DE3611116A1 - Pumpenkopf fuer eine hochdruckpumpe - Google Patents

Description

• Pumpenkopf für eine Hochdruckpumpe
• Die Erfindung betrifft einen Pumpenkopf für eine wasserhydraulische Hochdruckpumpe.
• Derartige Pumpenköpfe müssen zwei miteinander im Widerspruch stehenden Anforderungen genügen, nämlich sie müssen einerseits ein hohes mechanisches Festigkeitsverhalten, insbesondere eine ausreichende Zug-Schwell-Dauerfestigkeit aufweisen und außerdem eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Bekannte Vergütungsstähle weisen zwar diese hohe mechanische Festigkeit auf, sie haben jedoch keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit.
• Man ist daher im wasserhydraulischen Pumpenbau an vielen Stellen dazu übergegangen, nichtrostende martensitische Stähle, die gute Korrosionseigenschaften aufweisen, zu verwenden, z.B. den Werkstoff 1.4405 oder 1.4313.
• Trotz aufwendiger Vergütungs- und Kaltverfestigungsvorgänge ist es aber nicht gelungen, auf diese Weise einen für wasserhydraulische Hochdruck-Pumpenköpfe geeigneten Werkstoff ausreichender mechanischer Dauerfestigkeit zu schaffen.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Pumpenkopf vorzuschlagen, der bei hoher mechanischer Dauerfestigkeit eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufweist, um dadurch die Lebensdauer derartiger wasserhydraulischer Pumpenköpfe wesentlich zu steigern.
• Zugleich soll eine Optimierung der Abmessungen des Pumpenkopfes zur Lebensdauersteigerung möglich werden.
• Die gestellte Aufgabe wird bei einem Pumpenkopf durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Die Unteransprüche nennen Ausführungsarten der Erfindung.
• Als Ausgangsmaterial des Pumpenkopfes sind Chrom-Nickel- oder Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle, mit Cr- und Ni-Gehalten bis zu 3 %, gewählt.
• Die Innenoberfläche der gefährdeten Bereiche des Pumpenkopfes, die unter hohem wasserhydraulischen Druck stehen, besteht aus einer harten Verbindungsschicht, die sich durch besondere hohe Gleichmäßigkeit auszeichnet.
• Bei einem Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungsschicht wird der Pumpenkopf einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die aus einem mit Ammoniak versetzten endotherm erzeugten Schutzgas besteht, ausgesetzt, so daß Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff in den Stahl diffundieren, und anschließend wird der Pumpenkopf in einer Atmosphäre gleicher Zusammensetzung oder auch im ölbad abgeschreckt.
• Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung der Verbindungsschicht wird der Pumpenkopf einer Wärmebehandlung in einem Flüssigkeitsbad ausgesetzt, wobei mit gleichen Temperaturen gearbeitet wird wie bei dem oben beschriebenen Verfahren.
• Der Pumpenkopf findet vorzugsweise bei mehrkolbigen wasserhydraulischen Hochdruckpumpen Anwendung, die aus einem an ein Pumpenzylindergehäuse anschließbaren Ventilkopfgehäuse mit einander in bezug auf den oder die Pumpenzylinder gegenüberliegenden Saugstutzen mit Saugventil und Druckstutzen mit Druckventil zwischen einer Saugleitung und einer Druckleitung bestehen.
• Infolge des Einsatzes derartiger Pumpen bei immer höheren Drücken (bis zu 1.400 bar) nehmen die Verschleißerscheinungen, insbesondere das Auftreten von Rissen, ständig zu, so daß bekannte Pumpenköpfe keine für die Praxis ausreichende Standzeit mehr aufweisen.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es daher,unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile und bei einer Lebensdauersteigerung solcher Ventilköpfe ohne wesentliche Änderung der Außenabmessungen und ohne Änderung der Anschlußmaße den Pumpenkopf zu optimieren, Mie neuen Ventilköpfe gegen ältere Ventilköpfe mit geringerer Standzeit ausgetauscht werden können.
• Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform des neuen Pumpenkopfes, und zwar in Figur 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, in Figur 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, senkrecht zu der Ansicht nach Figur 1 in vergrößtertem Maßstab, in Figur 3 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, ebenfalls in vergrößertem Maßstab.
