DE3041933A1

DE3041933A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE3041933A1
Application number: DE19803041933
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(grad.) 8192 Geretsried Wolff
Original assignee: SPECK KOLBENPUMPEN FABRIK
Current assignee: SPECK KOLBENPUMPEN FABRIK
Priority date: 1980-11-06
Filing date: 1980-11-06
Publication date: 1982-06-09
Also published as: IT1140058B; IT8124881A0; JPS57108480A; US4456439A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere zur Förderung von Wasser und von mit Zusätzen versehenem Wasser, mit mehreren über eine in einem Antriebsgehäuse gelagerte Kurbelwelle angetriebenen Plungern, deren freies Ende jeweils in einer zylindrischen, eine Hochdruckdichtung aufnehmenden und zumindest einen Teil einer Pumpkammer bildenden Bohrung eines Saug-Druckgehäuses geführt ist, das mit dem Antriebsgehäuse verbunden und mit einem Saugraum und einem Druckraum mit jeweils wenigstens einem Saug- und Druckanschluß versehen ist, wobei zwischen Saug- bzw. Druckraum und jeder der nebeneinanderliegenden Pumpkammern unter Federvorspannung stehende Ein- und Auslaßventile angeordnet sind.

Hochdruckpumpen dieser Art sind bekannt und werden in der Verfahrenstechnik und vor allem insbesondere bei Hochdruckreinigern, Waschstraßen, Dampfstrahl-Reinigern, zur Siebreinigung in der Papierindustrie und bei Umkehr-Osmoseanlagen in großem Umfange eingesetzt. Sie eignen sich zur Förderung von sauberem Wasser mit Zusätzen, wie sie für die Reinigung von Fahrzeugen und Maschinenteilen üblich sind, sowie auch für die Förderung von Wasser mit zugesetzten Schädlingsbekämpfungsmitteln, Pflanzenschutzmitteln und dergleichen.

Gefordert wird von diesen Hochdruckpumpen neben hoher Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit vor allem eine hohe Lebensdauer und Wartungsfreundlichkeit.

Demgemäß besteht die allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Hochdruckpumpe, die unter Gewährleistung einer sicheren und zumindest weitestgehend leckagefreien Arbeitsweise eine besonders hohe Lebensdauer besitzt und - falls dies nach entsprechender Betriebsdauer erforderlich wird - eine problemfreie und ohne besondere Fachkenntnisse durchführbare Auswechslung von Verschleißteilen gestattet.

Die gestellte Grundforderung nach leckagefreier Arbeits-Weise bei gleichzeitig gewährleisteter großer Lebensdauer wird gemäß der Erfindung dadurch erfüllt, daß jeder Plunger-Hochdruckdichtung eine in eine Spülzirkulation geschaltete Niederdruckdichtung zugeordnet ist und daß die Spülzirkulation über Verbindungskanäle zwischen den Aufnahmeräumen der Niederdruckdichtungen und dem Saugraum ausgebildet ist.

Durch diese Maßnahmen wird eine Reihe von Vorteilen erzielt, die vor allem darin bestehen, daß aufgrund der sich zwangsläufig ergebenden Eigenschmierung von Hochdruckdichtung und Niederdruckdichtung mittels des jeweils geförderten Mediums eine schmiermittelfreie Arbeitsweise ermöglicht wird, daß über die Hochdruckdichtung entstehende Leckage nicht mehr ins Freie gelangen kann, sondern von der Spülzirkulation aufgenommen wird, daß gegebenenfalls sogar eine gezielte Leckage der Hochdruckdichtung vorgesehen und damit ein unerwünschter Verschleiß dieser Hochdruckdichtung verhindert werden kann, und daß über die Spülzirkulation sogar noch eine Kühlung der Dichtungen erhalten wird, die dazu führt, daß gegebenenfalls die zulässige Temperatur des zu fördernden Mediums erhöht werden kann.

