DE3310184A1

DE3310184A1 - Bewegliche stopfbuchse

Info

Publication number: DE3310184A1
Application number: DE19833310184
Authority: DE
Inventors: Friedrich 2059 Büchen Stahlkopf
Original assignee: OT Pumpen & Co Kg 2059 Buechen GmbH; O T PUMPEN GmbH and Co KG
Current assignee: Abel Pumpen & Co Kg 2059 Buechen De GmbH
Priority date: 1983-03-21
Filing date: 1983-03-21
Publication date: 1984-10-04

Description

Firma _ 3 · ²⁰⁵⁹ Buchen, den 17. März 1983

O.T. Pumpen Berliner Str. 10

GmbH & Co. KG

Tel. 04155 / 20 71 2059 Buchen

PATENTANMELDUNG Anmelder:

O.T. Pumpen GmbH & Co. KG
Berliner Str. 10, 2059 Buchen

Bewegliche Stopfbuchse

Die Erfindung betrifft eine bewegliche Stopfbuchse, insbesondere für kreuzkopfgelagerte Kolbenstangen von Kolbenpumpen, die feststoffhaltige abrasive Fluide fördern, mit Dichtelementen, die ihre radiale Anpressung an die Kolbenstange überwiegend durch axiale, mittels Federdruck erzeugte Vorspannkräfte erhalten und die sich selbst nachstellen.

Stopfbuchsen der vorgenannten Art haben die Aufgabe, eine translatorisch bewegte Kolbenstange, die einerseits im Kreuzkopf und andererseits im Kolben gelagert ist, derart gegen das Gehäuse abzudichten, daß das zu fördernde Fluid nicht aus dem Zylinderraum der Pumpe in die Umgebung austreten kann.

Eine begrenzte Quer-, oft aber auch zusätzlich eine begrenzte Winkelbeweglichkeit der Packungsbuchse ist dann zweckmäßig, wenn zwischen Kreuzkopfführung und Zylinderlaufbüchse mehrere zentrisch ineinandergreifende Bauteile angeordnet sind, die jeweils bestimmte Paßtoleranzen aufweisen. Durch mögliche Additionen dieser Paßtoleranzen kann es im ungünstigsten Fall zu einer Schräglage der Kolbenstange oder aber zu einem Querversatz des Stopfbuchsengehäuses in bezug auf die Kolbenstangenmitte kommen. Eine weitere Ursache für eine Querbewegung der Kolbenstange kann deren relativ große Länge sein, die dazu führt, daß die Kolbenstange unter den Kräften beim Druckhub im Bereich der Stopfbuchse elastisch ausknickt.

Durch Verwendung von quer- und winkelbeweglichen Packungsbuchsen kann der Packungsverschleiß in all den Fällen merklich reduziert werden, in denen dia Kolbenstange nicht nur translatorische Bewegungen in Richtung ihrer Achse, sondern auch zusätzlich überlagerte Quer- und Winkelbewegungen ausführt.

Es ist bekannt, bei Heißdampflokomotiven zur Erfüllung der vorgenannten Erfordernisse Stopfbuchsen vorzusehen, die eine innenliegende lange Feder zur axialen Anpressung der Dichtelemente aufweisen und bei denen die Quer- und Winkelverschieblichkeit der ganzen Packungsbuchse mit Hilfe von Ringen, die durch geschliffene und abdichtende Scheibenoder Kugelflächen begrenzt sind, erreicht wird. Eine derartige Ausführungsform ist beispielsweise im Ingenieur-Taschenbuch Hütte,, Maschinenbau, Teil A, 28. Auflage, Seite 584, Bild 34, dargestellt.

Die bekannte Ausführungsform einer beweglichen Stopfbuchse ist für Kolbenpumpen, die feststoffhaltige abrasive Fluide fördern, ungeeignet, da die freie und ungehinderte Verschiebbarkeit des auf die Packung einwirkenden, von der Feder beaufschlagten Teils nicht gewährleistet ist. Feststoffhaltiges Fluid kann in die Kammer der innenliegenden Feder eindringen und die notwendige _"'.Na.chstellbewegung der verschieblichen Teile behindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stopfbuchsen mit quer- und winkelbeweglicher Packungsbüchse für Kolbenpumpen derart auszubilden, daß bei Förderung von"festkörperhaltigen abrasiven Fluidan höchstmögliche !Lebensdauer und Betriebssicherheit der gesamten Stopfbuchse und unbehinderte Selbstnachstellung der Dichtelemente erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine die Dichtelemente aufnehmende Packungsbuchse querbeweglich mit ihrem Bodenteil gegen einen die Kolbenstange mit relativ großem Spiel aufnehmenden Winkelausgleichring und der Winkelausgleichring andererseits winkelbeweglich gegen einen Nachstellring, den die Kolbenstange mit relativ großem Spiel durchdringt, abgedichtet ist, daß die äußere Mantelfläche des Nachstellrings in einer Führungsbohrung eines Zwischenflansches geführt und gegen eine Federkammer abgedichtet ist, und daß die Federkammer über wenigstens zwei Spülkanäle mit dem Zylinderraum der Kolbenpumpe verbunden ist.

