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Abdichtung für einen Hochdruckkolben
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Die Erfindung betrifft eine Abdichtung für einen Hochdruckkolben,
der in der Bohrung einer ihn umschließenden Dichtbüchse liegt, deren Umfangsfläche
mit dem Druckraum des die Dichtbüchse aufnehmenden Hochdruckzylinders in Verbindung
steht.
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Es gehören Abdichtungen für hin- und hergehende Kolben, Stangen oder
sich drehende Wellen zum Stand der Technik, die mit einer den Kolben oder die Welle
umschließenden Dichtbüchse ausgestattet sind. Sie dienen vor allem zur Abdichtung
von Kolben für hohe Drücke und insbesondere zur Förderung nicht schmierender, niederviskoser
Flüssigkeiten. Um auch bei diesen Flüssigkeiten sowie bei hohen Drücken und hohen
Gleitgeschwindigkeiten einen einwandfreien Abschluß zu erzielen, ist die Dichtbüchse
mit einem im wesentlichen innerhalb ihrer radialen elastischen Verformbarkeit liegenden
axialen Spalt gegenüber dem abzudichtenden Kolben ausgestattet. Begrenzt wird die
Dichtbüchse umfangsseitig von einem Spaltraum, der zur Hochdruckseite des Kolbens
hin axial geöffnet ist und der sich im wesentlichen über die ganze Länge des Axialspaltes
der Dichtbüchse bis zu einem Bereich erstreckt, der sich an dem der Hochdruckseite
abgewandten Ende der Dichtbüchse befindet (DE-OS 22 04 162).
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Ferner gehören Druckübersetzer zum vorbekannten Stand der Technik,
deren Hochdruckzylinder mit je einer den Hochdruckkolben umschließenden Dichtungsbüchse
ausgestattet ist. Diese Dichtungsbüchse besitzt umfangsseitig eine sich über den
größten Teil ihrer Länge erstreckende Eindrehung, die an beiden Enden durch je einen
Büchsenbund, der schließend in der die Büchse aufnehmenden Bohrung des Hochdruckzylinders
liegt, abgeschlossen ist.
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In den so gebildeten Raum zwischen Biiehsenumfang und Zylinderbohrung
mündet eine Druckmittelleitung ein, über die die Dichtbüchse umfangsseitig mit einem
Druckmittel einstellbaren Druckes beaufschlagt werden kann. Das Spiel zwischen der
Büchsenbohrung
und dem sich in ihr bewegenden Hochdruckkolben läßt
sich durch entsprechende Wahl des Beaufschlagungsdruckes und der dadurch bedingten
Verformung der Dichtungsbüchse auf ein Mindestmaß einstellen und so die Größe der
Leckverluste im gewünschten Sinne beeinflussen (deutsche Patentanmeldung P 30 18
625.5).
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Während bei der Ausführung nach der DE-OS 22 04 162 der auf die Umfangsfläche
der Dichtungsbüchse einwirkende Flüssigkeitsdruck ständig im Rhythmus des Kolbenhubes
zwischen Null und einem vom maximalen Arbeitsdruck des Kolbens abhängenden Höchstwert
schwankt, ist der auf die Dichtbüchse einwirkende Flüssigkeitsdruck bei der Ausführung
nach der deutschen Patentanmeldung P 30 18 625.5 konstant. Eine Anpassung der FormSnderung
der Dichtbüchse an die radiale Weite des zwischen Hochdruckkolben und Büchsenbohrung
vorhandenen Spaltes ist bei der erstgenannten Ausführung nicht möglich und daher
der angestrebte dichte Abschluß des Hochdruckkolbens nicht in optimaler Weise erreichbar.
Bei der Ausführung nach der letztgenannten deutschen Anmeldung läßt sich dagegen
zwar die Verformung der Dichtungsbüchse auf das vorhandene radiale Spiel zwischen
Büchse und Hochdruckkolben über die Höhe des Beaufschlagungsdruckes einstellen,
es muß dabei allerdings in Kauf genommen werden, daß dieser verhältnismäßig hohe
Druck ständig auf die Dichtungsbüchse einwirkt, und zwar sowohl beim Arbeitshub
als auch beim Saughub des Hochdruckkolbens.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abdichtung für einen Hochdruckkolben
zu schaffen, die sich durch einen Beaufschlagungsdruck ihrer Dichtungsbüchse auszeichnet,
der nur während des Arbeitshubes durch den im Druckraum des Hochdruckzylinders herrschenden
Flüssigkeitsdruck beeinflußt wird.
