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Pumpe bzw. Kompressor Die Erfindung betrifft eine Pumpe bzw. einen
Kompressor mit einem plungerartigen Kolben, der ohne dichtende Packung oder Ringe
in einer im Pumpenzylinder angeordneten Laufbüchse bewegt wird und insbesondere
für hohe Drücke von z. B. Zoo at und darüber bestimmt ist.
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Die üblichen Vorsorgen zur Verhütung von Undic'htheiten, wie Packungen
oder Kolbenringe, arbeiten bei sehr hohen Drücken zumeist schon nach kurzer Zeit
wegen starker Reibung und rascher Abnutzung nicht mehr zufriedenstellend. Man ist
darum bestrebt gewesen, bei höheren Drücken zur Verwendung von abdichtenden Laufbüchsen
überzugehen, doch hat sich bei dieser Abdichtungsart ein neuer Übelstand, nämlich
der schädliche Einfluß der Deformationen des Kolbens und seiner Laufbüchse, als
störend erwieseri. Solche Deformationen nehmen bei hohen Drücken und den damit in
der Regel zusammenhängenden erheblichen Wärmeausdehnungen ein großes Ausmaß an und
haben bisher die allgemeine Einführung der Laufbüchsenabdichtu:ng verhindert, zumal
die Wärmeausdehnungen der zusammenarbeitenden Teile je nach deren Abmessungen und
Wandstärken sehr verschieden sind.
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Erfindungsgemäß wird diesen Übelständen dadurch entgegengewirkt, daß
die Laufbüchse einen am Kolben in jeder Hubstellung desselben dicht
anliegenden,
sich in Hubrichtung erstreckenden Kolbenführungsteil besitzt, der am Außenumfang
zur ungehinderten Wärmeausdehnung mit Spielraum im Pumpenzylinder freiliegt. Dadurch
wird erreicht, daß die Laufbüchse am Außenumfang keinen Druck durch den sie umgebenden,
das Wärmespiel des Kolbens und seiner Laufbüchse nur teilweise mitmachenden Pumpenzylinder
erfahren kann.
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In der Zeichnung ist die Anwendung der Erfindung auf eine Pumpe beispielsweise
dargestellt. In einem Rahmen io wird ein Pumpenkörper i r mittels eines Ringes 12
und Bolzen 15 gehalten. Ein Hubraum 17 steht mit einem Durchgang 18 im Deckel i9
in Verbindung, der am Pumpenkörper befestigt ist, wobei Bolzen 2o als Führungsstifte
dienen. Im Deckel i9 sind in der Zeichnung nicht dargestellte Ein- und Auslaßventile
für das zu fördernde Medium angeordnet. Ein verstärkter Endring 27 einer Laufbüchse
26 stützt sich gegen einen Absatz 28 am Pumpenkörper. Die Laufbüchse 26 wird durch
den Deckel i9 in Stellung gehalten, der gegen die Laufbüchse gepreßt gehalten wird,
wobei ein in einer ringförmigen Aussparung 31 liegender Dichtungsring 3o den Abschluß
gegen die Stirnfläche C des Endringes 27 bewirkt. In ihrem rechten Teil ist die
Laufbüchse 26 von einer Stopfbüchse 32 umgeben, die in einer ringförmigen Kammer
33 des Pumpenkörpers i i arbeitet und durch eine Schraubkappe 34. in axialer Richtung
bewegt werden kann, wobei sie einen Dichtungsring 35 dem Dichtungsring
30 nähert bzw. von diesem zurückweichen läßt. Die Laufbüchse?-6 weist radiale
Bohrungen 36 auf, so daß die Druckflüssigkeit nicht nur auf die innere, sondern
zwischen den Dichtungsringen 3o und 35 auch auf die äußere Umfangsfläche der Büchse
wirken kann. Wagen dieser beiderseitigen Wirkung unterliegt die Laufbüchse in diesem
Abschnitt nur einer Stauchwirkung ohne einseitigen Innendruck, welch letzterer eine
Neigung zum Brechen oder Bersten hervorrufen könnte.