Für den Fall, daß die Winke!verschiebung der Kolbenstange vernachläßigt werden kann und nur die Querverschiebung bzw. das elastische Ausknicken der Kolbenstange in bezug auf die Stopfbuchse in Betracht zu ziehen ist, sieht eine andere Lösung vor, daß eine die Dichtelemente aufnehmende Packungsbuchse querbeweglich mit ihrem Bodenteil gegen einen Nachstellring, den die Kolbenstange mit relativ großem Spiel durchdringt, abgedichtet ist, daß die äußere Mantelfäche des Nachstellrings in einer Führungsbohrung eines Zwischenflansches geführt wird und gegen eine Federkammer abgedichtet ist, und daß die Federkammer über wenigstens zwei Spülkanäle mit dem Zylinderraum der Kolbenpumpe verbunden ist.

Die mit der Erfindung erzielten Voteile bestehen insbesondere darin, daß die Federkammer mit ihrer Feder zum Zylinderraum der Pumpe hin offenliegt und von diesem im Durchfluß gespült werden kann. Darüber hinaus ist die gegen Verschmutzung durch Festkörper empfindliche Führungsfläche des Nachstellrings zur Federkammer hin wirkungsvoll abgedichtet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Spalte zwischen Kolbenstange und den benachbarten Teilen vom Zylinderraum bis zur Stopfbuchsenpackung relativ großzügig dimensioniert sind, so daß Festkörper, die in diesen Spalt hineingetragen werden, durch die oszillierende Bewegung der Kolbenstange auch wieder herausgefördert und über die Federkammer in den Zyllinderraum der Pumpe ausgespült werden. Um eine einwandfreie Winkelbeweglichkeit der Packungsbüchse sicherzustellen, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Berührungsflächen zwischen Winkelausgleichring und Nachstellring als Kugelflächen ausgebildet sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des Nachstellrings federseitig von einer Ausnehmung begrenzt ist, die sich aus einer radial und einer axial orientierten Stützfläche zusammensetzt, und daß in der Ausnehmung ein Nutring angeordnet ist, der in seiner der Federkammer zugewandten Stirnseite einen Spreizring aufnimmt.

Durch die vorgenannte Art und Anordnung der Dichtung wird einerseits eine wirkungsvolle Abdichtung der äußeren Mantelfläche des Nachstellrings erreicht, andererseits ist diese Dichtung in der Lage, ihren eigenen Verschleiß in begrenztem Umfang selbsttätig zu kompensieren.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, einen Druckring aus einem im Vergleich zur Stopfbuchsonbrilüe elastischeren, vorzugsweise nichtmetallischen Material herzustellen. Durch diese Maßnahme wird besonders die Winkelbeweglichkeit der Packungshülse unterstützt, da ihre Verdrehung im Bereich der Stopfbuchsenbrille weniger zu Lasten der Dichtelemente als zu Lasten des elastischen Druckringes geht.

Um den Verschleiß der gepackten Dichtelemente der Stopfbuchse jederzeit ohne Demontage der gesamten Anordnung von außen kontrollieren zu können, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß ein der Stopfbuchsenbrille zugwandtes Ende der Packungsbuchse über eine Stirnseite eines Stopfbuchsengehäuses hinausragt, und daß ein Abstand zwischen der vorgenannten Stirnseite des Sbopfbuchsengehäuses und der -brille, der eine zur letzteren gerichtete axiale Verschiebung der Packungsbuchse gestattet, durch Distanzhülsen,die Verbindungsmittel zwischen dem Stopfbuchsengehäuse und der -brille umschließen, gegeben ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 einen schematisierten Mittelschnitt durch eine Kolbenpumpe im Bereich zwischen Antrieb A und Zylinderraum der Pumpe P,

Fig. 2a einen Mittelschnitt durch eine quer- und winkelbewegliche Stopfbuchse gemäß der Erfindung, wobei sich die vorgenannte Figurenbezeichnung auf die Darstellung oberhalb der Symmetrielinie der Kolbenstange bezieht und

Fig. 2b einen Mittelschnitt durch eine querbewegliche Stopfbuchse gemäß der Erfindung, wobei sich die vorgenannte Figurenbezeichnung auf die Darstellung unterhalb Kolbensymmetrielinie bezieht.