Die Spühlzirkulation kommt zwangsläufig aufgrund der Pulsierung im Saugraum oder aufgrund des im Saugraum entstehenden Druckgefälles zustande, wobei durch die Speisung der Zirkulation aus dem Saugraum der zusätzliche Vorteil erhalten wird, daß aufgrund des sich im Zirkulationskreis einstellenden geringen Druckes der Querschnitt der Verbindungskanäle unkritisch ist und die angestrebten Schmier- und Kühlungseffekte bereits mit einer geringen Menge von im Zirkulationskreis umlaufendem Wasser erzielt werden können.

Vorzugsweise sind die Niederdruckdichtungen in einem·Schalenteil angeordnet, wobei die in diesem Schalenteil ausgebildeten

Aufnahmeräume für die Niederdruckdichtungen zum Zwecke der Gewährleistung der Spülzirkulation über Flachkanäle untereinander verbunden sind.

Dieses Schalenteil wird zweckmäßigerweise unter Abdichtung gegen das Saug-Druckgehäuse durch Klemmung zwischen Antriebsgehäuse und Saug-Druckgehäuse gehaltert. Die Verbindungskanäle zwischen dem Saugraum und dem Schalenteil münden bevorzugt sowohl saugraumseitig als auch schalenteilseitig in den seitlichen Randbereichen, so daß der im Saugraum auftretende und die Zirkulation der Flüssigkeit über die Niederdruckdichtung gewährleistende Druckunterschied oder die den entsprechenden Effekt bewirkenden Pulsationen optimal ausgenutzt werden und außerdem auch eine einwandfreie Umspülung der Niederdruckdichtungen gewährleistet ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung, die sowohl mit als auch ohne Eigenschmierungs-Zirkulation verwendet werden kann, zeichnet sich dadurch aus, daß eines der beiden Ventile, die jeder Pumpkammer zugeordnet sind, in einer axialen Verlängerung der Pumpkammer und das andere Ventil in einem zur Pumpkammerverlängerung zumindest im wesentlichen senkrechten Gehäuseteil angeordnet ist, wobei beide Ventile über die Lage dieser Ventile fixierende Schraubstöpsel unmittelbar zugänglich sind. Bevorzugt sind dabei die Saugventile in den axialen Verlängerungen der Pumpkammern angeordnet.

Diese unmittelbare Zugänglichkeit der Saug- und Druckventile erbringt hinsichtlich des Gesamtaufbaus der Pumpe und insbesondere bezüglich der Wartung erhebliche Vorteile. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die jeweils am Pumpkammerboden abgestützte Hochdruckdichtung über ein Distanzelement und eine Ventilhalterung mittels des Schraubstöpsels zu fixieren und auf diese Weise zu erreichen, daß sämtliche Bestandteile nach Entfernen des Schraubstöpsels problemfrei und ohne besondere Werkzeuge auswechselbar sind. Diese Aus-

wechselbarkeit von Hochdruckdichtung und Ventil ohne jegliche Demontage des Saug-Druckgehäuses oder von Teilen des Saug-Druckgehäuses und ohne Entfernung von Saug- und/oder Druckleitungen ist für den Benutzer in der Praxis von großem Vorteil, da diese Auswechslung ohne besondere Sachkenntnis schnell und problemfrei vorgenommen werden kann.

Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung besteht das Distanzelement aus einer Druckfeder, wobei zumindest in diesem Falle die Betriebslage des Schraubstöpsels durch einen Festanschlag definiert ist.

