DE953223C

DE953223C - Vorrichtung zur Verminderung der volumetrischen und Reibungs-Verluste bei Fluessigkeits-Hochdruckpumpen, insbesondere bei Pumpen mit sternfoermig angeordneten Kolben

Info

Publication number: DE953223C
Application number: DEK10669A
Authority: DE
Inventors: Fritz Kuphal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-07-20
Filing date: 1951-07-20
Publication date: 1956-11-29

Description

Vorrichtung zur Verminderung der volumetrischen und Reibungs-Verluste bei Flüssigkeits-Hochdruckpumpen, insbesondere bei Pumpen mit sternförmig angeordneten Kolben Zur Erzeugung hoher Flüssigkeitsdrücke werden allgemein regelbare oder nicht regelbare Kolbenpumpen mit sternförmig angeordneten Zylindern oder Zahnradpumpen verwendet. Bei beiden Pumpenarten spielt die Abdichtung die entscheidende Rolle. Die Bestrebungen der Technik gehen dahin, die volumetrischen Verluste möglichst ganz und die Reibungs-Verluste weitgehendst zu vermeiden.
In der Literatur und besonders in der Patentliteratur sind zahlreiche diesbezügliche Lösungen beschrieben. Allen haften jedoch Mängel an, die bisher ihre allgemeine Verwendung verhindert haben. Die moderne Technik stellt sehr hohe Anforderungen in bezug auf Druckhöhe und mengenmäßige Pumpenleistung. Der gegenwärtige Stand der Flüssigkeits-Hochdrucktechnik ist so, daß man entweder elastische Dichtungen verwendet, die spann- oder einsetzbar im Kolben sitzen und mit ihrer Mantelfläche unter hohem Druck gegen die Zylinderwand gepreßt werden, oder daß die Metallkolben mit geringster Laufluft in die Zylinder eingeschliffen sind. In beiden Fällen ist ein Schmierfilm erforderlich, dessen Dicke ein Maßstab für den eintretenden Leckverlust ist. Je dünner dieser Film sein soll, um so höher ist der Flächendruck gegen die Zylinderwand und um so größer der Reibungs-Verlust. Es ist bekannt, daß bisher alle hydraulischen Systeme zuviel Wärme erzeugen.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung behebt die erwähnten Mängel. Er setzt den Leckverlust praktisch auf Null herab und gestattet trotzdem einen ausreichend dicken Schmierfilm. Erfindungsgemäß ist der gegen die Zylinderwand gerichtete Anpreßdruck der Dichtung so gering, daß auch bei hoher Kolbengeschwindigkeit nur unbedeutende Reibungs-Verluste auftreten können.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Zylinderwand feinste Hochglanzpolitur erhält, die in bekannter Weise mit einer möglichst porenfreien Hartchromschicht überzogen werden kann. Der Kolben trägt erfindungsgemäß an beiden Enden lediglich der Führung dienende Ringe aus elastischem Werkstoff und berührt selbst die Zylinderwand nicht. Die elastischen Führungsringe stellen keine Dichtung dar und ihre Einpassung in den Zylinder ist so, daß ein für leichten Lauf genügend dicker Schmierfilm vorhanden ist. Zwischen beiden Führungsringen in Druckrichtung vor dem oberen Ring ist eine ein- oder mehrfache Lippendichtung angeordnet, deren Lippen gegen den Flüssigkeitsdruck gerichtet sind und die mit nur geringem Druck gegen die Zylinderwand anliegen. Diese Lippen sind durch den Kolbenkörper so weit abgedeckt, daß sie dem Flüssigkeitsdruck nur eine möglichst geringe Ringfläche darbieten. Der Schmierfilm der beiden Führungsringe wird bei jeder Aufundabbewegung des Kolbens erneuert, von der Druckseite her von der Hochdruckflüssigkeit und von außen her vom Schmieröl. Der Druckflüssigkeitsfilm wird von der (oder den) Lippenkanten so restlos von der Zylinderwand abgeschoben, daß diese unmittelbar hinter den Lippenkanten praktisch trocken ist.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, daß keine Einpassung auf wenige My hergestellt werden muß ; es genügt vielmehr die allgemein übliche Feinpassung.