Fig. 1 zeigt, daß die Kolbenstange, die den Kreuzkopf mit dem Kolben zentrisch verbindet, durch eine Reihe von Bauteilen hindurchgeführt ist, wobei eine Addition der notwendigen Paßtoleranzen der miteinander gefügten Bauteile im ungünstigsten Fall dazu führen kann, daß ein Querversatz und/ oder eine Schräglage der Kolbenstange in bezug auf die Stopfbuchse zustande kommt. Darüber hinaus ist eine im Bereich der Stopfbuchse auftretende Querverschiebung der Kolbenstange infolge deren elastischen Ausknicken beim Druckhub möglich und zwar insbesondere dann, wenn Kolbenstangenlänge und Förderdruck relativ groß sind.

Die Figuren 2a und 2b zeigen eine in Fig. 1 mit "X" näher gekennzeichnete Einzelheit in vergrößerter Darstellung, wobei Fig. 2a oberhalb der Kolbensymmetrielinie eine quer- und winkelbewegliche Stopfbuchse und Fig. 2b unterhalb der Kolbensymmetrielinie eine querbewegliche Stopfbuchse darstellen. Symmetrische Bauteile und Merkmale sind, soweit sie in beiden Figuren Darstellung finden, nur einmal gezeichnet.

Ein Stopfbuchsengehäuse 1 (Fig. 2a und Fig. 2b) ist über einen vorzugsweise zylindrischen Ansatz Ib in einem Zwischenflansch 2 zentriert und über nicht in der Zeichenebene liegende und daher nicht dargestellte Verbindungsmittel mit diesem verbunden. Der Zwischenflansch bildet die antriebsseitige Begrenzung des Zylinderraumes Z der Kolbenpumpe. Eine sowohl durch das Stopfbuchsengehäuse 1 als auch den Zwischenflansch 2 hindurchführende Kolbenstange 3 ist von mehreren Dichtelementen S konzentrisch umschlossen, die in einer innerhalb einer Gehäusebohrung la des Stopfbuchsengehäuses 1 angeordneten Packungsbuchse 4 Aufnahme finden. An ihrem dem Zwischenflansch 2 zugewandten Ende ist die Packungsbuchse mit einem ebenen Bodent'eil 4a versehen, in welchem eine Bodenbohrung 4b zentrisch angeordnet ist, die die Kolbenstange 3 mit relativ großem Spiel umfaßt. Die Dichtelemente 8 innerhalb der Packungsbuchse 4 können, wie beispielhaft dargestellt* durch ein äußeres und ein inneres Packungsformteil 8a bzw. 8b begrenzt sein, wobei die Packungsformteile 8a, 8b jeweils von außen über einen äußeren bzw. inneren Druckring 6 bzw. 7 eine möglichst gleichmäßige axiale Anpressung erfahren. Der äußere Druckring 6 wird antriebsseitig durch eine Stopfbuchsenbrille 5 in einer axial unverschieblichen Lage gehalten, wobei ein Abstand zwischen der Stopfbuchsenbrille 5 und der dieser zugewandten Stirnseite des Stopfbuchsengehäuses 1 durch Distanzhülsen 14, die Verbindungsmittel 15 zwis dem Stopfbuchsengehäuse und der -brille 1 bzw. 5 umschließen, gegeben i