Durch die Verwendung einer Druckfeder in Verbindung mit einem Festanschlag des Schraubstöpsels kann einerseits der auf die Hochdruckdichtung wirkende Vorspanndruck exakt vorgegeben werden und andererseits werden eventuell vorhandene Fertigungstoleranzen automatisch ausgeglichen und Temperaturdehnungen der Hochdruckdichtung aufgenommen. Da aufgrund des Festanschlags des Schraubstöpsels die konstruktiv vorgegebenen Spannbedingungen zwangsläufig erreicht werden und ein Überspannen nicht möglich ist, wird auch die Montage erleichtert und beim Auswechseln von Verschleißteilen sichergestellt, daß die ursprünglich vorgegebenen Bedingungen stets zwangsläufig wieder erhalten werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Plungerpumpe mit drei Plungern,

Fig. 2 eine Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie E-H in Fig. 1, und

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Fig. 3 eine Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie A-D in Fig. 1.

Die Vorderansicht einer Plungerpumpe nach Fig. 1 läßt ein Antriebsgehäuse 10 erkennen, in das eine Antriebswelle 11 führt und an das ein Saug-Druckgehäuse 12 angesetzt ist, das mit dem Antriebsgehäuse über mehrere Schraubbolzen 13 verbunden ist.

Im Antriebsgehäuse 10 ist eine Kurbelwelle gelagert, die über Pleuel und Kreuzköpfe die drei vorgesehenen und sich in das Saug-Druckgehäuse 12 erstreckendenPlunger antreibt.

Fig. 1 zeigt auch bereits das Grundkonzept der freien Zugänglichkeit der im Saug-Druckgehäuse 12 angeordneten Ventile, das darin besteht, jedem der in einer Pumpkammerverlängerung 14 angeordneten Saugventile und der in einem den Druckraum festlegenden Gehäuseansatz 16 angeordneten Druckventile einen Schraubstöpsel 15 bzw. 17 zuzuordnen, über den diese Ventile sowie weitere Einbauteile unmittelbar zugänglich sind.

Druckanschlüsse 18 sind an den seitlichen Stirnflächen des Gehäuseansatzes 16 und Sauganschlüsse 19 an den seitlichen Stirnflächen der Druckraumverlängerung 14 vorgesehen. Für die Funktion der Pumpe ist dabei unwesentlich, ob jeweils beide Anschlüsse genutzt oder nur ein einziger Anschluß verwendet wird.

Die Schnittansicht nach Fig. 2 zeigt einen Plunger 20, der in einer Pumpkammer 22 des Saug-Druckgehäuses 12 hin- und herbeweglich ist. Dieser Plunger 20 trägt bevorzugt eine Keramikhülse, die mittels einer das Festspannen dieser Hülse gewährleistenden Mutter 21 befestigt ist.

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- ίο -

An der Eintrittsstelle des Plungers 20 in die Pumpkammer 22, d.h. am bodenseitigen Ende der Pumpkaramer 22 ist eine Hochdruckdichtung 23 angeordnet. Diese Hochdruckdichtung 23 wird mit einer vorgegebenen Kraft mittels einer Druckfeder 24 fixiert, wobei das von der Dichtung abgewandte Ende der Druckfeder 24 an einer einem Saugventil 25 zugeordneten Halterung 26 abgestützt ist, welche wiederum am Schraubstöpsel 15 anliegt, dessen Betriebslage durch einen Anschlagbund 28 definiert ist. Der sich quer zu den drei Pumpkammern der Pumpe erstreckende Saugraum ist mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet.

Durch die Abstützung der Hochdruckdichtung 23 über die Feder 24 und die durch den Anschlag 28 definierte Lage des Schraubstöpsels 15 ist die Vorspannung der Dichtung 23 eindeutig vorgegeben, d.h. es ist weder möglich, bei Montage oder Wartung zu geringe oder zu hohe Spanndrücke zu erhalten, sofern nur darauf geachtet wird, daß der Schraubstöpsel 15 fest gegen seinen Anschlag angezogen wird.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß im Falle einer erforderlichen Auswechslung der Hochdruckdichtung 23 und/oder des Saugventils 25 lediglich der Schraubstöpsel 15 gelöst werden muß, worauf dann sämtliche koaxial zueinander angeordneten Teile aus der Bohrung gezogen bzw. geschoben werden können. Außerdem ist es möglich, die auf dem Plunger 20 vorgesehene Keramikhülse nach Lösen der Befestigungsschraube 21 auszuwechseln. Diese Wartungsarbeiten erfordern keine besondere Sachkenntnis und können demgemäß auch vom Benutzer durchgeführt werden, da bei Einhaltung der vorgegebenen Reihenfolge des Einbaus der einzelnen Bestandteile keine Fehlmontagen auftreten können und außerdem der erforderliche Spanndruck der Hochdruckdichtung nach erfolgtem Anziehen des Schraubstöpsels 15 zwangsläufig erhalten wird.