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Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von der eingangs erläuterten
Abdichtung aus und schlägt vor, in die den Druckraum mit dem Umfang der Dichtbüchse
verbindende Flüssigkeits-
zeitung einen Zylinder einzuschalten,
dessen Kolben einerseits mit dem Druckraum und andererseits mit dem Umfang der Dichtbüchse
in Verbindung steht. Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Abdichtung läßt
sich die den Hochdruckkolben umschließende Dichtbüchse nicht nur mit einem vorgegebenen,
auf das zwischen Hochdruckkolben und der Bohrung der Dichtungsbüchse vorhandene
Spiel abgestellten Druck beaufschlagen, der ständig wirksam ist und vor allem den
beim Saughub herrschenden Druckverhältnissen Rechnung trägt, sondern es wird, wegen
der Verbindung des Dichtbilchsenumfanges mit dem Druckraum des Hochdruckzylinders,
auch den Druckspitzen Rechnung getragen, die beim Arbeitshub des Hlochdruckkolbens
auftreten. Demnach wird die bei jedem Kolbenhub periodisch auftretende Verformung
der Dichtbüchse auf das für den Arbeitshub unumgänglich notwendige Maß beschränkt
und nicht, wie bei den bekannten Abdichtungen, ständig auf einem maximalen Wert
gehalten oder aber fortwährend zwischen Null und einem Höchstwert im Hubrhythmus
geändert. Es liegt auf der Hand, daß sich die Lebensdauer der erfindungsgemäßen
Dichtbüchse dadurch erheblich verlängert, nicht zuletzt, weil der sich mit der Reibung
zwischen Hochdruckkolben und Dichtbüchsenbohrung vermindernde Verschleiß und mit
ihm auch die Verlustleistung des Pumpenantriebes abnimmt.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann der Zylinder mit einem
stirnseitigen Anschlag versehen sein, der in den mit der Dichtbüchse verbundenen
Zylinderraum hineinragt, axial verstellbar ist und den Hub des Kolbens begrenzt.
Uber diesen Anschlag läßt sich der auf den Dichtbüchsenumfang einwirkende Beaufschlagungsdruck
in der jeweils gewünschten Höhe einstellen, der dann unter dem Einfluß des Arbeitshubes
von dem jeweils im Druckraum des Hochdruckzylinders herrschenden Druck überlagert
wird. Darüber hinaus kann bei Hochdruckzylindern, die für extreme Arbeitsdrücke
ausgelegt sind, der den Hubweg des Kolbens begrenzende Anschlag auch zur Begrenzung
des auf dem Dichtbüch senumfang lastenden Flüssigkeitsdruckes genutzt werden.
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Es ist aber auch möglich, anstelle des Kolbens eine disnnwan-
dige,
elastische Membrane vorzusehen, die in ihrer Mitte eine dem Anschlag als Anlagefläche
dienende Erhebung aufweist und deren Rand auf seiner ganzen Länge zwischen zwei
Zylinderhälften verspannt ist. Die Membrane schließt die beiden durch sie voneinander
getrennten Zylincierräume hermetisch gegeneinander ab und verhindert jeden Flüssigkeitsübertritt.
Bei der Verwendung unterschiedlicher Flüssigkeiten, wenn beispielsweise zur Beaufschlagung
der Dichtbüchse Hydraulikflüssigkeit benutzt wird, schließt die Membrane jede Vermischung
dieser Flüssigkeit mit der von dem Hochdruckzylinder geförderten Flüssigkeit aus.
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Es gehören elastische Metallmembranen zum vorbekannten Stand der Technik
(vergleiche Druckschrift "Membran-Kompressoren" der Fa. Hofer, Mülheim/Ruhr). Sie
dienen zum schmiermittelfreien Komprimieren oder Fördern technischer Gase und Gasgemische
bei Kompressoren.
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Von Vorteil ist es, wenn der mit der Dichtbüchse verbundene Zylinderraum
auch mit der Saugleitung des Hochdruckzylinders verbindbar ist. Es lassen sich dann
Zylinderraum und Dichtbüchse mit der von dem Hochdruckzylinder geförderten Flüssigkeit
beaufschlagen, und es führen eventuell auftretende Undichtigkeiten des Kolbens bzw.
der Membrane, die beide einerseits vom Druckraum des Hochdruckzylinders beaufschlagt
sind und andererseits mit dem Dichtbüchsenumfang in Verbindung stehen, nicht zu
einer Vermischung unterschiedlicher Flüssigkeiten und damit zu einer Veränderung
des Kompressionsfaktors. Der Kompressionsfaktor, also die Größe der Kompression,
die den jeweils mit Hilfe des Anschlages eingestellten Beaufschlagungsdruck der
Dichtbüchse wesentlich beeinflußt, bleibt dann stets konstant.
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In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt des Hochdruckzylinders; Fig. 2
den mit einer Membrane versehenen Zylinder
als Einzelheit in einem
Schnitt.