Die den vorgenannten Abstand bestimmende Länge der Distanzhülsen 14 ist so bemessen, daß der gesamte über die Lebensdauer der Dichtelemente auftretende Verschleiß, der sich über eine axiale Verschiebung der Packungsbuchse 4 in Richtung der Stopfbuchsenbrille 5 unbehindert abbildet, innerhalb des Abstandes zwischen Stopfbuchsengehäuse 1 und Stopfbuchsenbrille 5 sichtbar gemacht werden kann. Die Länge der Packungsbuchse 4 ist so bemessen, daß deren der Stopfbuchsenbrille 5 zugewandtes Ende bei unverschlissenen Dichtelementen 8 über die der Stopfbuchsenbrille 5 zugewandte Stirnseite des Stopfbuchsengehäuses hinausragt. Als Verbindungsmittel zwischen Stopfbuchsengehäuse 1 und Stopfbuchsenbrille 5 kommen vorzugsweise Stiftschrauben 15, die in Gewindegrundlöchern Ic angeordnet sind, und Muttern 16 in Frage; andere äquivalente Verbindungsmittel sind ohne weiteres anwendbar. Die über das Bodenteil 4a der Packungsbuchse 4 auf die Dichtelemente einwirkende axiale Anpreßkraft wird durch eine Druckfeder 13 erzeugt, die innerhalb einer Federkammer 2e des Zwischenflansches 2 angeordnet ist. Zur Seite des Zylinderraumes Z der Kolbenpumpe stützt sich die Druckfeder gegen einen Flanschboden 2b des Zwischenflansches 2 ab, durch dessen Kolbenstangenbohrung 2d die Kolbenstange 3 mit relativ großem radialen Spiel hindurchgeführt ist. Das andere Ende der Druckfeder 13 wird von einem ringförmigen Federteller 12 begrenzt, der einerseits die Kolbenstange 3 mit relativ großem radialen Spiel umschließt und andererseits innerhalb einer Führungsbohrung 2a des Zwischenflansches mit ausreichendem radialen Spiel geführt ist.

Eine gemäß Fig 2a zwischen dem Bodenteil 4a und dem Federteller 12 ausgebildete Stopfbuchse stellt sowohl eine Quer- als auch eine Winkelverschieblichkeit der Packungsbuchse 4 sicher. Diese wird dadurch erreicht, daß eine äußere, ebene Bodenfläche 4c des Bodenteils 4a der Packungsbuchse querbeweglich gegen einen die Kolbenstange 3 mit relativ großem radialen Spiel aufnehmenden Winkelausgleichring 9.1 abgedichtet ist, der andererseits winkelbeweglich und abgedichtet an einem Nachstellring anliegt. Zwecks beiderseitiger Abdichtung ist der Winkelausgleichring mit Nuten 9c, 9d versehen, die der Aufnahme von Dichtringen 11, 11a dienen. Die Berührungsflächen zwischen Winkelausgleichring 9.1 und Nachstellring sind zweckmäßig als Kugelflächen ausgebildet, wobei der Kugelmittelpunkt als Schnittpunkt einerseits der Kolbenstangenachse und andererseits durch eine Ebene senkrecht zur Kolbenstangenachse durch annähernd die Mitte der Packungsbuchse gegeben ist.

Die Kolbenstange 3 durchdringt den Nachstellring 9.2 zentrisch mit relativ großem radialen Spiel. Die äußere Mantelfläche des Nachstellrings 9.2 ist federseitig von einer Ausnehmung begrenzt, die sich aus einer radial und einer axial orientierten Stützfläche 9b bzw. 9a zusammensetzt. In dieser Ausnehmung ist ein Nutring 10 angeordnet, der in seiner dem Federteller 12 zugewandten Stirnseite einen Spreizring aufnimmt. Durch die Kraft der Druckfeder 13, die Sich über den Federteller auf den Spreizring 10a überträgt, wird der Nutring 10 jederzeit derart radial aufgeweitet, daß eine einwandfreie Abdichtung innerhalb der Führungsbohrung 2a sichergestellt ist. Darüber hinaus bietet diese Anordnung die Gewähr, daß der Nutring 10 seinen eigenen Verschleiß in begrenztem Umfang selbsttätig kompensieren kann. Die Federkammer 2e ist über wenigstens zwei Spülkanäle 2c mit dem Zylinderraum Z der Kolbenpumpe verbunden. Dadurch ist eine Durchspülung dieses kritischen Bereichs während des Pumpvorganges jederzeit gewährleistet. Falls eine Winkelbeweglichkeit der Packungsbuchse 4 nicht erforderlich ist, wird die Stopfbuchse im Bereich zwischen dem Bodenteil 4a der Packungsbuchse 4 und dem Federteller 12 vorteilhaft gemäß Fig. 2b ausgebildet. Der Winkelausgleichring 9.1 entfällt und ein Nachstellring 9 wird auf Seiten des Bodenteils 4a der Packungsbuchse 4 derart ausgebildet, daß die äußere, ebene Bodenfläche 4c des Bodenteils 4b querbeweglich gegen den Nachstellring 9, den die Kolbenstange 3 mit relativ großem radialen Spiel durchdringt, abgedichtet ist. Die hierzu notwendige Ausgestaltung ist im einzelnen mit der diesbezüglichen Ausgestaltung des Winkelausgleichringes 9.1 gemäß Fig. 2a identisch. Die beiden vorstehend beschriebenen Lösungen sind, mit Ausnahme der beschriebenen Unterschiede, sowohl im Hinblick auf die gegenständliche Ausbildung als auch in bezug auf ihre Funktionsweise identisch.