• Figur 1 zeigt das Ventilkopfgehäuse 1, in das die Zylinderbohrung 2 mündet. Von dieser nach unten führt der Saugstutzen 5, der mit der Saugleitung 19 verbunden ist und nach oben der Druckstutzen 6, der mit der Druckleitung 20 verbunden ist.
• Das auf einem Absatz des Ventilkopfgehäuses 1 aufliegende Saugventil besteht aus dem Ventilsitzring 13, auf den sich ein Federführungsteil 10 abstützt, das in sich den Ventilteller 14 und die diesen haltende Teilerfeder 16 aufnimmt. Das Druckventil liegt auf dem Absatz 4 des Ventilkopfgehäuses 1 auf. Auf ihm stützt sich der Stopfenkorb 18 ab, der in sich den Druckventilteller 15 und die zugehörige Tellerfeder 17 aufnimmt.
• Das Saugventil ist gegenüber dem Druckventil durch ein Distanzstück 12 und eine Distanzfeder 11 abgestützt. Auf dem Stopfenkorb 18 liegt unmittelbar das Jochstück 7 auf, das mittels der Jochstückschrauben 21 am Ventilkopfgehäuse 1 gehalten ist. Mit 22 sind die Anschlußbohrungen zum Anschluß des Ventilkopfgehäuses 1 am Zylindergehäuse angedeutet. Mit 25 sind Dichtringe an den Ventilteilen angedeutet.
• In Figur 2 ist insbesondere der Bohrungsgrund 3 der Zylinderbohrung 2 ersichtlich, der im Abstand von der Ventilkopfgehäuseaußenwand 1a liegt. Außerdem ist der Abstand des äußeren Randes 2a der Zylinderbohrung von dem Druckventilauflager 4 erkennbar. Mit 26 sind Bohrungen für den Deckelabschluß der Saugleitung und Druckleitung angedeutet und mit 27 eine Bohrung für einen Verschlußstopfen 28.
• Figur zeigt insbesondere die auf einer Linie im Winkel von 450 zur Längserstreckung des Pumpenventilkopfes angeordneten Jochstückschraubenbohrung 24, die einen Mindestabstand ihres äußeren Randes vom äußeren Rand der Druckstutzenbohrung 23 aufweisen. Dadurch wurde eine sonst erforderliche Verbreiterung des Ventilkopfgehäuses vermieden.
• Mit der Erfindung wurde es möglich, einen verbesserten Pumpenventilkopf zu schaffen, der in seinen Außenabmessungen nur geringfügig von einer bekannten Ausführung abweicht, z.B. vergrößerte sich die Breite lediglich von 105 auf 111 mm und die Höhe von 220 auf 225 mm. Erreicht wurde das durch wesentliche Verstärkung der verschleißgefährdeten Stellen, insbesondere im Bereich des Druckventils. Der Abstand der Auflage des Druckventilsitzringes wurde um mind. 11 mm vergrößert gegenüber dem äußeren Rand der Zylinderbohrung.
• Das wurde durch entsprechende Höherlegung dieses Ventilsitzringes erreicht. Durch die Verwendung stärkerer Schrauben M 20 statt vorher M 16 wurden höhere Anzugsdrehmomente für die Befestigung des Jochstücks möglich. Um eine bisher übliche Distanzfeder weiter verwenden zu können, wurde das Distanzstück eingefügt. Sonst übliche Scheiben zwischen Jochstück und Stopfenkorb erübrigten sich durch die Neukonstruktion. Eine weitere Lebensdauersteigerung wird durch die Oberflächenbehandlung der verschleißanfälligen Stellen erreicht.
• Die Erhöhung der Wandstärke im Zylinderkopf wurde insbesondere auch dadurch erreicht, daß die Zylinderbohrung nur noch eine Länge von 79 mm statt bisher 84 mm ausmacht und daß der Abstand der Ventilsitzauflage 4 vom äußeren Rand von 79 auf 73 mm verkürzt wurde, so wie der Abstand der Achse des Zylinders vom oberen Rand des Ventilkopfgehäuses von 110,5 auf 115,5 mm vergrößert wurde.