Eine entsprechend einfache Auswechslung des Druckventils 29
wird durch den Schraubstöpsel 17 gewährleistet, da nach Entfernen dieses ebenfalls mit einem Anschlagbund versehenen
Schraubstöpsel 17 die in den Druckraum 31 eingreifende Halterung 30 des Druckventils problemfrei erfaßt und damit auch dieses Ventil ausgewechselt werden kann.

Beim Betrieb der Hochdruckpumpe ergibt sich zwangsläufig zumindest nach einer gewissen Zeit eine bestimmte Leckage über die Hochdruckdichtung 23, die zwar in einem gewissen Ausmaß
im Hinblick auf die Schmierung dieser Hochdruckdichtung erwünscht ist, aber im Laufe der Zeit ständig zunehmen kann
und zu einem unerwünschten Tropfen der Pumpe und zu Leistungseinbußen führt.

Ein ganz wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Eigenschmierung der erforderlichen Dichtungen in Verbindung mit einer praktisch vollständigen Beseitigung einer ins Freie gelangenden Leckage.

Dazu ist jeder Hochdruckdichtung 23 eine Niederdruckdichtung 34 zugeordnet, die in eine vom Saugraum 27 kommende und wieder in diesen Saugraum 27 zurückgeführte Zirkulation über Kanäle 32, 32' eingeschaltet ist.

Die den einzelnen Plungern 20 zugeordneten Niederdruckdichtungen sind dabei in einem Schalenteil 33 angeordnet, das unter Abdichtung gegenüber dem Saug-Druckgehäuse 12 zwischen Antriebsgehäuse 10 und Saug-Druckgehäuse 12 festgeklemmt ist. Zu diesem Zweck ist das Antriebsgehäuse 10 mit einer das Schalenteil 33 aufnehmenden Ausnehmung 36 versehen, wobei das Schalenteil vorzugsweise in der Ausnehmung 36 ein gewisses Spiel besitzt, um eine problemfreie axiale Ausrichtung zu gewährleisten.

Die Schnittansicht nach Fig. 3 zeigt im einzelnen den Eigen-

schmierungs-Zirkulationskreis, der von dem Saugraum 27 ausgeht, über einen im bodenseitigen Bereich des Saug-Druckgehäuses angeordneten Kanal 32 zu dem die Niederdruckdichtungen

34 aufnehmenden Schalenteil 33 führt, dort im seitlichen Randbereich in einen sich im wesentlichen über die Breite des Schalenteils erstreckenden und mit den Aufnahmeräumen der Niederdruckdichtungen 34 in Verbindung stehenden Flachkanal

35 mündet, so daß aufgrund der sich im Saugraum 38 ausbildenden Pulsationen oder der dort vorhandenen geringen Druckdifferenz eine Strömung vom Saugraum zu den einzelnen Niederdruckdichtungen entsteht. Diese Strömung wird über einen vorzugsweise symmetrisch zum Kanal 32 liegenden weiteren Kanal 32' wieder in den Saugraum 27 zurückgeführt.