■Λ-

- Leerseite -

Claims

PA TENTANSPRÜCHE

Γ 1.) Bewegliche Stopfbuchse, insbesondere für kreuzkopfgelagerte Kolbenstangen von Kolbenpumpen, die feststoffhaltige abrasive Fluide fördern, mit Dichtelementen, die ihre radiale Anpressung an die Kolbenstange überwiegend durch axiale,, mittels Federdruck erzeugte Vorspannkräfte erhalten und die sich selbst nachstellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Dichelemente (8) aufnehmende Packungsbuchse (4) querbeweglich mit ihrem Bodenteil (4a) gegen einen die Kolbenstange (3) mit relativ großem radialen Spiel aufnehmenden Winkelausgleichring (9.1) und der Winkelausgleichring (9.1 andererseits winkelbeweglich gegen einen Nachstellring (9.2), den die Kolbenstange (3) mit relativ großem radialen Spiel durchdringt, abgedichtet ist, daß die äußere Mantelfläche des Nachstellrings (9.2) in einer Führungsbohrung (2a) eines Zwischenflansches (2) geführt und gegen eine Federkammer (2e) abgedichtet ist, und daß die Federkammer (2 über wenigstens zwei Spülkanäle (2c) mit dem Zylinderraum (Z) der Kolbenpumpe verbunden ist.
2. Bewegliche Stopfbuchse, insbesondere für kreuzkopfgelagerte Kolbenstangen von Kolbenpumpen, die feststoffhaltige abrasive Fluide fördern, mit Dichtelementen, die ihre radiale Anpressung an die Kolbenstange überwiegend durch axiale, mittels Federdruck erzeugte Vorspannkräfte erhalten und die sich selbst nachstellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Dichtelemente (8) aufnehmende Packungsbuchse (4) querbeweglich mit ihrem Bodenteil (4a) gegen einen Nachstellring (9), den die Kolbenstange (3) mit relativ großem radialen Spiel durchdringt, abgedichtet ist, daß die äußere Mantelfläche des Nachstellrings (9.2) in einer Führungsbohrung (2a) eines Zwischenflansches (2) geführt und gegen eine Federkammer (2e) abgedichtet ist, und daß die Federkammer (2e) über wenigstens zwei Spülkanäle (2c) mit dem Zylinderraum (Z) der Kolbenpumpe verbunden ist.
3. Bewegliche Stopfbuchse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen zwischen Winkelausgleichring (9.1) und Nachstellring (9.2) als Kugelflächen ausgebildet sind.
4. Bewegliche Stopfbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantel Hächo dps Nachstellringes (9 bzw. 9.2) federseitig von einex Ausnehmung begrenzt ist, die sich aus einer radial und einer axial orientierten Stützfläche (9b bzw. 9a) zusammensetzt, und daß in der Ausnehmung ein Nutring (10) angeordnet ist, der in seiner der Federkammer (2e) zugewandten Stirnseite einen Spreizring (10a) aufnimmt.
5. Bewegliche Stopfbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckring (6) aus einem im Vergleich zur Stopfbuchsenbrille (5) elastischeren, vorzugsweise nichtmetallischen Material hergestellt ist.
6. Bewegliche Stopfbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß ein der Stopfbuchsenbrille (5) zugewandtes Ende der Packungsbuchse (4) über eine Stirnseite eines Stopfbuchsengehäuses (1) hinausragt, und daß ein Abstand zwischen der vorgenannten Stirnseite des Stopfbuchsengehäuses (1) und der -brille (5), der eine zur letzteren gerichtete axiale

Cf)
Verschiebung der Packungsbuchse/gestattet, durch Distanzhülsen (14), die Verbindungsmittel (15) zwischen dem Stopfbuchsengehäuse und der -brille (1 bzw. 5) umschließen, gegeben ist.