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Die Laufbüchse 26 besitzt einen Teil A-B. der mit seiner Innenfläche
am Kolben 25 dicht anliegen soll. Darum kann der Innendurchmesser der Büchse das
Maß von D -1- o,oo25 mm besitzen, wenn der Durchmesser des Kolbens das Ausmaß D
hat. Diese Toleranz ist klein genug, um es unmöglich zu machen, daß der Flüssigkeitsdruck
in dem Hubraum 17 die Viskosität des Schmiermittels in dem Zwischenraum zwischen
Kolben und Laufbüchse auf der Strecke A-B in der kurzen Zeit überwindet, die bei
der hinu.ndhergehenden Bewegung des Kolbens hierzu zur Verfügung steht. Der wirksame
Abschluß gegen Undichtwerden wird daher durch die Strecke A-B der Laufbüchse bewirkt,
ohne daß ein schädlicher Druck in der Laufbüchse entsteht, zumal diese sich von
der Druckzone aus bis in einen Bereich mit atmosphärischem Druck erstreckt.
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Der in den Pumpenkörper hineinragende Teil A-C der Laufbüchse, den
man den Hilfs- oder Montageteil der Laufbüchse nennen kann, hat einen Durchmesser
Dl, der genügend größer ist als der Außendurchmesser des Kolbens. um dem in dem
Hubraum 17 befindlichen Fördermittel freien Zutritt zur Außenfläche der Laufbüchse
durch Bohrungen 36 zu gestatten. Infolge deichen Druckes innen und außen auf die
Laufbüchse im Teil A bis Absatz 28 kann dieser Teil ohne Bruchbefürchtung verhältnismäßig
dünn gehalten werden. Da in der Zone zwischen <Q und B praktisch wenig oder gar
kein Aufweitungsdruck herrscht, braucht dieser Teil auch nur geringe Dicke zu haben.
Rechts von der Stelle B gibt es offensichtlich keinen Überdruck. Aus diesen Gründen
kann die ganze Laufbüchse in ihrer Masse geringgehalten sein; vorzugsweise hält
man die Masse der Laufbüchse gleich oder nur wenig verschieden von der Masse des
weiterhin zu beschreibenden Tauchkolbens 45, so daß, wenn im Arbeitsgang Wärme erzeugt
wird, die Laufbüchse im wesentlichen dieselbe Temperatur aufweisen wird wie der
Tauchkolben. Die Laufbüchse wird darum weder vom Kolben soweit wegstreben, daß die
Dichtung in der Zone A-B beeinträchtigt wird, noch wird sie eine derart geringe
Ausdehnung zeigen, daß es zu einem Steckenbleiben des Kolbens in der Laufbüchse
kommen könnte.
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Die beschriebene Ausbildung der Laufbüchse zeigt, wie eine wirksame
Dichtung erreicht werden kann, und ferner, daß diese Dichtung durch Temperaturveränderungen
nicht beeinflußt wird. Ein Faktor, der nun zu überlegen sein wird, ist die Ausdehnungswirkung
auf den Kolben bei hoher Kompression durch den axialen Druck- des Fördermittels.
Normalerweise ist zu erwarten, Saß hohe Drücke den Kolben stauchen, also radial
ausdehnen. Falls am Beginn des Druckhubes gute Abdichtung herrscht, besteht also
Neigung zum Steckenbleiben des Kolbens während seines Hubes. Diese Sehwie rigkeit
wird in dem erfindungsmälS igen Aufbau durch den vergrößerten Innendurchmesser D'
der Laufbüchse im Abschnitt <9-C und durch die Verwendung eines zweiteiligen
Kolbens in zweckentsprechender Gestaltung vermieden.