Die Natur der elastischen Ringe erfordert andererseits, daß der Kolben möglichst genau axial läuft und keine seitlichen Drücke erfährt, damit die Kanten der Lippendichtung nicht einseitig von der Zylinderwand abgehoben werden können. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß folgendes vorgeschlagen: Bei regelbaren Sternkolbenpumpen stützen sich die Kolben auf den Laufring, der seinerseits zwecks Mengenreglung der Pumpe exzentrisch verstellt wird. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, diesen Laufring gehäuseartig auszubilden und in ihm für jeden Kolben ebene Flächen anzuordnen, gegen die sich der in zwei Lappen endigende Kopf des Kolbens, der über den Kolbendurchmesser hinausragt, über mehrere Wälzkörper stützt. Erfindungsgemäß endigt der Kolbenfortsatz in zwei Lappen, die nicht über den Kolbenumfang hinausragen und 'die in der kreisförmigen Ringnut des Laufringes so geführt sind, daß sie den Kolben an Drehung um seine Längsachse hindern. Zwischen den Lappen ist nur ein einzelner Wälzkörper angeordnet, auf den sich der Kolben stützt und der seinerseits den Druck des Laufringes auf den Kolben überträgt. Bei der exzentrischen Verstellung des Laufringes zwecks Mengenreglung der Pumpenleistung kann dieser Wälzkörper die Wegdifferenz zwischen den Kolbenköpfen bei den verschiedenen Laufringstellungen abrollen, wobei er den Druck des Laufringes jeweils genau in axialer Richtung auf den Kolben überträgt. Auf diese Weise ist ein seitlicher Druck auf den Kolben vermieden. Die vorbeschriebene Lippendichtung ist nicht nur auf Kolbenpumpen beschränkt. Es können auch anders geformte Förderorgane, beispielsweise Zahnräder oder anders geformte Körper damit versehen werden.
Bei Zahnrädern werden erfindungsgemäß die Flanken der Zähne so weit auseinandergezogen, daß genügend Raum für das Einlassen der Lippendichtung im Zahnkopf entsteht. Dann wird die Lippendichtung -deren Lippen j e nach Zweckmäßigkeit nach einer oder nach beiden Drehrichtungen wirksam sind - in alle drei Seiten jedes Zahnes fest eingelassen. An beiden Stirnseiten des Zahnrades reicht diese Dichtung jedes Zahnes bis an Dichtungsringe aus dem gleichen elastischen Werkstoff, die gleichfalls fest entweder ex- oder konzentrisch in den Zahnradkörper eingelassen sind. Die Lippen dieser Ringe wirken dem Druck entgegen.
Auf diese Weise wird jede Zahnlücke des Zahnrades eine in sich abgeschlossene allseitig abgedichtete Zelle. Die Lippendichtungen verhindern volumetrische Verluste nach der Saugseite hin, gleichzeitig wird der Reibungs-Verlust herabgesetzt, weil der Radkörper selbst keine Berührung mit dem Gehäuse hat, sondern nur die Lippendichtungen.
In den Zeichnungen zeigt Fig. z einen Schnitt durch eine regelbare Sternkolbenpumpe, Fig. 2 einen Kolben in Seitenansicht, Fig. 3 denselben in Drehrichtung gesehen, Fig.4 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Zahnrad, Fig. 5 einen Schnitt durch Fig.4 und Fig.6 eine Vergrößerung eines Zahnkopfes mit zweiseitig wirksamer Lippendichtung.
In Fig. x zeigt die schematische Darstellung einer siebenzylindrigen regelbaren Kolbenpumpe die Stellung der Kolben und die Lage der Wälzkörper. Der Läufer z dreht sich um die Welle 2, und die Kolben 4 verschieben sich radial in dem Läufer r je nach der exzentrischen Stellung des Laufringes 3. Dieser hat eine kreisförmige Ringnut, in die der Kolben 4 mit seinen beiden Endlappen 6 hineinragt. Zwischen den beiden Endlappen 6 ist ein Wälzkörper 5 angeordnet, der in dem genügend großen Zwischenraum hin- und herrollen kann, je nachdem es die Exzenterstellung des Laufringes 3 erfordert. Bei konzentrischer Stellung des Laufringes 3 findet zwischen Läufer z, der den Kraftantrieb erfährt, und dem Laufring 3 so lange eine Winkelverdrehung um die gemeinsame Mitte statt, bis die Wälzkörper 5 gegen die Lappen 6 anschlagen. Dann nehmen die Wälzkörper 5, von ihrer und des Kolbens 4 Fliehkraft gegen den Laufring 3 gepreßt, diesen mit, so daß Läufer r und Laufring 3 gleiche Winkelgeschwindigkeit haben. Wird der Laufring 3 exzentrisch verstellt und dadurch der Abstand der Kolbenköpfe zueinander verschieden, dann rollen die Wälzkörper 5 die Abstandsdifferenz frei ab, wobei sie den Druck des Laufringes 3 in jeder Stellung genau axial auf den Kolben übertragen.