• Der im Schutzanspruch 5 genannte Bereich von 30 % umfaßt mindestens die Werte 29 bis 31 %. Die weiteren im Schutzanspruch 1 genannten Relationen sind bei einem Durchmesser der Zylinderbohrung 2 von z.B. 46,5 mm eingehalten, wenn Saug- und Druckstutzen mit einem Durchmesser von 39 mm in die Zylinderbohrung 2 münden und der Abstand des Bohrungsgrundes 3 der Zylinderbohrung 2 von der Ventilkopfgehäuseaußenwand la 30 mm und der Abstand des Druckventilauflagers 4 vom äußeren Rand 2a der Zylinderbohrung 2 20 mm beträgt.
• Das Distanzstück 12 kann über einen in eine Umfangsnut des Distanzstücks 12 eingesetzten O-Ring an der Innenwand desDruckstutzens gehalten sein. Dadurch wird er am Vibrieren gehindert.
• Durch verstärkte Linien und mit Bezugszeichen 28 sind in Fig. 1 die Bereiche gekennzeichnet, in denen die Verbindungsschicht zwingend notwendig ist.Aus fertigungstechnischen Gründen bildet sich die Verbindungsschicht nicht nur an diesen, sondern an allen Oberflächen des Pumpenkopfes.
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Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Pumpenkopf für eine wasserhydraulische Hochdruckpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Chrom-Nickel bzw. Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl besteht und in seinen korrosionsgefährdeten und mit hohen mechanischen Spannungen belasteten Zonen an der Oberfläche eine aus dem Stahlgefüge herauswachsende Verbindungsschicht aufweist, die härter als der Stahl des Pumpenkopfes und auch korrosionsbeständig ist.
2. 2. Pumpenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht durch Diffusuion von Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff in den Stahl gebildet wird.
3. 3. Pumpenkopf nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Schichtstärke der Verbindungs-sdhit,größer als die Oberflächenrauhtiefe des Pumpenkopfes.
4. 4. Pumpenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Verbindungsschicht von außen nach innen abnimmt.
5. 5. Pumpenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrung (2) des Pumpenzylindergehäuses im Ventilkopfgehäuse einen senkrecht zur Zylinderachse der Zylinderbohrung (2) liegenden Bohrungsgrund (3) aufweist, der in einem Mindestabstand im Bereich von 30 % der Breite des Ventilkopfgehäuses (1) von der Ventilkopfgehäuseaußenwand (ia) liegt bzw. eine Breite im Bereich von 2/3 der Länge des Durchmessers der Zylinderbohrung (2) hat und daß der Mindestabstand des Druckventilauflagers (4) im Druckstutzen (6) vom äußeren Rand (2a) der Zylinderbohrung (2) im Bereich von 50 % des Durchmessers des Druckstutzens (6) bzw. im Bereich von 43 % des Druchmessers der Zylinderbohrung (2) liegt.
6. 6. Pumpenkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ventile haltende Jochstück (7) mittels auf einer Linie im Winkel von 450 zur Längserstreckung des Pumpenkopfes angeordneten Jochstückschraubenbohrungen (24) durch mindestens zwei dem Druckstutzen zugeordnete Jochstückschrauben (8) von mindestens der Größe M 20 am Ventilkopfgehäuse (1) gehalten ist, wobei der Lochabstand zwischen dem äußeren Rand der Druckstutzenbohrung (23) und dem äußeren Rand der Jochstückschraubenbohrung (24) mindestens dem halben Durchmesser der Jochstückschraubenbohrung gleich ist.
7. 7. Pumpenkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Jochstück (7) unmittelbar an dem das Druckventil abstützenden Stopfenkorb (18) anliegt.
8. 8. Pumpenkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ventilsitzring (9) des Druckventils und der an einem Federführungsteil (10) des Saugventils anliegenden Distanzfeder (11) ein Distanzstück (12) eingebaut ist.
9. 9. Pumpenkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzstück (12) durch einen um seinen Umfang herum liegenden O-Ring in seiner Lage gehalten ist.