hochdruckseitigen Dichtung (22) anliegt, die in einer Ausnehmung des Zylinders angeordnet ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung durch Kegelflächen (52—54) begrenzt ist, die sich in Richtung auf den Ringkolben (46,47) erweitern.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben, die hochdruckseitige und die niederdruckseitige Dichtung durch einen gemeinsamen Körper (60) aus im zylindrischen Abschnitt und im Dichtungsbereich elastisch verformbaren Material gebildet sind, in welchen der Regeldruckraum (66) eingeformt und ausschließlich zu den Dichtspaltenseiten hin geöffnet ist (F i g. 5).