Da die Umwälzung der zirkulierenden Flüssigkeit bereits durch geringe Druckunterschiede gewährleistet wird, können die Querschnitte der Verbindungskanäle 32, 32' vergleichsweise groß gewählt werden, so daß im Betrieb keine Gefahr des Zulegens dieser Kanäle besteht.

Durch die Zirkulation ergibt sich auch ein erwünschter Kühlungseffekt für die Dichtungen, die praktisch immer zumindest im wesentlichen auf der Temperatur des jeweils geförderten Mediums gehalten werden können, so daß die bei konventionellen Pumpen sich einstellende Differenz zwischen der Temperatur des geförderten Mediums und der erhöhten Temperatur der Dichtungen zumindest weitestgehend ausgeschaltet werden kann und damit ohne Gefahr für die Dichtungen die zulässige Fördertemperatur erhöht werden kann.

Die Beseitigung von ins Freie gelangender Leckage stellt insbesondere in Verbindung mit dem Wegfall von Fremdschmierung einen weiteren wesentlichen Vorteil dar, so daß durch die Erfindung insgesamt gesehen die Funktion der Pumpe verbessert, die Wirtschaftlichkeit und die Betriebssicherheit erhöht und die Wartung vereinfacht wird.

Die in Figur 2 deutlich zu sehende L-Form des Pump- bzw. Saug-Druckgehäuses ermöglicht nicht nur eine besonders günstige, insbesondere automatische Fertigung, sondern erbringt im Vergleich zu herkömmlichen Saug-Druckgehäusen eine erhebliche Gewichtsersparnis, die sich in entsprechender Weise in den Herstellkosten niederschlägt.

Die Verbindung des geringgewichtigen Saug-Druckgehäuses mit dem Antriebsgehäuse ist unproblematisch, da die in den Pumpkammern auftretenden Drücke voll von dem Saug-Druckgehäuse aufgenommen werden und somit die die Verbindung zwischen Antriebsgehäuse und Saug-Druckgehäuse gewährleistenden Schraubbolzen nicht mit diesen Pumpkammerdrücken beaufschlagt werden. Demgemäß sind zur Verbindung von Saug-Druckgehäuse und Antriebsgehäuse auch lediglich vorzugsweise vier Schraubbolzen 13 erforderlich, von denen zweckmäßigerweise zwei in der Ebene der Pumpkammer-Längsachsen seitlich neben der Pumpkanunerreihe und zwei weitere Schraubbolzen unterhalb und angrenzend an die Pumpkammerreihe vorgesehen sind. Die Verbindung von Antriebsgehäuse und Saug-Druckgehäuse ist auch deshalb unproblematisch, weil zwischen diesen beiden Gehäusen aufgrund der Ausgestaltung des Saug-Druckgehäuses keine besonderen Paßflächen erforderlich sind.

Leerseite

Claims

- Patentansprüche -

.) Hochdruckpumpe, insbesondere zur Förderung von Wasser und von mit Zusätzen versehenem Wasser, mit mehreren über eine in einem Antriebsgehäuse gelagerte Kurbelwelle angetriebenen Plungern, deren freies Ende jeweils in einer zylindrischen, eine Hochdruckdichtung aufnehmenden und zumindest einen Teil einer Pumpkammer bildenden Bohrung eines Saug-Druckgehäuses geführt ist, das mit dem Antriebsgehäuse verbunden und mit einem Saugraum und einem Druckraum mit jeweils wenigstens einem Saug- und Druckanschluß versehen ist, wobei zwischen Saug- bzw. Druckraum und jeder der nebeneinanderliegenden Pumpkammern unter Federvorspannung stehende Ein- und Auslaßventile angeordnet sind, da-