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Der Hochdruckkolben 1 des in einem Teilschnitt dargestellten Hochdruckzylinders
2 wird von einer Dichtbüchse 3 umschlossen, die umfangsseitig mit einer Eindrehung
4 versehen ist, die sich über einen Teil der Dichtbüchsenlänge erstreckt. Die Eindrehung
4 der Dichtbüchse 3 ist mit einer Bohrung 5 verbunden, die in den Zylinderraum 6
einmündet, der sich innerhalb des Gehäuses 7 des Hochdruckzylinders 2 befindet.
Stirnseitig ist die Dichtbüchse 3 mit einem Bund 8 ausgestattet, der in eine Eindrehung
9 der Stirnfläche des Hochdruckzylinders 2 eingreift. Ein Dichtring 10 schließt
das andere Ende der Umfangsfläche der Dichtbüchse 3 ab. Er ist in einer Eindrehung
der Bohrung des Hochdruckzylinders 2 untergebracht. Eine Flüssigkeitsleitung 12
verbindet den Druckraum 11 des Hochdruckzylinders 2 mit dem Zylinderraum 6. Der
in diesem Zylinderraum untcrgebrachte Kolben 13 wirkt unter dem Beaufschlagungsdruck
des Hochdruckzylinders 2 auf die vor ihm anstehende Hydraulikflüssigkeit 14 ein
und beaufschlagt über die Bohrung 5 den innerhalb der Eindrehung 4 liegenden Teil
des Dichtbilchsenumfanges. Über eine mit einem Rückschlagventil 15 ausgestattete
Leitung 16 gelangt die Hydraulikflüssigkeit 14 in den Zylinderraum 6 und kann über.
eine nicht dargestellte Flüssigkeitsleitung bei Bedarf wieder abgtlassen werden.
Der Zylinderraum 6 ist durch einen Gewindeeinsatz 17 verschlossen, der mit einem
silber ein Gewinde axial verstellbaren Anschlag 18 ausgestattet ist. Dieser Anschlag
18, der den Weg des ihm gegenüberliegenden Kolbens 13 begrenzt, läßt sich über zwei
Schlüsselflächen 19 verstellen und durch eine Kontermutter 20, die auf den Gewindeansatz
21 aufgeschraubt ist, sichern. Ein Dichtungsring 23 umschließt den zylinderförmigen
Abschnitt 22 des Anschlages 18 flüssigkeitsdicht. Auch der dem Anschlag 18 gegenüberliegende
Kolben 13 wird von einem Dichtungsring 24 umschlossen, der in einer Ringnut des
Zylinderraumes untergebracht ist. Er schließt die beiden durch den Kolben 13 voneinander
getrennten Zylinderräume flüssigkeitsdicht gegeneinander ab und trennt die sich
auf gegenüberliegenden Kol-
benstirnflächen befindlichen unterschiedlichen
Medien voneinander.
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Wie die Figur 2 zeigt, kann der Hochdruckzylinder 2 auch mit einem
separaten Zylindergehäuse 25 versehen sein, das aus zwei miteinander verschraubten
Hälften 25a,25b besteht. Über die Leitung 26 tritt hier die von der Druckseite des
Hochdruckkolbens 1 stammende Hochdruckflüssigkeft in das Zylindergehäuse 25 ein
und gelangt über die Bohrung 27 in den Raum 28, wo sie eine elastische Metallmembrane
29 beaufschlagt, deren Rand fest zwischen den beiden Gehäusehälften 25a,25b verspannt
ist. Diese Metallmembrane 29 besitzt auf ihrer gegenüberliegenden Seite eine Erhebung
30, mit der sie sich an der Stirnfläche des zylinderförmigen Abschnittes 22 des
Anschlages 18 abstützt. Infolge der Elastizität der Membrane 29 teilt sich der von
dem Hochdruckzylinder stammende Beaufschlagungsdruck der Hydraulikflüssigkeit auch
der auf der gegenüberliegenden Membranseite befindlichen Flüssigkeit mit und wird
in gleicher Größe auf dem Umfang der Dichtbüchse 3 wirksam, die über eine Bohrung
31 und die Leitung 32 mit dem Raum 33 des Zylindergehäuses 25 verbunden ist.
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Anstelle der mit 14 bezeichneten besonderen Hydraulikflüssigkeit kann
auch über eine nicht dargestellte Flüssigkeitsleitung in beiden Ausführungsbeispielen
die Saugseite des Hochdruckzylinders 2 mit der Leitung 16 verbunden werden, falls
es aus irgendwelchen Gründen zweckmäßig sein sollte, auf beiden Kolben-oder Membranseiten
gleiche Flüssigkeiten zu verwenden.