Fig. 2 und 3 zeigen vergrößert die Anordnung der Führungsringe 7 und 8 sowie die Form der Dichtungslippe 7d. Diese ist in Fig. 2 so dargestellt, daß sie mit dem Ring 7 aus einem Stück besteht, während in Fig. 3 der Ring 7 als ein Teil und die Lippendichtung 7b mit der Lippenkante 7" gleichfalls als ein Teil dargestellt ist. Es können auch mehrere Lippenkanten 7" angeordnet sein. In Fig. 4 ist ein Stück eines Zahnrades 9 in Ansicht dargestellt. Fig. 5 zeigt die beiderseitige Anordnung zweilippiger Dichtringe io, die in den Radkörper fest eingelassen sind. Die in den Zahn von drei Seiten fest eingelassene Dichtung ii kann eine oder mehrere Dichtlippen 7" haben und nach einer oder beiden Drehrichtungen wirksam sein. Aus Fig.6 ist zu ersehen, daß die Gehäusewand vom Zahnrad nicht berührt wird und nur eine verhältnismäßig kleine Ringfläche der Lippe 7" dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Verminderung der volumetrischen und der Reibungs-Verluste bei Flüssigkeits-Hochdruckpumpen, insbesondere bei Pumpen mit sternförmig angeordneten Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Kolbens als Förderorgan beide Enden des Kolbens (4) in an sich bekannter Weise lediglich der Führung dienende aus elastischem Werkstoff bestehende Ringe (7, 8) tragen, die fest in den Kolben eingelassen sind, und daß vor dem vom Pumpendruckraum entfernter liegenden Ring (7) eine dem Flüssigkeitsdruck entgegengerichtete Lippendichtung (7b) fest in den Kolben (4) eingelassen ist oder mit dem Ring (7) ein Stück bildet, wobei die lippenförmigen Ansätze (7a) nur mit ihren Kanten an der in an sich bekannter Weise hochglanzpolierten hartverchromten Zylinderwand anliegen und nur ein so geringes Maß aus dem Kolbenkörper (4) herausragen, daß sie dem Flüssigkeitsdruck nur eine geringe Ringfläche darbieten.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) mit einem Kolbenfortsatz versehen ist, der in zwei Lappen (6) endigt, die in einer kreisrunden Ringnut des Laufringes (3) geführt sind und dadurch den Kolben (4) an Drehung um seine Längsachse hindern, wobei zwischen den Lappen (6), die nicht über den Kreisquerschnitt des Kolbens (4) hinausragen, ein einzelner Wälzkörper (5), der den Kolben (4) gegen den Laufring (3) abstützt, bei der bekannten exzentrischen Verstellung des Laufringes (3) hin-und herrollen kann.
3. Vorrichtung zur Verminderung der volumetrischen und der Reibungs-Verluste bei Flüssigkeits-Hochdruckpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Zahnrädern oder ähnlich geformten Körpern als Förderorgane an den Stirnflächen der Radkörper (9) ringförmige Lippendichtungen (io) kon- oder exzentrisch fest eingelassen sind und an den drei Seiten der Zähne ebenfalls Lippendichtungen (ii) fest eingelassen sind, welche bis an die ringförmigen Lippendichtungen (io) heranreichen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 7o6 994, 505 544, 50219o, 418 566; deutsche Patentanmeldung p 2589o XII 47h D (Patent Nr. 828 186); USA.-Patentschriften Nr. 2 427 325, 2 173 432; Matthießen-Fuchslocher: »DiePumpencc (i948), S.32 und 33; Dr. Ing. Carl Ritter: »Flüssigkeitspumpen« (i942), S.170 und 171; »Mechanical Engineering«, Jahrgang 1941, Heft 7, S.536; »Machinery«, July 6, 1950, S. 9 bis ii. Entgegengehaltene ältere Rechte: Deutsches Patent Nr. 832 853.