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Der Kolben besitzt eine Triebstange .4o mit einem kugelförmigen Ende
41, das in einem kugelförmigen Lager 42 des Kreuzkopfes 4.3 liegt, in welchem das
radiale Spiel der Teile 41 und 42 durch einen seitlichen Spielraum ,,. gesichert
ist. Der generell mit 25 bezeichnete kappenförmige Tauchkolben ist mit der Triebstange
durch einen Stift .I6 verbunden. Auf den Kopf 5o des kappenförmigen Tauchkolbens
wirkt die volle Kraft der Kompression, die eine radiale Vergrößerung des Kopfes
durch Stauchwirkung herbeizuführen trachtet. Dieser Kopf liegt aber vom Anfang bis
zum Ende seines Hubes in dem Raum links von der Stelle. und darum in einer Zone,
wo der vergrößerte Durchmesser D' der Laufbüchse genügend radiale Ausdehnung des
Kolbenkopfes gestattet, ohne daß der Durchgang der Druckflüssigkeit durch die Bohrungen
36 beeinträchtigt wird. Deshalb ist die radiale Ausdehnung des Kolbenkopfes ohne
Wirkung auf die Abdichtungszone A-B und kann ein Steckenbleiben des Teiles 51 des
kappenförmigen Tauchkolbens .I5 nicht herbeiführen. Wenn gewünscht, kann überdies
der
Kopf 5o des Tauchkolbens einen geringeren Durchmesser bekommen als der Teil 51 desselben.
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Di.e Triebstange 4.o hat bei Kompressionswirkung ebenfalls das Bestreben
radialer Ausdehnung, und es ist notwendig, zu verhüten, daß diese radiale Ausdehnung
in der Zone.4-B ein Steckenbleiben verursacht. Hierzu wird von Haus aus ein Spielraum
zwischen dem Außendurchmesser der Triebstange und dem Innendurchmesser des Tauchkolbens
vorgesehen, dessen Ausmaß dadurch bestimmt ist, daß der Innendurchmesser des Tauchkolbens
so groß sein muß wie der Durchmesser der Triebstange bei dem 'höchstvorkommenden
Kompressionsdruck. Man braucht dann nur eine kleine Plus-Toleranz für den Innendurchmesser
des Tauchkolbens, die z. B. je nach der Dicke der Triebstange etwa in der Größenordnung
von o,oo25 mm gehalten sein kann. In dieser Weise wird bei Maximaldruck ohne nennenswerten
Spielraum zwischen Triebstange und Tauchkolben ein radialer Ausdehnungsdruck zwischen
ihnen vermieden und doch ein Fühlunghalten der beiden Teile erreicht. Durch dieses
knappe Fühlunghalten wird bewirkt, daß der Teil des Kolbens, der während d . Druckhubes
von der Stelle.4 nach links vorsteht, unter der Wirkung des Druckes in geringerem
Maße radial ausweicht als ein Tauchkolben mit größerem Spielraum für seine Triebstange.
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Es ist zu bemerken, daß die Druckflüssigkeit, die ihren Weg durch
die Öffnungen 36 zur äußeren Umfangsfläche der Laufbüchse findet, auf die Strecke
zwischen den Dichtungsringen 30 und 35 beschränkt ist. Da die Innenfläche
der Laufbüchse zwischen A und B nicht unter Flüssigkeitsdruck steht, ist es wünschenswert,
daß die Dichtung 35 ganz genau mit der Stelle A korrespondiert, wo der Abschnitt
des engen Laufsitzes der Laufbüchse beginnt. Sitzt die Dichtung 35 zu weit nach
innen (links), so wird ein Teil der Innenfläche der Laufbüchse unter Druck stehen,
ohne daß dieser durch einz,ii Druck auf die Außenfläche kompensiert wird; das kann
sich in einem Bruch der Laufbüchse auswirken. Sitzt aber die Dichtung 35 zu weit
außen (rechts), so wird auf einem Stück der Laufbüchse ein Druck von außen lasten,
ohne durch einen Innendruck ausgeglichen zu werden; dies bringt die Gefahr des Steckenbleibens
für den Kolben. Die genaue Lage der Dichtung 35 kann durch Einstellen der Stopfbüchse
32 mittels der SchraubkapPe 34 eingestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich,
den Spielraum zwischen der Laufbüchse und dem Tauchkolben am Punkt A unter Kontrolle
zu halten bzw. einzustellen.
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Der Hilfsteil A-C der Laufbüchse 26 (mit dem vergrößerten Innendurchmesser
D' und dem Endring 27) dient dazu, die Laufbüchse in Stellung zu halten. Dies kann
aber statt auf die dargestellte Weise auch durch andere geeignete Mittel erfolgen,
die dort oder auch am auswärts gerichteten Ende der Laufbüchse vorgesehen sein können;
so z. B. kann das auswärts gerichtete Ende der Laufbüchse einen Endring, ähnlich
dem Endring 27, aufweisen.