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durch gekennzeichnet , daß jeder Plunger-Hochdruckdichtung (23) eine in eine Spülzirkulation geschaltete Niederdruckdichtung (34) zugeordnet ist, und daß die Spülzirkulation über Verbindungskanäle (32, 32') zwischen den Aufnahmeräumen der Niederdruckdichtungen und dem Saugraum (27) ausgebildet ist.
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Niederdruckdichtungen (34) zwischen dem Saug- und Druckgehäuse (12) und dem Antriebsgehäuse (10) angeordnet sind.
3. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Niederdruckdichtungen (34) in einem Schalenteil (33) angeordnet sind, und daß die in diesem Schalenteil ausgebildeten Aufnahmeräume für die Niederdruckdichtungen zum Zwecke der Gewährleistung der Spülzirkulation über Flachkanäle (35) untereinander verbunden sind.
4. Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Niederdruckdichtungen (34) und dem Saugraum (27) zwei Verbindungskanäle (32, 32') vorgesehen sind, welche sowohl saugraumseitig als auch schalenteilseitig in den seitlichen Randbereichen münden.
5. Hochdruckpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungskanäle (32,32') durch die bodenseitige Wandung des Saug-Druckgehäuses (12) verlaufen.
6. Hochdruckpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalenteil (33) unter Abdichtung gegen das Saug-Druckgehäuse (12) durch Klemmung zwischen Antriebsgehäuse (10) und Saug-Druckgehäuse (12) gehaltert ist.
7. Hochdruckpumpe, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Ventile (25, 29),die jeder Pumpkammer (22) zugeordnet sind, in einer axialen Verlängerung (14) der Pumpkammer und das andere Ventil in einem zur Pumpkammerverlängerung zumindest im wesentlichen senkrechten Gehäuseteil (16) angeordnet ist, und daß beide Ventile (25, 29) über die Lage dieser Ventile fixierende Schraubstöpsel (15, 17) unmittelbar zugänglich sind.
8. Hochdruckpumpe nach Anspruch■7, dadurch gekennzeichnet , daß die Saugventile (25) in den axialen Verlängerungen (14) der Pumpkammern (22) angeordnet sind.
9. Hochdruckpumpe nach Anspruch 7 und 8, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die jeweils am Pumpkammerboden abgestützte Hochdruckdichtung (23) über ein Distanzelement und eine Ventilhalterung (26) mittels des Schraubstöpsels (15) fixiert ist und daß diese koaxial angeordneten Bestandteile nach Entfernen des Schraubstöpsels auswechselbar sind.
10. Hochdruckpumpe nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Distanzelement aus einer Druckfeder (24) besteht und die Betriebslage des Schraubstöpsels (15) durch einen Festanschlag (28) vorgegeben ist.
11. Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß Saugraum (27) und Druckraum (31) sich jeweils quer zu den Achsen der Saug- bzw. Druckventile erstrecken und daß die Saug- und Druckanschlüsse (19, 18) an den seitlichen Stirnflächen der den Saugraum und den Druckraum festlegenden Gehäuseteile vorgesehen sind.
- Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest der in die jeweilige Pumpkammer (22) eingreifende Teil eines jeden Plungers (2O) mit einer austauschbaren Hülse versehen ist, die auf dem Plunger mittels einer stirnseitig angebrachten Schraubmutter fixiert und über die mittels des Schraubstöpsels (15) verschließbare öffnung auswechselbar ist.
13. Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Saug-Druckgehäuse im Längsschnitt L-förmig ausgebildet ist.
14. Hochdruckpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß in jeder Pumpkammer (22) die Bodenwandung, durch die der jeweilige Plunger (20) geführt ist, die druckaufnehmende Stützfläche für die Hochdruckdichtung

(23) bildet.
15. Hochdruckpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das L-förmige Saug-Druckgehäuse mit dem Antriebsgehäuse über vier Sehraubbolzen (13) verbunden ist, die angrenzend an die Umfangskontur des L-förmigen Saug-Druckgehäuses angeordnet sind.
16. Hochdruckpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Schraubbolzen seitlich und in der Ebene der Pumpkammerachse und zwei weitere Schraubbolzen unterhalb der Pumpkammern angeordnet sind.